楔形劈刀激光快速加工方法及其专用工装夹具.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010444496.7 (22)申请日 2020.05.23 (71)申请人 松山湖材料实验室 地址 523000 广东省东莞市松山湖大学创 新城A1栋 (72)发明人 赵卫王海龙朱建海郭亚文 (74)专利代理机构 深圳市千纳专利代理有限公 司 44218 代理人 刘晓敏 (51)Int.Cl. B23K 26/364(2014.01) B23K 26/382(2014.01) B23K 26/70(2014.01) B23K 37/04(2006.01) (54)发明名称。

2、 楔形劈刀激光快速加工方法及其专用工装 夹具 (57)摘要 本发明公开了一种楔形劈刀激光快速加工 方法及其专用工装夹具， 其包括以下步骤： 1)预 备专用工装夹具； 2)装夹； 3)一次调整； 4)槽形加 工； 5)二次调整； 6)斜孔加工。 本发明方法采用超 快激光加工方法对楔形劈刀进行加工， 加工时热 效应小， 加工精度高， 有效保证微结构的尺寸要 求和表面质量要求， 节省去传统EDM方法需后续 抛光工序， 加工效率高， 而且加工为非接触式加 工， 无电极丝等加工辅材损耗， 有效降低加工成 本， 另外可以适用于碳化钨、 钛合金、 陶瓷等硬脆 材料的加工， 适用范围广， 利于广泛推广应用。 。

3、本 发明提供的专用工装夹具结构简单， 操作简易， 能方便将楔形劈刀装夹， 并快速定位到所需加工 角度， 简化加工工序， 提升加工效率。 权利要求书2页 说明书4页 附图5页 CN 111571027 A 2020.08.25 CN 111571027 A 1.一种楔形劈刀的激光快速加工方法， 其特征在于， 其包括以下步骤： (1)预备专用工装夹具： 所述专用工装夹具包括工装底座、 工装夹头、 限位块和转轴， 所 述工装底座上水平设有与所述转轴相适配的轴孔， 所述转轴活动设置在该轴孔上， 且该转 轴的一端伸出所述轴孔且设有所述工装夹头， 所述限位块设置在所述转轴的另一端， 所述 工装底座上设有与。

4、该限位块相适配， 且能限定转轴在一定角度内旋转的限位结构； (2)装夹： 将需加工的楔形劈刀装夹在所述专用工装夹具的工装夹头上； (3)一次调整： 转动转轴使限位块与限位结构的第一限位面相贴合， 使得工装夹头上的 楔形劈刀的轴线和第一激光加工工位的振镜扫描光束方向平行， 且该楔形劈刀的待开槽位 置和第一激光加工工位的振镜扫描光束焦点高度差值在500 m范围内； (4)槽形加工： 第一激光加工工位的振镜扫描光束作用于所述楔形劈刀的待加工位置， 并按照所需加工的槽形加工轨迹移动， 使楔形劈刀的待开槽位置上呈现出所需的槽位； (5)二次调整： 转动转轴使限位块与限位结构的第二限位面相贴合， 使楔形劈。

5、刀的轴线 和第二激光加工工位的旋切扫描光束方向呈一定夹角， 该夹角与所需加工的斜孔倾斜角度 相一致， 且该楔形劈刀的待开孔位置和第二激光加工工位的旋切扫描光束焦点高度差值在 400 m范围内； (6)斜孔加工： 第二激光加工工位的旋切扫描光束作用于所述楔形劈刀的待开孔位置， 并按照所需加工的孔形加工轨迹移动， 使楔形劈刀的待开孔位置上呈现出所需的斜孔， 完 成对楔形劈刀的激光快速加工。 2.根据权利要求1所述的楔形劈刀激光快速加工方法， 其特征在于， 所述步骤(4)中的 加工工艺参数设定如下： 光频率设定为266-1100nm， 激光功率设定为0.2-4W， 激光脉冲宽度 设定为180-100。

