微小孔的加工一直是機械制造中的一個難點，圍繞這個問題研究人員進行了大量研究。目前可用于加工微小孔的方法有：機械加工、激光加工、電火花加工、超聲加工、電子束加工及復合加工等[1]。有關各種方法可加工的微小孔直徑范圍已有較多的報道，而對于加工所得微小孔側(cè)壁粗糙度的研究卻比較少。隨著科學技術(shù)的發(fā)展和尖端產(chǎn)品的日益精密化、集成化和微型化，微小孔越來越廣泛地應用于汽車、電子、光纖通訊和流體控制等領域，這些應用對微小孔的加工也提出了更高的要求。例如，熔融沉積快速原型機所用噴頭是一個高精度微小孔，不僅要求孔徑大小準確，而且要求孔壁光滑，有利于熔體擠出以及擠出時微小孔流體阻力的準確控制。本文通過對可用于快速原型機噴頭的微小孔側(cè)壁粗糙度進行測量，進一步研究該微小孔粗糙度對熔融沉積快速原型機所用噴頭工作質(zhì)量的影響。本研究結(jié)果還可對紡絲、噴墨打印機等其他行業(yè)中類似微小孔表面粗糙度的研究提供參考。

快速原型(RP)技術(shù)是20世紀80年代末出現(xiàn)的一種先進制造技術(shù)[2]。采用快速原型技術(shù)可以對產(chǎn)品設計進行快速評價和修改，以及時響應市場需求，提高企業(yè)的競爭能力。熔融沉積造型(Fused Deposition modeling，F(xiàn)Dm)作為一種快速原型制造工藝，是指采用熱熔噴頭將處于半流動狀態(tài)的材料按CAD分層數(shù)據(jù)控制的路徑逐層擠出，堆積、凝固后形成整個原型或零件[3]。常見的用于FDm的噴頭口型直徑約為0.2mm，屬微小孔范圍。目前如此微小的孔可以使用電火花、高速鉆削以及激光等方法加工。激光加工工藝近年來發(fā)展較快，現(xiàn)在已經(jīng)可以用激光在紅、藍寶石上加工直徑為0.3mm、深徑比為50：1的微小孔[4]；也可以利用聚焦極細的激光束方便地鉆出直徑為0.1～0.3mm的微小孔[5]?？紤]到微小孔激光加工工藝的的優(yōu)點及其應用日益增加的趨勢，本文著重研究采用激光加工的微小孔內(nèi)表面粗糙度的測量。

對于孔深小于1mm的通孔，可以借助放大鏡比較粗略地觀察該孔內(nèi)壁的粗糙度。本研究采用反射式顯微鏡直接觀察孔口內(nèi)表面情況，作為實測粗糙度試驗的對照。對于孔深達4mm的微小孔內(nèi)壁粗糙度，顯然無法用此方法準確測量。由于所測量的微小孔孔徑較小，可控光源無法準確地深入孔內(nèi)，故無法用光干涉原理的方法測量。若采用直接接觸式測量方法，雖然探頭直徑比微小孔內(nèi)徑小，但與其連接的后續(xù)部分太大，使得探頭無法深入微小孔內(nèi)部進行直接測量。因此，筆者對微小孔采用剖分法，并用錐度為60°的輪廓儀對剖分后外露的微小孔內(nèi)表面進行直接測量，以取得準確數(shù)據(jù)。

微小孔的剖分加工有兩種方法：一種是微小孔加工后再剖切，另一種是在緊密結(jié)合的兩塊光滑平板上沿結(jié)合縫打孔。由于孔徑微小，加工后剖切應屬薄板切割。此時為取得較高切割精度應使用激光切割。但由于切割光斑直徑較大(如薄板厚為5mm、要求切割速度為1.5m/min時，光斑直徑為0.2mm[6])，與所加工的微小孔直徑接近，切割后所剩余的微小孔內(nèi)表面太小，難以進行粗糙度測量；同時，為了保護微小孔內(nèi)壁在剖切時不受飛濺物的影響，通常在剖切前向微小孔內(nèi)先注入蠟等物質(zhì)以保護孔內(nèi)壁，但此時保護物對微小孔內(nèi)壁粗糙度測量結(jié)果的影響無法評估，因此采用這種剖切加工工藝時需非常慎重，以避免測量的困難。鑒于上述原因，本試驗采取第二種微小孔加工方法：加工好兩塊平板，將它們合緊后沿兩板的接觸面打騎縫孔，然后把兩平板分開，直接測量暴露在外的微小孔內(nèi)表面。采用這種方法測得的微小孔內(nèi)壁的粗糙度能準確地反映微小孔內(nèi)表面的實際加工情況。

鉆孔時，兩平板全長采用平口鉗夾緊，以避免激光打孔時平板彎曲或受力不均勻。在激光打孔裝置上設有放大倍數(shù)為57倍的顯微放大裝置，可以較清晰地觀察兩平板的接觸面，故可較好的保證激光光束與平板接觸面的相對位置并保證沿接觸面打騎縫孔。平板接觸面和加工工作臺的垂直度可通過調(diào)整來保證。