用于薄壁管材激光微加工的同軸水射流裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種用于薄壁管材激光微加工的同軸水射流裝置，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中激光切割小尺寸零件時(shí)過度灼熱和冷卻碎屑大量沉積在加工零件表面，影響加工質(zhì)量的問題，本發(fā)明專利技術(shù)通過采用一種同軸水射流裝置，呈中空?qǐng)A柱形，內(nèi)部設(shè)有450反射鏡，圓柱體側(cè)壁上設(shè)有照明光源，照明光源的下面設(shè)有激光發(fā)生器，反射鏡下面設(shè)有聚焦鏡，水射流從噴嘴雙層結(jié)構(gòu)間通過，噴嘴通過側(cè)壁上的進(jìn)水口和高壓供水單元連接的技術(shù)方案，較好地解決了該問題，可用于薄壁管材激光微加工的工業(yè)生產(chǎn)中。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種用于薄壁管材激光微加工的同軸水射流裝置。
技術(shù)介紹
激光微加工由于加工效率高、切割殘?jiān)佟⒎墙佑|加工、易實(shí)現(xiàn)加工過程的自動(dòng)化等特點(diǎn)，因而成為薄壁管材加工的主要方法。薄壁管材的激光切割是由相互重疊的激光脈沖點(diǎn)在管材上沿切割線移動(dòng)，同時(shí)輸入高壓氧輔助熔化切割。激光聚焦點(diǎn)處材料熔融氣化，熔渣被氣體吹出，在金屬管壁上形成切割軌跡。熔融氣體和熔渣起初向外發(fā)射，但是最后，大部分的蒸汽都變成了碎屑，散布在燒蝕圖樣表面四周和刻槽內(nèi)。碎屑的形成破壞了零件的外觀和性能。它也降低了燒蝕效率，由于前一次留下來的碎屑可能擋住下一次掃描時(shí)激光光束傳播的路徑。在激光切割大管徑的管材時(shí)，小區(qū)域過熱帶來的影響不大。但是，很多應(yīng)用中需要切割微小管徑的管材，(管徑一般小于5mm)在激光加工過程中會(huì)快速產(chǎn)生熱量，零件的熱擴(kuò)散會(huì)產(chǎn)生熱損傷，無論是熱影響區(qū)、融化區(qū)域、重鑄，還是渣滓，都改變了微結(jié)構(gòu)。零件熱影響區(qū)域危害了零件的完整性，進(jìn)而明顯降低了加工產(chǎn)量。一般激光微加工工藝有干切和濕切兩種工藝，干切工藝是將輔助氣體吹在激光與材質(zhì)作用區(qū)域，用于去除切口的碎渣并冷卻激光作用區(qū)。濕切通常在小零件切割中有優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樾〉慕饘倭慵谇懈钸^程中會(huì)快速產(chǎn)生熱量，濕切在保持熱影響區(qū)溫度最小方面具有重要作用，尤其是因?yàn)樘財(cái)U(kuò)散導(dǎo)致的溫度增加，濕切能幫助維持工件中最佳的熱管理。同時(shí)由于熔化及凝結(jié)后的材料仍殘留在切口及切割表面。為了消除它們，有限氣壓的輔助氣流通常在激光束附近被生成。但是，這一氣流并不十分有效，因?yàn)閮H有一小部分的氣體穿透進(jìn)入切口。除了切口附近的碎屑，還有熔化顆粒以及蒸發(fā)材料在表面的沉積。而引入高壓水到切割點(diǎn)，在工件表面會(huì)產(chǎn)生一層很薄的水膜。落在薄膜上的顆粒很快冷卻并無法粘結(jié)在工件的表面。導(dǎo)水方式的具體實(shí)現(xiàn):相比于干切工藝，濕切工藝多了導(dǎo)水環(huán)節(jié)，需要向切割點(diǎn)位置導(dǎo)入冷卻水。CN202006338U公開一種高功率激光切割機(jī)和導(dǎo)光系統(tǒng)，其包括水冷聚焦鏡內(nèi)筒、水冷聚焦鏡外套，水冷聚焦鏡內(nèi)筒、水冷聚焦鏡外套之間通有冷卻水，聚集鏡及其保護(hù)片安裝在水冷聚焦鏡內(nèi)筒中，所述水冷聚焦鏡內(nèi)筒的激光輸出端安裝有縱向截面呈兩端小、中間大的雙錐形吹氣套，在吹氣套的上錐部外側(cè)表面上設(shè)置有進(jìn)氣接頭。CN1827282公開了一種用于CO2數(shù)控激光切割機(jī)的數(shù)控激光切割頭及其制造方法。數(shù)控激光切割頭包括水冷組件，所述水冷組件的上、下部分均是整體式環(huán)形冷卻水道結(jié)構(gòu)，其環(huán)形冷卻水槽是一次性機(jī)械加工成型的；采用以上技術(shù)使數(shù)控激光切割頭在使用時(shí)氣壓與光能量的損耗小、聚焦效果好、密封性好、被切割的板材厚度更大、板材利用率高，并具有聞強(qiáng)度、聞耐壓性和聞導(dǎo)熱性。