6、0fs， 激光重复频率设定为25-700kHz， 聚焦光斑直径设定为10-40 m， 旋切光 束扫描速度设定为1800-5000mm/s， 加工时间设定为0.5-4s， 保护气体气压设定为0.4- 0.8MPa。 3.根据权利要求1所述的楔形劈刀激光快速加工方法， 其特征在于， 所述步骤(6)中的 加工工艺参数设定如下： 激光频率设定为266-1100nm， 激光功率设定为0.2-4W， 激光脉冲宽 度设定为180-1000fs， 激光重复频率设定为25-600kHz， 聚焦光斑直径设定为10-40 m， 加工 光束扫描速度设定为1800-5000mm/s， 加工时间设定为0.5-4s， 保护。

7、气体气压设定为0.5- 0.8MPa。 4.根据权利要求1-3中任意一项所述的楔形劈刀激光快速加工方法， 其特征在于， 所述 工装夹头包括夹座、 压紧块、 固定板、 调节螺丝和固定螺丝， 所述夹座的侧壁上设有安装开 槽， 所述压紧块位于安装开槽中， 所述固定板盖合在安装开槽的侧开口上， 并通过固定螺丝 固定， 该固定板上设有与所述调节螺丝相适配的螺孔， 所述调节螺丝拧入螺孔并伸入安装 开槽顶压在所述压紧块上。 5.根据权利要求4所述的楔形劈刀激光快速加工方法， 其特征在于， 所述压紧块朝向所 述安装开槽的内棱角位置设有能将楔形劈刀压紧定位的倾斜面。 6.根据权利要求4所述的楔形劈刀激光快速加工。

8、方法， 其特征在于， 所述夹座与转轴为 一体连接结构。 7.根据权利要求4所述的楔形劈刀激光快速加工方法， 其特征在于， 所述转轴的另一端 设有横截面呈扇形的缺口， 所述限位块的下部固定在该缺口中， 该限位块的上部沿所述转 权利要求书 1/2 页 2 CN 111571027 A 2 轴的径向方向伸出所述缺口形成摆动部。 8.根据权利要求7所述的楔形劈刀激光快速加工方法， 其特征在于， 所述限位结构的第 一限位面和第二限位面上均设有限位孔， 并在所述摆动部上设有与该限位孔相适配的锁定 孔， 锁定螺丝穿过锁定孔拧入限位孔。 9.一种专用工装夹具， 其特征在于， 应用于权利要求1-8任意一项所述楔。

9、形劈刀的激光 快速加工方法中， 该专用工装夹具包括工装底座、 工装夹头、 限位块和转轴， 所述工装底座 上水平设有与所述转轴相适配的轴孔， 所述转轴活动设置在该轴孔上， 且该转轴的一端伸 出所述轴孔且设有所述工装夹头， 所述限位块设置在所述转轴的另一端， 且在所述工装底 座上设有与该限位块相适配以限定转轴在一定角度内旋转的限位结构。 10.根据权利要求9所述的专用工装夹具， 其特征在于： 所述工装夹头包括夹座、 压紧 块、 固定板、 调节螺丝和固定螺丝， 所述夹座的侧壁上设有安装开槽， 所述压紧块位于安装 开槽中， 所述固定板盖合在安装开槽的侧开口上， 并通过固定螺丝固定， 该固定板上设有与 。

10、所述调节螺丝相适配的螺孔， 所述调节螺丝拧入螺孔并伸入安装开槽顶压在所述压紧块 上； 所述压紧块朝向所述安装开槽的内棱角位置设有能将楔形劈刀压紧定位的倾斜面； 所 述夹座与转轴为一体连接结构； 所述转轴的另一端设有横截面呈扇形的缺口， 所述限位块 的下部固定在该缺口中， 该限位块的上部沿所述转轴的径向方向伸出所述缺口形成摆动 部； 所述限位结构的第一限位面和第二限位面上均设有限位孔， 并在所述摆动部上设有与 该限位孔相适配的锁定孔， 锁定螺丝穿过锁定孔拧入限位孔。 权利要求书 2/2 页 3 CN 111571027 A 3 楔形劈刀激光快速加工方法及其专用工装夹具 技术领域 0001 本发明。

