Фемтосекундная лазерная обработка: ключ к массовому-производству ограничительных отверстий воздушных подшипников

Воздушные подшипники — это тип подшипников скольжения, в которых в качестве смазывающей среды используется воздух. В настоящее время они играют значительную роль в таких отраслях, как новая энергетика, полупроводники, аэрокосмическая промышленность и медицинское оборудование.

С точки зрения принципа работы микро-отверстия (микро-отверстия) являются основным компонентом всего изделия. Это связано с тем, что эти микро-отверстия пропускают газ под высоким-давлением и создают воздушную пленку, что в конечном итоге обеспечивает бес-контактную поддержку.

В этой статье в первую очередь описываются принципы работы воздушных подшипников, основные сценарии применения, требования к обработке микро-отверстий и исследование процессов обработки. Цель состоит в том, чтобы помочь читателям лучше понять существенные преимущества фемтосекундных лазеров при обработке микро-отверстий воздушных подшипников и оценить возможность их массового производства.

Работа воздушного подшипника, являющегося высокоточным-несущим компонентом, в основном включает три ключевых этапа: подача воздуха и дросселирование → формирование воздушной пленки высокого-давления → реализация бесконтактной подвески.

В частности: внешний сжатый воздух подается внутрь подшипника через множество прецизионных микро-отверстий. Эти микро-отверстия также известны как дроссельные отверстия или ограничители. Когда воздух проходит через эти микро-отверстия, путь потока ограничивается, что приводит к резкому увеличению скорости потока. В результате на поверхности образуется слой воздушной пленки.

Эта воздушная пленка характеризуется стабильным давлением и высокой жесткостью. Он отделяет подшипник от опорной поверхности, предотвращая прямой контакт между твердыми материалами. Это предотвращает износ и обеспечивает высокую точность перемещения.

Вам может быть интересно: по сравнению с обычными подшипниками воздушные подшипники обладают такими преимуществами, как высокая точность вращения, низкое трение, длительный срок службы, стабильная работа и широкий диапазон рабочих температур. Итак, где же их основное применение?

На самом деле области применения воздушных подшипников обширны. Примеры включают литографические машины, гироскопы, полупроводниковое метрологическое и контрольное оборудование, воздушные компрессоры для водородных топливных элементов, высокоскоростные центробежные сепараторы, компрессоры для охлаждения ядерных реакторов, компьютерные запоминающие устройства и прецизионные станки.

Из перечисленных выше применений становится ясно, что воздушные подшипники используются в сценариях, требующих строгого контроля точности и характеристик обработки.

Следовательно, к микроотверстиям-воздушных подшипников, которые служат основным параметром конструкции, предъявляются строгие, почти экстремальные требования к качеству обработки.

Микро-отверстия — это основа, позволяющая воздушным подшипникам выполнять свою опорную функцию, а также ключ к точному контролю потока и давления газа. Таким образом, мы также можем понимать дроссельные отверстия как сверхточные-клапаны внутри подшипника, что делает обработку и проектирование микро-отверстий важной частью технологии воздушных подшипников.

При оценке требований к микро-отверстиям на заготовке мы обычно сосредотачиваемся на таких показателях, как диаметр отверстия, точность размеров, качество поверхности, точность позиционирования и однородность микро-отверстий.

В частности, диаметр дроссельных отверстий обычно составляет от 0,02 до 0,5 мм. Разные диаметры соответствуют разным требованиям к точности; в частности, чем меньше диаметр отверстия, тем выше жесткость воздушного подшипника. Фемтосекундные лазеры позволяют гибко решать требования к обработке отверстий различного диаметра: от минимум 0,02 мм до максимум 3 мм. Следовательно, преимущество фемтосекундных лазеров заключается в том, что нет необходимости менять сверла; нужно только отрегулировать параметры обработки, что обеспечивает гораздо более широкую адаптируемость обработки.

Кроме того, точность размеров и однородность микро-отверстий являются ключом к обеспечению стабильности и надежности воздушных подшипников. Если диаметры отверстий не совпадают, распределение воздушного потока будет неравномерным, что приведет к изменению толщины воздушной пленки и наклону несущей платформы. Сверление с помощью фемтосекундного лазера – это не просто высокая точность для одного отверстия; скорее, он гарантирует высокую стабильность при идентичных условиях обработки. Согласно тематическим исследованиям массовой обработки микро-отверстий фемтосекундными лазерами, точность и постоянство диаметра отверстия можно контролировать в пределах ±1 мкм.

Точность позиционирования влияет на-несущую способность воздушных подшипников. Фемтосекундные лазеры оснащены ПЗС-камерами с высоким-разрешением, что обеспечивает точное позиционирование. В сочетании с высокоточными-передвижными механизмами они в конечном итоге обеспечивают чрезвычайно высокую точность позиционирования.

Кроме того, с точки зрения качества поверхности, к воздушным подшипникам предъявляются чрезвычайно строгие требования к шероховатости внутренних стенок микро-отверстий, обычно требующих Ra 0,4 мкм или ниже. Это связано с тем, что любые дефекты, такие как заусенцы или царапины на отверстии, могут нарушить поток воздуха, создать локальные завихрения, поставить под угрозу стабильность воздушной пленки и потенциально выступать в качестве источника вибрации. Фемтосекундные лазеры используют ультра-холодную абляцию с ультракороткими импульсами для испарения и удаления материала слой за слоем. Этот метод обработки позволяет избежать заусенцев и повторных слоев, обеспечивая гладкую внутреннюю стенку.

Высокая точность фемтосекундных лазеров гарантирует качество ограничительных отверстий воздушных подшипников, обеспечивая точный контроль потока воздуха через каждое микро-отверстие. Между тем, высокая стабильность процесса обработки координирует общую производительность всех отверстий, позволяя им работать согласованно, создавая однородную и стабильную воздушную пленку. Эта синергия в конечном итоге обеспечивает оптимальную точность скорости вращения, несущую-грузоподъемность и динамическую стабильность.

Массовое производство воздушных подшипников: решение с помощью фемтосекундного лазера

Поэтому фемтосекундная лазерная обработка является настоятельно рекомендуемым процессом изготовления дроссельных отверстий воздушных подшипников.