現(xiàn)有技術(shù)中并沒有報(bào)道采用同軸進(jìn)入冷卻水的激光切割機(jī)，也沒有報(bào)道采用同軸入射的水流減少熱影響區(qū)，降低熱應(yīng)力以抑制工件表面裂紋產(chǎn)生的技術(shù)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問題是激光加工微小管徑管材的過程中，產(chǎn)生的熱量對(duì)零件造成熱損傷，碎屑不易清除，加工的工件使用壽命低的問題，提供一種用于薄壁管材激光微加工的同軸水射流裝置，采用該裝置加工微小管徑的薄壁管材，具有熱損傷小，碎屑易清除，加工的工件使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下:一種用于薄壁管材激光微加工的同軸水射流裝置，呈中空?qǐng)A柱形，上端有光電傳感器安裝座3，光電傳感器I和光電傳感器調(diào)焦旋鈕2設(shè)在光電傳感器安裝座3的上面，光電傳感器安裝座3下面，同軸水射流裝置內(nèi)部設(shè)有45°反射鏡4，與45°反射鏡4對(duì)應(yīng)的圓柱體側(cè)壁上，設(shè)有照明光源5，照明光源5的下面設(shè)有激光發(fā)生器6，45°反射鏡4下面設(shè)有聚焦鏡7，聚焦鏡7對(duì)應(yīng)的圓柱體側(cè)壁上設(shè)有聚焦鏡調(diào)焦微分頭8，聚焦鏡7的下面設(shè)有保護(hù)鏡9，保護(hù)鏡9的下面為具有雙層結(jié)構(gòu)的噴嘴11，水射流12從噴嘴11雙層結(jié)構(gòu)間通過，噴嘴11通過側(cè)壁上的進(jìn)水口 13和高壓供水單元10連接。上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的技術(shù)方案同軸水射流裝置還包括工作臺(tái)15，上面放置待加工工件14，待加工工件14位于噴嘴11下方。優(yōu)選的技術(shù)方案激光發(fā)生器6為光纖激光發(fā)生器。優(yōu)選的技術(shù)方案噴嘴11呈圓環(huán)形，水射流12呈柱狀。聚焦鏡調(diào)焦微分頭8用于水平或垂直調(diào)節(jié)聚焦鏡7。本專利技術(shù)采用最先進(jìn)的光纖激光器，獲得足夠高的峰值功率。高壓水供給單元。用于提供高壓水。采用圓形的噴嘴，水射流基本上呈柱狀。保護(hù)鏡9在加工過程中避免熔融飛濺的碎屑和水流對(duì)聚焦鏡和激光發(fā)生器的影響。本專利技術(shù)提出的適用于薄壁管材激光微加工的同軸水射流裝置的原理為:在激光加工過程中引入與激光束同軸的冷卻水輔助切割，采用將激光束聚焦后在水柱維持穩(wěn)定的范圍內(nèi)，將工件浸于其中對(duì)待加工的工件進(jìn)行加工，使得激光能量積累和傳導(dǎo)產(chǎn)生的熱量被水帶走，可以避免激光在對(duì)薄壁管材切割時(shí)的熱損傷及灼熱。同軸入射的水流可以有效減少熱影響區(qū)，降低熱應(yīng)力以抑制工件表面裂紋產(chǎn)生。同時(shí)在工件加工過程中引入同軸水射流可以提高材料的斷裂強(qiáng)度能夠更好的保障后續(xù)的加工以及器件的使用壽命。同時(shí)激光的高溫使水溫上升，產(chǎn)生的氣泡和加熱液體的活動(dòng)有助于熔渣的排出，提高加工質(zhì)量。水流的沖刷使大多數(shù)熔化的材料被水射流帶走，只有少部分碎屑留下來。在工件表面會(huì)產(chǎn)生一層很薄的水膜，落在薄膜上的顆粒很快冷卻并無法粘結(jié)在工件的表面。高壓水射流可以代替輔助高壓氣體，對(duì)工件進(jìn)行冷卻和帶走加工過程中產(chǎn)生的熔渣和碎屑。本專利技術(shù)提出的用于薄壁微小管徑管材濕切加工的同軸水射流裝置，在水柱維持穩(wěn)定的范圍內(nèi)，對(duì)待加工的產(chǎn)品進(jìn)行加工，使得激光能量積累和傳導(dǎo)產(chǎn)生的熱量被水帶走，可以避免激光在對(duì)薄壁管材切割時(shí)的熱損傷及灼熱，同時(shí)清除切割過程中產(chǎn)生的碎屑。因?yàn)樗淞鞣浅＜?xì)，其作用力在工件上是微乎其微的，對(duì)水的消耗也很少，由于不產(chǎn)生任何熱損傷，能夠比干式激光更好地加工多種類型的材料。