11、涉及楔形劈刀加工技术领域， 特别涉及一种楔形劈刀激光快速加工方法及 其专用工装夹具。 背景技术 0002 在IC封装中， 芯片和引线框架(基板)的连接为电源和信号的分配提供了电路连 接， 目前90以上的连接方式仍是引线键合。“引线键合” 类似于高科技缝纫机， 能够利用极 细的线将一块芯片缝到另一芯片或衬底上。 而劈刀正是负责将金属材料排出并 “拉丝” 的器 件。 0003 通常楔形劈刀材料选择硬质合金等硬脆材料， 如碳化钨、 钛合金、 陶瓷。 由于劈刀 材料为硬脆材料， 且微结构尺寸小， 精度要求高， 加工质量要求高， 因此劈刀加工难度极大。 0004 现 阶 段 ， 劈 刀 焊 接 端 处 。

12、结 构 的 加 工 通 常 采 用 E D M 方 法 加 工 。 公 开 号 “CN110640413A” ， 名称为 “一种用于焊接金带的深腔焊劈刀及其生产工艺” ， 其公开了一种 用于焊接金带的深腔焊劈刀的生产工艺， 采用高精度电火花加工出金带固定孔。 其虽然能 实现加工的目的， 但是采用EDM方法加工存在以下缺点： 1、 EDM方法加工完成后， 需要后续抛 光工序。 2、 EDM方法只能加工导电材料， 如果要加工陶瓷劈刀， 还需要加入导电粉末， 操作麻 烦。 3、 EDM方法需要设计加工专用电极丝， 电极丝易损耗， 维护成本高。 发明内容 0005 针对上述不足， 本发明的目的在于， 。

13、提供一种适用范围广， 无需抛光处理， 且加工 效率高的楔形劈刀激光快速加工方法。 0006 本发明的目的还提供一种专用于楔形劈刀激光快速加工方法中的专用工装夹具。 0007 为实现上述目的， 本发明所提供的技术方案是： 0008 一种楔形劈刀的激光快速加工方法， 其包括以下步骤： 0009 (1)预备专用工装夹具： 所述专用工装夹具包括工装底座、 工装夹头、 限位块和转 轴， 所述工装底座上水平设有与所述转轴相适配的轴孔， 所述转轴活动设置在该轴孔上， 且 该转轴的一端伸出所述轴孔且设有所述工装夹头， 所述限位块设置在所述转轴的另一端， 所述工装底座上设有与该限位块相适配， 且能限定转轴在一定。

14、角度内旋转的限位结构； 0010 (2)装夹： 将需加工的楔形劈刀装夹在所述专用工装夹具的工装夹头上； 0011 (3)一次调整： 转动转轴使限位块与限位结构的第一限位面相贴合， 使得工装夹头 上的楔形劈刀的轴线和第一激光加工工位的振镜扫描光束方向平行， 且该楔形劈刀的待开 槽位置和第一激光加工工位的振镜扫描光束焦点高度差值在500 m范围内； 0012 (4)槽形加工： 第一激光加工工位的振镜扫描光束作用于所述楔形劈刀的待加工 位置， 并按照所需加工的槽形加工轨迹移动， 使楔形劈刀的待开槽位置上呈现出所需的槽 位； 0013 (5)二次调整： 转动转轴使限位块与限位结构的第二限位面相贴合， 。

