微孔加工

激光和激光技术 (7)

激光上釉技术对于材料改性很有发展前途，其成本低，容易控制和复制，有利于发展新材料。激光上釉结合火焰喷涂、等离子喷涂、离子沉积等技术，在控制组织、提高表面耐磨、耐腐蚀性能方面有着广阔的应用前景。电子材料、电磁材料和其它电气材料经激光上釉后用于测量仪表极为理想。一、激光打孔的特点。 (15)

二、激光打孔的分类。 (16)

三、激光打孔设备。 (17)

四、激光打孔工艺。 (19)

National Jet公司于1937年由微型钻孔技术的开拓者John Cupler 建立。多年前，一个外国钻头制造商把自己所生产的最微型钻头送给Cupler，并问他是否能生产出如此小的钻头。而Cupler先生回答他们的方式是在这个钻头上钻了个孔并将它送了回去。

这些微型小孔只有在高倍显微镜下才能看到，许多微小型钻孔的决定因素也类似于标准尺寸的钻削加工。每当对一项新任务进行评估时，National Jet公司首先必须确定最为有效的孔加工方法。这很大程度上还得根据加工零件种类、内孔直径、几何形状、尺寸精度要求和深度、加工零件的批量大小，以及原来采用的加工方法等。

装有显微镜的手控机床经常被用于科研项目、小批量生产或只需要极少数的微小孔加工。一些致力于微小孔加工机床开发的制造商，大多提供是手控式机床，这一加工方法要追溯到上世纪的三十年代。其它的尽管已经用CNC工作台加以改造，但仍然保持着用手工控制钻头的进给，手动进给这样的微小直径钻头，需要熟练的工人进行手工感觉。National Jet公司已经总结的许多微小孔钻削的经验。“我们的熟练的工人操作者事实上都能由‘感觉’确认微小型钻头是否已

被磨钝。”Condor先生说。

图1 微小孔加工成了National Jet公司的技术专长。

图示是一根0.003英寸直径的人的头发，被一个

0.001英寸的微小钻头钻穿通过的图示。

啄钻的加工程序在几乎每一个微型钻孔操作中都被用到，以保证顺利排屑，保证微小孔的质量，表面粗糙度和最佳化钻头使用寿命。

冷却液或轻质油用以冷却和从钻尖排除切屑。根据Condor先生介绍，National Jet公司生产的大多数扁平型微小钻头所具有的长径比（L/D）为7:1，而10:1通常被认为是仍能保证提供紧密公差的最大比率。

在一个曲面上钻一微小孔，需要在零件上预钻一微小盲孔进行导向，以防止孔的弯曲或“偏斜”。进行预钻的导向微小钻头一般需设计得很短，具有的最大长径比（L/D）为２:1。公司拥有一种专利的加工方法，可以在很尖锐的工件边缘上加工微小型导向孔。

对于高生产率加工或对于有许多微小孔需要加工的零件，National Jet公司将使用他们的CNC加工中心或车床。手动机床经常用来在将任务交付新的CNC机床之前，对加工的工件进行试钻。这样主要是为了确定在加工的过程中需要更换微钻刀具的频率。

该公司新购置的2215 VMC由Fadal Machining Center公司（加

利福尼亚州的 hatsworth）生产，经主轴孔注入冷却液，可钻小于2.5 mm的小孔。这种加工方式，取消了啄钻方法，因为切屑可通过冷却液从切削区顺利排除。更小的直径钻头即使没有冷却液通道，也可以在这一机床上使用。零件的定位状态可利用传统的刃口尺或专门设计的直线度测试仪进行检查和对零件进行定位调试。

L32型瑞士车床由Marubeni Citizen-Cincom公司（新泽西州的Allendale）生产，能提供圆柱体零件的完整加工，包括在一次装夹中，实行微小孔钻削。该车床具有两个最高转速达30000r/min的气动主轴，驱动微小钻头加工。气动主轴实际上被更多地用来进行精密加工小直径钻孔而不是超高速加工。该车床还装备有一个棒料进给器，提供较长久的无人化零件加工。

图2 使用一台装备有气动主轴的瑞士车床

进行一般车削、铣削操作和微小孔钻削。

Condor先生承认许多人对微小孔能够在相对较低的速度下被加工完成感到惊讶，“我们对于直径为0.005英寸的微小孔，选择在500～3000r/min的主轴转速下加工获得了巨大成功,”Condor先生说，“在进给量很小的情况下，没有必要用数千转每分的主轴转速来加工微小孔。”

钻好微小孔后的去除孔口毛剌，也是完成好孔加工的一个重要因

素。每次钻孔都有需要清除孔出口处的毛刺。National Jet公司通常都采用抛光内孔表面和使用一微小钻头捅出孔口毛刺至外的手工去毛刺方法。

National Jet公司对于难以去除的毛刺，例如小直径通油孔和非圆形的小孔都运用小直径的钢丝或通过EDM设备进行去除。“但对于小深孔加工，我们一般不使用EDM，因为电极容易烧伤小孔底部和产生锥度。”Odom先生说。

图3 微型 EDM 用于管材或其它的去毛

刺和钻孔都比较困难或无法加工的场合。

National Jet公司的EDM机床能够加工小至0.001英寸直径的微小孔。除了进行微小孔加工，微型的EDM机床还能够从零件中清除已折断在小孔内的小钻头。钻头的直径非常微小，因而折断是可以理解的。

一些公司的EDM机床都有配备直线电机，用于X和Y轴的工作台快速运动。同时还配备了托盘夹具系统，提供机外的零件快速装夹和更换。EDM机床经常整夜和周末都在进行无人化作业。最新的EDM机床具有一套基于PC的机床控制系统，使原来供CNC加工中心上使用的CAM汇编程序，现在能迅速地变更到EDM机床上加工。

微小孔的检测

National Jet公司不是对每个零件上的每个微小孔都进行检测，

它实际上是通过Nikon视觉系统对每个微小孔进行检测的。该视觉系统能对精密微小孔的尺寸精度和粗糙度进行检测，并将检测结果通过E-mail传递给用户。

但对于一些上设计有微小孔的零件，例如喷丝头中有几个几何形状精度要求很高的微小孔，用Nikon视觉系统是不能检测的，为此，公司设计了一个能精确检测小孔几何形状的新方法。为了检查微小孔几何形状和微小孔的形状轮廓，National Jet公司向孔中注入一个分成两部分的橡胶泥，当橡胶泥成型后，会被从孔中取出，微小孔轮廓和几何形状等有关信息能通过在测量显微镜下观察橡胶模而得到。

图4 经预加工的喷丝头零件，能提供很快的零件交付

图5 用橡胶泥检验复杂微小孔几何形状。

以前对于微小孔的几何形状精度是无法检查的。

在一次装夹中加工

National Jet公司所具有的很强微小型钻孔能力已帮助公司走出最近的制造业不景气的低谷。然而，公司认为它必须将这一能力扩展范围到其它的工业领域，以创造出更好的商机。“我们的微小孔钻削能力已在开始目标外的工业领域获得成功，例如无线电通讯和航空