相比于輔助高壓氣體的高成本，加工過程中的高消耗，水可以就地取材，損耗少，成本低，加工過程中的蒸發(fā)物或熔渣基本都被水流帶走，是一種綠色加工技術(shù)，保護(hù)了環(huán)境，取得了較好的技術(shù)效果。。附圖說明圖1為用于薄壁管材激光微加工的同軸水射流裝置， 圖1中，I為光電傳感器；2為光電傳感器調(diào)焦旋鈕，3為光電傳感器安裝座，4為45°反射鏡，5為照明光源，6為激光發(fā)生器，7為聚焦鏡，8為聚焦鏡調(diào)焦微分頭，9為保護(hù)鏡，10為高壓供水單元，11為噴嘴，12為水射流，13為進(jìn)水口，14為待加工工件，15為工作臺(tái)。照明光源5發(fā)射的照明光和光纖激光器6發(fā)射的激光同時(shí)入射到45°反射鏡4，45°反射鏡4對(duì)激光全反，并對(duì)照明光45度增透，光束垂直入射到聚焦鏡7上，通過控制聚焦鏡7與加工平臺(tái)15之間的距離可以調(diào)整加工平面聚焦光斑的能量分布，透過聚焦鏡7聚焦后的激光，通過保護(hù)鏡9后打到加工平臺(tái)15上的加工工件14表面。從高壓水供給單元10引入高壓水流，使在加工過程中工件浸于高壓水射流12形成的水射流中。 下面通過實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步的闡述，但不僅限于本實(shí)施例。具體實(shí)施例 實(shí)施例1 一種用于薄壁管材激光微加工的同軸水射流裝置，如圖1所示，呈中空?qǐng)A柱形，上端有光電傳感器安裝座3，光電傳感器I和光電傳感器調(diào)焦旋鈕2設(shè)在光電傳感器安裝座3的上面，光電傳感器安裝座3下面，同軸水射流裝置內(nèi)部設(shè)有45°反射鏡4，與45°反射鏡4對(duì)應(yīng)的圓柱體側(cè)壁上，設(shè)有照明光源5，本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于薄壁管材激光微加工的同軸水射流裝置，呈中空?qǐng)A柱形，上端有光電傳感器安裝座（3），光電傳感器（1）和光電傳感器調(diào)焦旋鈕（2）設(shè)在光電傳感器安裝座（3）的上面，光電傳感器安裝座（3）下面，同軸水射流裝置內(nèi)部設(shè)有450反射鏡（4），與450反射鏡（4）對(duì)應(yīng)的圓柱體側(cè)壁上，設(shè)有照明光源（5），照明光源（5）的下面設(shè)有激光發(fā)生器（6），450反射鏡（4）下面設(shè)有聚焦鏡（7），聚焦鏡（7）對(duì)應(yīng)的圓柱體側(cè)壁上設(shè)有聚焦鏡調(diào)焦微分頭（8），聚焦鏡（7）的下面設(shè)有保護(hù)鏡（9），保護(hù)鏡（9）的下面為具有雙層結(jié)構(gòu)的噴嘴（11），水射流（12）從噴嘴（11）雙層結(jié)構(gòu)間通過，噴嘴（11）通過側(cè)壁上的進(jìn)水口（13）和高壓供水單元（10）連接。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于薄壁管材激光微加工的同軸水射流裝置，呈中空?qǐng)A柱形，上端有光電傳感器安裝座(3 )，光電傳感器(I)和光電傳感器調(diào)焦旋鈕(2 )設(shè)在光電傳感器安裝座(3 )的上面，光電傳感器安裝座(3)下面，同軸水射流裝置內(nèi)部設(shè)有45°反射鏡(4)， 與45°反射鏡(4)對(duì)應(yīng)的圓柱體側(cè)壁上，設(shè)有照明光源(5)，照明光源(5)的下面設(shè)有激光發(fā)生器(6)，45°反射鏡(4)下面設(shè)有聚焦鏡(7)，聚焦鏡(7)對(duì)應(yīng)的圓柱體側(cè)壁上設(shè)有聚焦鏡調(diào)焦微分頭(8)，聚焦鏡(7)的下面設(shè)有保護(hù)鏡(9)，保護(hù)鏡(9)的下面為具有雙層結(jié)構(gòu)的噴嘴(11)，水射流(12 )從噴嘴(11)雙層結(jié)構(gòu)間通過，噴嘴(11)...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：魏志凌，寧軍，夏發(fā)平，馬秀云，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：昆山思拓機(jī)器有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：