15、使楔形劈刀的 说明书 1/4 页 4 CN 111571027 A 4 轴线和第二激光加工工位的旋切扫描光束方向呈一定夹角， 该夹角与所需加工的斜孔倾斜 角度相一致， 且该楔形劈刀的待开孔位置和第二激光加工工位的旋切扫描光束焦点高度差 值在400 m范围内； 0014 (6)斜孔加工： 第二激光加工工位的旋切扫描光束作用于所述楔形劈刀的待开孔 位置， 并按照所需加工的孔形加工轨迹移动， 使楔形劈刀的待开孔位置上呈现出所需的斜 孔， 完成对楔形劈刀的激光快速加工。 0015 作为本发明的一种优选方案， 所述步骤(4)中的加工工艺参数设定如下： 光频率设 定为266-1100nm， 激光功率设定为。

16、0.2-4W， 激光脉冲宽度设定为180-1000fs， 激光重复频率 设定为25-700kHz， 聚焦光斑直径设定为10-40 m， 旋切光束扫描速度设定为1800-5000mm/ s， 加工时间设定为0.5-4s， 保护气体气压设定为0.4-0.8MPa。 0016 作为本发明的一种优选方案， 所述步骤(6)中的加工工艺参数设定如下： 激光频率 设定为266-1100nm， 激光功率设定为0.2-4W， 激光脉冲宽度设定为180-1000fs， 激光重复频 率设定为25-600kHz， 聚焦光斑直径设定为10-40m， 加工光束扫描速度设定为1800- 5000mm/s， 加工时间设定为0。

17、.5-4s， 保护气体气压设定为0.5-0.8MPa。 0017 一种专用工装夹具， 应用于上述楔形劈刀的激光快速加工方法中， 该专用工装夹 具包括工装底座、 工装夹头、 限位块和转轴， 所述工装底座上水平设有与所述转轴相适配的 轴孔， 所述转轴活动设置在该轴孔上， 且该转轴的一端伸出所述轴孔且设有所述工装夹头， 所述限位块设置在所述转轴的另一端， 且在所述工装底座上设有与该限位块相适配以限定 转轴在一定角度内旋转的限位结构。 0018 作为本发明的一种优选方案， 所述工装夹头包括夹座、 压紧块、 固定板、 调节螺丝 和固定螺丝， 所述夹座的侧壁上设有安装开槽， 所述压紧块位于安装开槽中， 所。

18、述固定板盖 合在安装开槽的侧开口上， 并通过固定螺丝固定， 该固定板上设有与所述调节螺丝相适配 的螺孔， 所述调节螺丝拧入螺孔并伸入安装开槽顶压在所述压紧块上。 0019 作为本发明的一种优选方案， 所述压紧块朝向所述安装开槽的内棱角位置设有能 将楔形劈刀压紧定位的倾斜面。 0020 作为本发明的一种优选方案， 所述夹座与转轴为一体连接结构。 0021 作为本发明的一种优选方案， 所述转轴的另一端设有横截面呈扇形的缺口， 所述 限位块的下部固定在该缺口中， 该限位块的上部沿所述转轴的径向方向伸出所述缺口形成 摆动部。 0022 作为本发明的一种优选方案， 所述限位结构的第一限位面和第二限位面上。

19、均设有 限位孔， 并在所述摆动部上设有与该限位孔相适配的锁定孔， 锁定螺丝穿过锁定孔拧入限 位孔。 0023 本发明的有益效果为： 本发明方法采用超快激光加工方法对楔形劈刀进行加工， 加工时热效应小， 加工精度高， 有效保证微结构的尺寸要求和表面质量要求， 节省去传统 EDM方法需后续抛光工序， 加工效率高， 而且加工为非接触式加工， 无电极丝等加工辅材损 耗， 有效降低加工成本， 另外可以适用于碳化钨、 钛合金、 陶瓷等硬脆材料的加工， 适用范围 广， 利于广泛推广应用。 本发明提供的专用工装夹具结构简单， 操作简易， 能方便将楔形劈 刀装夹， 并快速定位到所需加工角度， 简化加工工序， 提。

