激光加工喷嘴的制作方法

专利名称：激光加工喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种激光加工喷嘴，其具有至少一个用于激光束和用于加工 气体的导送腔。
背景技术：
例如通过US 6423928 Bl已经公开了一种这类激光加工喷嘴。 根据现有技术，在熔割(例如VA钢材)时，随着要加工的板厚度增加， 应增大构造为孔式喷嘴的激光加工喷嘴的孔径。这样就需要更大气体压力。 然而增加气体压力意味着要增加切割缝隙中的气体密度，由此更可能形成等 离子。等离子阈值也与入射的功率密度(高的功率密度或处理温度〉〉等离 子)和焦点位置(高的焦点位置>〉等离子)相关并且限制熔割的质量。
在切割厚的板材时，降低切割气压能获得更好的切割边沿质量。然而， 这关系到强烈的毛刺形成。

发明内容
需要解决这样的问题改进用于激光束切割的喷嘴，使得能达到在切割 边沿精度方面高质量的切割，其中尤其追求提高切割效率，也就是说在遵守 高的切割质量的情况下达到更大的进给。特别是在切割厚板材时必须阻碍等 离子体形成。
该问题通过开始所述类型的一种激光加工喷嘴解决，其中，所述激光加 工喷嘴具有一个设置在气体导送腔的嘴口区域中的空腔，所述空腔仅向待加 工工件方向敞开，其中该开口具有一楔形的边缘。
根据本发明的激光加工喷嘴的作用在于，获得较大的切割前沿覆盖度而 不必增大激光加工喷嘴的嘴口直径。在此避免在该作用中产生扩散器，它会 对熔化导致较低的冲量。
借助根据本发明的楔形边缘可以形成翻滚流。该翻滚流导致主气体射束 首先流入一个容积(滞积容积)内，它的压力与周围相比较高。由此，与已知的激光加工喷嘴相比，加工气体达到从嘴口出来的更高的流出速度，因此 可以更好地将冲量传递给板材或者说传递给切割前沿。相比已知的激光加工 喷嘴，由于翻滚流与主气体射束之间的过渡区域中的同向的速度，主气体射 束与周围之间的摩擦损失被降低。此外翻滚流对于工件上方区域中的主气体 射束具有支持作用。另一支持效果出现在切割缝隙内部。相比已知的激光加 工喷嘴，主气体射束在下面更远处才与切割前沿分离。这样有利于改善切割 边缘。在本发明的一个优选实施方式中，所述空腔关于导送腔的嘴口旋转对称 地设置。通过这种设置得到，加工气体射束被加工气体的一个滞积容积包围。 这产生了切割前沿的旋转对称覆盖。如果气体导送腔的嘴口縮回到所述激光切割喷嘴的喷嘴尖的后面，则加 工气体可以很好地滞积并流入该空腔中。所述空腔在空腔底部的区域中具有圆形构造的内轮廓，由此，翻滚流的 形成进一步得到支持。但也可以想到，所述空腔在空腔底部的区域中具有多角形构造的内轮廓。如果所述空腔的内侧面相对于导送腔横向设置或斜向延伸，则加工气体 可以接近径向地流入所述空腔。所述空腔延伸到所述气体导送腔的嘴口的后边优化了气流状况。借助排出边缘，回流的气体可以尽可能同轴地流向主气体射束。这附加 改善了切割效果。


