УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПТИКО-КАВИТАЦИОННОЙ ОБРАБОТКИ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель используется для получения отверстий в деталях из диэлектрических материалов, механическая обработка которых затруднена, в частности, изготовленных из технической керамики, применяемой в машиностроении и электронике.
Известен способ обработки деталей из диэлектрических материалов, помещенных в жидкость с использованием возбуждения ультразвуковых колебаний в этой жидкости (Марков А.П. Ультразвуковое резание труднообрабатываемых материалов.- М.: 1968, с.21-23). Недостатком известного способа является то, что обработка поверхности детали происходит за счет кавитационного схлопывания пузырьков, создаваемых ультразвуковым полем в жидкости, а размер кавитационных пузырьков велик и охватывает большой участок поверхности, поэтому диаметр получаемых отверстий не могут быть достаточно малыми, а поверхность имеет сколы кромок. Использование способа ультразвуковой обработки не позволяет получать мелкие отверстия в деталях с высокой точностью и качеством.
Наиболее близким техническим решением является обработка диэлектриков импульсным оптическим излучением, которое фокусируется на обрабатываемой поверхности деталей из непрозрачной керамики, помещаемых в оптически прозрачную жидкость (Morita Noboru, Ishida Shuichi, Fujimori Yasutomo, IshikawaKen. Pulsedlaser procossirg of ceramics in water. Appl.Phys.Lett-1988, т.52, N23, с.1965-1966). Недостатком известного технического решения является то, что при воздействии импульсного оптического излучения материал поверхности испаряется, но пузырьки пара, появляющиеся на поверхности, являются помехой для оптимального фокусирования излучения на поверхности обрабатываемой детали, что приводит к ухудшению качества отверстий в деталях.
Полезная модель направлена на повышение точности и качества получаемых отверстий в деталях из диэлектрических материалов.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для оптикокавитационной обработки диэлектрических материалов, состоящем из источника импульсного оптического излучения, фокусирующего объектива, закрепленных на стойке, емкости с размещенной в ней обрабатываемой деталью и заполненной оптически прозрачной жидкостью, при этом емкость, оснащенная заправочной и фильтрующей системами, соединена трубопроводами с насосом, прокачивающим вдоль обрабатываемой поверхности детали жидкость с регулируемой скоростью.
На чертеже изображена схема устройства для оптикокавитационной обработки диэлектрических материалов.
Устройство состоит из источника импульсного оптического излучения 1, фокусирующего объектива 2, стойки 3, емкости 4 для размещения в ней обрабатываемой детали 5 и заполняемой оптически прозрачной жидкостью 6, трубопроводов 7, насоса 8, заправочной системы 9, фильтрующей системы 10.
Устройство работает следующим образом.
5
2
В емкость 4 помещают деталь 5 так, чтобы ее обрабатываемая поверхность находилась под фокусирующим объективом 2. С помощью заправочной системы 9 наполняют емкость оптически прозрачной жидкостью 6. Включают источник 1 импульсного оптического излучения, которое проходя через объектив, фокусируется на границе раздела жидкости, прозрачной для оптического излучения, и поверхности обрабатываемой детали. Пучок сфокусированного импульсного оптического излучения большой интенсивности, попадающий на поверхность непрозрачной детали, нагревает ее, а вместе с ней и жидкость, доводя ее до кипения и образования кавитационных пузырьков. При интенсивности излучения в фокусе порядка 10 Вт/см, в паузах между импульсами излучения пузырьки пара охлопываются, а многократное схлопывание паровых пузырьков приводит к образованию кавитационной лунки на поверхности детали, размеры которой имеют порядок размера пятна сфокусированного излучения на диэлектрике. Точной фокусировкой оптического излучения на поверхности достигают пятна излучения в поперечнике в несколько микрон, соответственно и размер получаемой кавитационной лунки несколько микрон в диаметре. При этом излучение фокусируют в точке, отстоящей на оптимальном расстоянии равным 1-2 радиусам кавитационного пузырька от обрабатываемой поверхности. Включают насос 8, который обеспечивает подачу жидкости к емкости по трубопроводу 7 и прокачку жидкости с регулируемой скоростью вдоль обрабатываемой поверхности детали. Затем жидкость из емкости по трубопроводу поступает в фильтрующую систему 10, которая улавливает продукты разрушения поверхности обрабатываемой детали.
В предлагаемом устройстве воздействие на поверхность обрабатываемой детали происходит за счет схлопывания кавитационных пузырьков, возникающих при закипании жидкости, температура кипения которой в десятки раз меньше температуры испарения или сублимации технической керамики. Это позволяет значительно снизить температуру на поверхности обрабатываемой детали и соответственно уменьшить риск растрескивания детали и появления сколов в местах обработки. Поток жидкости вдоль обрабатываемой детали предотвращает рост на ее поверхности пузырька пара до размеров, влияющих на фокусировку оптического излучения, и тем самым снижает искажение сфокусированного пятна излучения на поверхности и обеспечивает сохранение геометрии получаемого отверстия. Оптимальная скорость потока жидкости определяется скоростью возникновения и роста пузырьков пара.
Устройство для оптикокавитационной обработки диэлектрических материалов позволяет повысить качество получаемых отверстий в деталях из диэлектрических материалов.