20、升加工效率。 0024 下面结合附图与实施例， 对本发明进一步说明。 说明书 2/4 页 5 CN 111571027 A 5 附图说明 0025 图1为本发明的工艺流程图。 0026 图2为本发明中专用工装夹具的立体结构示意图1。 0027 图3为本发明中专用工装夹具的立体结构示意图2。 0028 图4为本发明中工装夹头和转轴的结构示意图。 0029 图5为本发明中工装底座的结构示意图。 0030 图6为本发明中楔形劈刀的局部结构放大示意图。 0031 图7为本发明工作时的结构示意图。 具体实施方式 0032 实施例： 本实施例以对楔形劈刀加工方槽和斜孔为例进行说明， 并不表示仅限于 对方槽。

21、进行加工， 本领域技术人员可以类推适用于其它形状的槽进行加工， 如V形通槽等。 0033 参见图1-图7， 本实施例提供的一种楔形劈刀的激光快速加工方法， 其包括以下步 骤： 0034 (1)预备专用工装夹具： 所述专用工装夹具包括工装底座1、 工装夹头2、 限位块3和 转轴4， 所述工装底座1上水平设有与所述转轴4相适配的轴孔11， 所述转轴4活动设置在该 轴孔11上， 且该转轴4的一端伸出所述轴孔11且设有所述工装夹头2， 所述限位块3设置在所 述转轴4的另一端， 所述工装底座1上设有与该限位块3相适配， 且能限定转轴4在一定角度 内旋转的限位结构， 本实施例中， 限定在120度内； 具体。

22、的， 所述转轴4的另一端设有横截面 呈扇形的缺口41， 所述限位块3的下部固定在该缺口41中， 该限位块3的上部沿所述转轴4的 径向方向伸出所述缺口41形成摆动部。 所述工装夹头2包括夹座21、 压紧块22、 固定板23、 调 节螺丝24和固定螺丝25， 所述夹座21优选与转轴4为一体连接结构， 连接牢固， 稳定性好。 所 述夹座21的侧壁上设有安装开槽211， 所述压紧块22位于安装开槽211中， 所述压紧块22朝 向所述安装开槽211的内棱角位置设有能将楔形劈刀5压紧定位的倾斜面。 所述固定板23盖 合在安装开槽211的侧开口上， 并通过固定螺丝25固定， 该固定板23上设有与所述调节螺丝。

23、 24相适配的螺孔， 所述调节螺丝24拧入螺孔并伸入安装开槽211顶压在所述压紧块22上。 较 佳的， 还在压紧块22的背面设有与调节螺丝24相对应的凹位。 本实施例中， 所述限位结构呈 扇形开口结构， 具有第一限位面12和第二限位面13， 第一限位面12和第二限位面13上均设 有限位孔， 并在所述摆动部上设有与该限位孔相适配的锁定孔， 锁定螺丝穿过锁定孔拧入 限位孔， 实现锁定的目的， 夹持稳定性好， 提升加工精度。 其它实施例中， 该限位结构也可以 为第一限位板和第二限位板， 然后按照转轴4所需定位的旋转角度固定在所述工装底座1 上。 0035 (2)装夹： 将需加工的楔形劈刀5装夹在所述。

24、专用工装夹具的工装夹头2上； 具体 的， 将需加工的楔形劈刀5的刀柄部分插入安装开槽211， 然后拧紧调节螺丝24迫使压紧块 22前移， 使该压紧块22的倾斜面顶压在该楔形劈刀5上， 实现定位装夹的目的。 0036 (3)一次调整： 转动转轴4使限位块3与限位结构的第一限位面12相贴合， 参见图1 和图7， 使得工装夹头2上的楔形劈刀5的轴线和第一激光加工工位6的振镜扫描光束方向平 行， 且该楔形劈刀5的待开槽位置和第一激光加工工位6的振镜扫描光束焦点高度差值在 500 m范围内,优选在300 m。 将锁定螺丝穿过锁定孔拧入第一限位面12的限位孔， 并锁紧。 说明书 3/4 页 6 CN 11。

