Устройство для гидрооптической обработки диэлектрических материалов

Полезная модель используется для рельефной гидрооптической обработки поверхности деталей из диэлектрических материалов, механическая обработка которых затруднена, в частности, изготовленных из технической керамики, применяемой в машиностроении и электронике. Полезная модель направлена на увеличение точности и улучшение качества обработки поверхности, на расширение функционального использования устройства для полировки и легирования поверхности деталей. Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для гидрооптической обработки диэлектрических материалов, состоящем из источника импульсного оптического излучения, фокусирующей системы, включающей в себя фокусирующий объектив с электроприводом и фотодатчик, закрепленные на перемещаемой стойке над прозрачной крышкой емкости с химически активной жидкостью, при этом емкость с размещенной в ней обрабатываемой деталью, соединена трубопроводами с насосом, образуя с ним замкнутый контур, на входном и выходном трубопроводах емкости установлены соответственно заправочная и фильтрующая системы, а фотодатчик соединен последовательно с преобразователем и электроприводом объектива, который имеет возможность вертикального перемещения вдоль оси оптического излучения. 4 з.п.ф., 1 ил.

Полезная модель используется для рельефной гидрооптической обработки поверхности деталей из диэлектрических материалов, механическая обработка которых затруднена, в частности, изготовленных из технической керамики, применяемой в машиностроении и электронике.

Известно устройство, в котором термическое воздействие на диэлектрик осуществляется сфокусированным лазерным излучением, при этом лазер установлен над обрабатываемой деталью. За счет локального испарения материала в точке фокусировки излучения, на поверхности детали образуется отверстие, разрез, углубление и т.д. (Григорьянц А.Г., Сафонов А.Н. Методы поверхностной лазерной обработки.- М., 1987, с.7-14).

Недостатком известного устройства является то, что для обработки керамических материалов, особенно тугоплавких, требуется применения мощных лазеров в качестве источников излучения. Для испарения материала необходим локальный нагрев поверхности детали до высокой температуры, при воздействии которой увеличивается риск разрушения диэлектрика от термического напряжения. Высокая температура в зоне обработки приводит к снижению качества реза и получаемого рельефа поверхности, на которой остаются наплавы материала и трещины.

Ближайшим техническим решением является устройство для обработки поверхности керамических материалов при производстве интегральных схем (Зарубежная электронная техника, N 6, 1986, с.27-29). Обрабатываемую деталь помещают в емкость с химически активной и прозрачной жидкостью. На поверхность обрабатываемой детали направлено лазерное излучение, которое нагревает и деталь, и жидкость, что приводит к ускорению растворения материала.

Недостатком известного устройства является использование его только для растворения материала обрабатываемой детали, низкая скорость удаления отработанного материала с поверхности обрабатываемой детали.

Полезная модель направлена на увеличение точности и улучшение качества обработки поверхности, на расширение функционального использования устройства для полировки и легирования поверхности деталей.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для гидрооптической обработки диэлектрических материалов, состоящем из источника импульсного оптического излучения, фокусирующей системы, включающей в себя фокусирующий объектив с электроприводом и фотодатчик, закрепленные на перемещаемой стойке над прозрачной крышкой емкости с химически активной жидкостью, при этом емкость с размещенной в ней обрабатываемой деталью, соединена трубопроводами с насосом, образуя с ним замкнутый контур, на входном и выходном трубопроводах емкости установлены соответственно заправочная и фильтрующая системы, а фотодатчик соединен последовательно с преобразователем и электроприводом объектива, который имеет возможность вертикального перемещения вдоль оси оптического излучения.

На чертеже изображена схема устройства для гидрооптической обработки диэлектрических материалов.

Устройство состоит из источника импульсного оптического излучения 1, подвижного фокусирующего объектива 2 с электроприводом 3, фотодатчика 4, преобразователя 5, перемещаемой стойки 6, емкости 7 с химически активной жидкостью для размещения в ней обрабатываемой детали 8, оптически прозрачной крышки 9 емкости, трубопроводов 10, насоса 11, системы заправочной 12, системы фильтрующей 13.

Устройство работает следующим образом.

В емкость 7 помещают деталь 8 так, чтобы ее обрабатываемая поверхность находилась под прозрачной крышкой 9, которой герметично закрывают емкость. С помощью заправочной системы 12 заполняют входящие в замкнутый контур емкость 7, насос 11 и трубопроводы 10 жидкостью, выбранной из условия химической активности ее пара к материалу обрабатываемой детали. Включают насос, который обеспечивает регулируемый по скорости поток жидкости по контуру. Включают источник 1 импульсного оптического излучения, которое проходя через объектив 2, фокусируется на границе раздела жидкости, прозрачной для оптического излучения, и поверхности обрабатываемой детали. Фотодатчик 4 контролирует точность фокусировки с помощью преобразователя 5 и электропривода 3, обеспечивающего вертикальное перемещение объектива вдоль оси оптического излучения. Пучок сфокусированного импульсного оптического излучения большой интенсивности, попадающий на поверхность детали, нагревает ее, а вместе с ней и жидкость, доводя ее до кипения и возникновения пузырьков пара. При интенсивности излучения порядка 10⁵ Вт/см², длительностях воздействия импульсов и пауз между ними порядка по 10^-6 с пузырьки пара схлопываются, а многократное схлопывание паровых пузырей сопровождается ростом давления на границе поверхность детали - жидкость (до 80 МПа), что приводит к образованию эрозионной лунки на поверхности детали. При перемещении стойки 6 с закрепленными на ней источником излучения, фокусирующим объективом с электроприводом и фотодатчиком, на обрабатываемой поверхности появляется рез определенной ширины и глубины. Жидкость из емкости по трубопроводу поступает в фильтрующую систему 13, которая улавливает продукты разрушения поверхности обрабатываемой детали.

Размеры лунки соизмеримы с размером пятна сфокусированного излучения на поверхности детали. При точной фокусировке пятно оптического излучения может достигать диаметра в несколько микрон, это может позволить производить качественный рез на поверхности диэлектрических материалов шириной в несколько микрон. Регулировкой скорости перемещения стойки, с закрепленными на ней источником импульсного оптического излучения и фокусирующим объективом, и скорости подачи химически активной жидкости, достигается формирование заданного рельефа поверхности, получение отверстий и разрезов, сглаживание неровных участков поверхности (полировка). Для проведения легирования поверхности детали в жидкость через заправочную систему добавляют соли легирующих элементов. Воздействие сфокусированного импульсного оптического излучения в потоке химически активной жидкости приводит к насыщению поверхности обрабатываемой детали легирующими элементами.

Устройство для гидрооптической обработки диэлектрических материалов позволяет при увеличении точности и улучшении качества обработки поверхности, расширить функциональное использование устройства для полировки и легирования поверхности деталей из диэлектрических материалов, в частности, изготовленных из технической керамики.

1. Устройство для гидрооптической обработки диэлектрических материалов, состоящее из источника импульсного оптического излучения, фокусирующей системы, емкости с химически активной жидкостью, отличающееся тем, что оно снабжено насосом, соединенным трубопроводами с емкостью для размещения в ней обрабатываемой детали, при этом насос, трубопроводы и емкость образуют замкнутый контур.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что на входном и выходном трубопроводах емкости установлены соответственно заправочная и фильтрующая системы.

3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что емкость снабжена оптически прозрачной и герметично закрепляемой крышкой.

4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фокусирующая система состоит из фокусирующего объектива с электроприводом и фотодатчика.

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что источник импульсного оптического излучения и фокусирующая система закреплены на перемещаемой стойке.