附图中示意性示出本发明的一些实施例，下面结合附图对其详细说明。 附图示出图1 一激光切割设备的结构；图2 根据本发明的第一激光加工喷嘴的纵剖面；图3a， 3b根据本发明的另一激光加工喷嘴；图4a， 4b根据本发明的另一激光加工喷嘴。
具体实施方式
附图1示出一个用于激光切割的激光加工设备1的结构，具有一 C02激 光器2、 一激光加工头4 (激光加工喷嘴4a)和一工件支承座5。所产生的激光束6借助偏转镜被引导向激光加工头4并借助一些反射镜对准工件8。在形成贯通的切割缝之前，激光束6必须穿透工件8。板8必须在一个位置上被点状地熔化或氧化，熔化物必须被吹走。刺孔以及激光切割都需要通过补充气体来支持。氧气、氮气、压縮空气和/或特定用途的气体都可以被用作切割气体9。最终使用哪种气体取决于切割什么材料和对工件有什么样的质量要求。产生的等离子体和气体可以借助抽吸装置IO从抽吸室11吸走。按照图2，本发明的激光加工喷嘴4a由两个相互连接的构件12和13构成。构造为孔式喷嘴的激光加工喷嘴4a具有用于切割气体和激光束的中心导送腔14。孔式喷嘴4a的圆筒形嘴口 15在流动方向上看縮回到喷嘴尖16的后面。 关于嘴口 15旋转对称地设置有一个用于容纳切割气体的环形延伸的空腔17。 该空腔17仅朝向激光加工喷嘴4a的下侧面、即朝向工件和朝向嘴口 15敞开， 并且具有纯圆形的底部18。供切割气体用的该滞积容积由此在径向上并且也 向喷嘴嘴口 15的后面扩展。在图2中，箭头(主气体射束19和滞积的气体 射束19')表示切割气体流。在喷嘴尖16上，激光加工喷嘴4a具有比嘴口 15本身大多倍的直径。因此，附加借助空腔17施加的滞积容积被这样施加和成型使得径向流 出的气体的一部分通过"翻滚流"被导回并包围切割气体射束。喷嘴尖16距 离待加工的板越近，气流阻力越大并且阻滞压力断面可以越有效地径向扩张。 激光加工喷嘴4a的下侧的楔形收縮的边缘18'首先是形成翻滚流的原因。径向 流出的加工气体被从这里部分地转向到空腔17中并沿着空腔17的内表面17' 和17"经过排出边缘18"流回到主气体射束19。楔形的几何形状一方面导致径 向流出的加工气体的流体分离，另一方面作为导流几何结构导致形成翻滚流。 除了边缘18'外，空腔17的形状以及空腔17 —直延伸到喷嘴嘴口 15后面也 与翻滚流的形成有关。此外，为了产生翻滚流，切割距离，即喷嘴尖16的喷嘴下边缘与板表面 之间的距离，必须选择得适当小(<0.7mm，其中最佳切割距离是0.3-0.5mm)。 如果切割距离较大，则在板表面上形成压力垫，它阻碍加工气体的有效冲量 传递。此外不再能形成翻滚流。这产生切割前沿的较高的覆盖度，它对
-质量(在厚板范围内烙化切割代替等离子切割，均匀的槽口结构)； -进给(+10至+20%，个别情况下+80至+100%); -等离子阈值(厚板范围内的熔化切割)； -气体消耗 产生积极作用。
在嘴口直径相同的情况下，切割气体消耗量低于目前的标准值。早先的 研究可以看出，此外可以采用更小的嘴口直径进行切割，这样可以进一步降 低切割气体消耗。
为了激光加工喷嘴4a的令人满意的功能，空腔17的与喷嘴开口相接的 内侧面可以向外倾斜。根据倾斜角，即内侧面17'与工件之间的夹角，径向流 出的气体进行偏转，倾斜度越大，即倾斜角越尖锐，损失越小。为了尽可能 好地形成翻滚流，必要的是，滞积容积縮回到嘴口区域的平面的后边。底部 18和紧接着的侧面18'的区域中的几何形状在此可以是圆形的或椭圆形的。
图3a， 3b示出相对于图1中的孔式喷嘴4a的替换方案。如图3a所示， 激光加工喷嘴20具有一个圆锥形的嘴口21 (拉瓦尔喷嘴)。如图3b所示，激 光加工喷嘴22具有一个环形缝隙23。这些可替换的实施方式组合了相对于图 1中的激光加工喷嘴4a不变的滞积容积。因此保持了本发明的功能方式。
图4a和4b示出了相对于图1中的激光加工喷嘴4a的滞积容积的替换方 案。如图4a和4b所示，除了圆形几何形状外还可以想到激光加工喷嘴24(空 腔25)和26 (空腔27)中的多角形的空腔构造。
权利要求
1、一种激光加工喷嘴(4a；20；22；24；26)，具有至少一个用于激光束和用于加工气体的导送腔(14)，其特征在于，所述激光加工喷嘴(4a；20；22；24；26)具有设置在所述导送腔(14)的嘴口(15)区域内的空腔(17；25；27)，所述空腔向待加工工件方向敞开，其中，该开口具有一楔形的边缘(18′)。
2、 如权利要求1所述的激光加工喷嘴，其特征在于，该空腔(17; 25; 27)关于所述导送腔(14)的嘴口 (15)旋转对称地设置。
3、 如权利要求1或2所述的激光加工喷嘴，其特征在于，所述导送腔(14) 的嘴口 (15)縮回到所述激光加工喷嘴(4a; 20; 22; 24; 26)的喷嘴尖(16) 的后面。
4、 如上述任一项权利要求所述的激光加工喷嘴，其特征在于，所述空腔 (17)的空腔底部(18)的区域中具有圆形构造的内轮廓。
5、 如权利要求1-3中任一项所述的激光加工喷嘴，其特征在于，所述空 腔(25; 27)的空腔底部的区域中具有多角形构造的内轮廓。
6、 如上述任一项权利要求所述的激光加工喷嘴，其特征在于，所述空腔 (17; 25; 27)的内侧面(17'， 17")相对于导送腔(14)的方向横向设置。
7、 如上述任一项权利要求所述的激光加工喷嘴，其特征在于，所述空腔 (17; 25; 27) —直延伸到所述导送腔(14)的嘴口 (15)的后边。
8、 如上述任一项权利要求所述的激光加工喷嘴，其特征在于，所述空腔 (17; 25; 27)的开口具有一个排出边缘(18")。
全文摘要
本发明涉及一种激光加工喷嘴(4a)，它具有至少一个用于激光束和用于加工气体的导送腔(14)，该激光加工喷嘴具有设置在所述导送腔(14)的嘴口(15)区域内的空腔(17)，所述空腔向待加工工件方向敞开，其中，该开口具有一楔形的边缘(18′)。
文档编号B23K26/38GK101321601SQ200580052142
公开日2008年12月10日 申请日期2005年11月25日 优先权日2005年11月25日
发明者N·斯佩克 申请人:通快机床两合公司