25、1571027 A 6 0037 (4)槽形加工： 第一激光加工工位6的振镜扫描光束作用于所述楔形劈刀5的待加 工位置， 并按照所需加工的槽形加工轨迹移动， 使楔形劈刀5的待开槽位置上呈现出所需的 槽位51； 加工时， 超快激光加工装置的第一激光加工工位6的加工工艺参数设定如下： 光频 率设定为266-1100nm， 优选为1030nm， 激光功率设定为0.2-4W， 优选为0.6W， 激光脉冲宽度 设定为180-1000fs， 优选为200fs， 激光重复频率设定为25-700kHz， 优选为600kHz， 聚焦光 斑直径设定为10-40 m， 优选为30 m， 旋切光束扫描速度设定为180。

26、0-5000mm/s， 优选为 2000mm/s， 加工时间设定为0.5-4s， 优选为3s， 保护气体气压设定为0.4-0.8MPa， 优选为 0.5MPa。 0038 (5)二次调整： 将锁定螺丝先第一限位面12的限位孔中拧出， 转动转轴4使限位块3 与限位结构的第二限位面13相贴合， 参见图2和图7， 使楔形劈刀5的轴线和第二激光加工工 位7的旋切扫描光束方向呈一定夹角， 该夹角与所需加工的斜孔倾斜角度相一致， 本实施例 中， 所需加工的斜孔倾斜角度为120度。 该楔形劈刀5的待开孔位置和第二激光加工工位7的 旋切扫描光束焦点高度差值在400 m范围内， 优选在0-10 m。 将锁定螺丝。

27、穿过锁定孔拧入第 二限位面12的限位孔， 并锁紧。 0039 (6)斜孔加工： 加工时， 超快激光加工装置的第二激光加工工位7的加工工艺参数 设定如下： 激光频率设定为266-1100nm， 优选为1030nm， 激光功率设定为0.2-4W， 优选为 0.6W， 激光脉冲宽度设定为180-1000fs， 优选为200fs， 激光重复频率设定为25-600kHz， 优 选为100kHz， 聚焦光斑直径设定为10-40 m， 优选为30 m， 加工光束扫描速度设定为1800- 5000mm/s， 优选为2000mm/s， 加工时间设定为0.5-4s， 优选为3s， 保护气体气压设定为0.5- 0.。

28、8MPa， 优选为0.5MPa。 第二激光加工工位7的旋切扫描光束作用于所述楔形劈刀5的待开 孔位置， 并按照所需加工的孔形加工轨迹移动， 使楔形劈刀5的待开孔位置上呈现出所需的 斜孔52， 完成对楔形劈刀5的激光快速加工。 0040 本发明方法采用超快激光加工方法对楔形劈刀5进行加工， 而且加工为非接触式 加工， 无电极丝等加工辅材损耗， 有效降低加工成本， 并且节省去传统EDM方法需后续抛光 工序， 加工效率高， 另外可以适用于碳化钨、 钛合金、 陶瓷等硬脆材料的加工， 适用于楔形劈 刀5的小批量定制化试制和大批量生产， 有效降低加工成本， 提高同等投入下的加工产量。 0041 根据上述说。

29、明书的揭示和教导， 本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方 式进行变更和修改。 因此， 本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式， 对本发明的 一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。 此外， 尽管本说明书中使用 了一些特定的术语， 但这些术语只是为了方便说明， 并不对本发明构成任何限制。 如本发明 上述实施例所述， 采用与其相同或相似的步骤而得到的其它方法， 均在本发明保护范围内。 说明书 4/4 页 7 CN 111571027 A 7 图1 说明书附图 1/5 页 8 CN 111571027 A 8 图2 图3 说明书附图 2/5 页 9 CN 111571027 A 9 图4 图5 说明书附图 3/5 页 10 CN 111571027 A 10 图6 说明书附图 4/5 页 11 CN 111571027 A 11 图7 说明书附图 5/5 页 12 CN 111571027 A 12 。