[發明專利]用于薄壁管材激光微加工的同軸水射流裝置

無效

• 申請號: 201210015852.9
• 申請日: 2012-01-19
• 公開（公告）號: CN103212819A
• 公開（公告）日: 2013-07-24
• 發明（設計）人: 魏志凌;寧軍;夏發平;馬秀云
• 申請（專利權）人: 昆山思拓機器有限公司
• 主分類號: B23K26/36
• 分類號: B23K26/36;B23K26/14
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

?

技術領域

本發明涉及一種用于薄壁管材激光微加工的同軸水射流裝置。

背景技術

激光微加工由于加工效率高、切割殘渣少、非接觸加工、易實現加工過程的自動化等特點，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在管材上沿切割線移動,同時輸入高壓氧輔助熔化切割。激光聚焦點處材料熔融氣化，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。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激光光束傳播的路徑。

在激光切割大管徑的管材時，小區域過熱帶來的影響不大。但是，很多應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快速產生熱量，零件的熱擴散會產生熱損傷，無論是熱影響區、融化區域、重鑄，還是渣滓，都改變了微結構。零件熱影響區域危害了零件的完整性，進而明顯降低了加工產量。

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作用區域,用于去除切口的碎渣并冷卻激光作用區。濕切通常在小零件切割中有優勢，因為小的金屬零件在切割過程中會快速產生熱量，濕切在保持熱影響區溫度最小方面具有重要作用，尤其是因為特擴散導致的溫度增加，濕切能幫助維持工件中最佳的熱管理。同時由于熔化及凝結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，因為僅有一小部分的氣體穿透進入切口。除了切口附近的碎屑，還有熔化顆粒以及蒸發材料在表面的沉積。而引入高壓水到切割點，在工件表面會產生一層很薄的水膜。落在薄膜上的顆粒很快冷卻并無法粘結在工件的表面。導水方式的具體實現：相比于干切工藝，濕切工藝多了導水環節，需要向切割點位置導入冷卻水。

CN202006338U公開一種高功率激光切割機和導光系統，其包括水冷聚焦鏡內筒、水冷聚焦鏡外套，水冷聚焦鏡內筒、水冷聚焦鏡外套之間通有冷卻水，聚集鏡及其保護片安裝在水冷聚焦鏡內筒中，所述水冷聚焦鏡內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表面上設置有進氣接頭。

?CN1827282公開了一種用于CO₂數控激光切割機的數控激光切割頭及其制造方法。數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形冷卻水道結構，其環形冷卻水槽是一次性機械加工成型的；采用以上技術使數控激光切割頭在使用時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，并具有高強度、高耐壓性和高導熱性。

現有技術中并沒有報道采用同軸進入冷卻水的激光切割機，也沒有報道采用同軸入射的水流減少熱影響區，降低熱應力以抑制工件表面裂紋產生的技術。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是激光加工微小管徑管材的過程中，產生的熱量對零件造成熱損傷，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的優點。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下：一種用于薄壁管材激光微加工的同軸水射流裝置，呈中空圓柱形，上端有光電傳感器安裝座3，光電傳感器1和光電傳感器調焦旋鈕2設在光電傳感器安裝座3的上面，光電傳感器安裝座3下面，同軸水射流裝置內部設有45⁰反射鏡4，與45⁰反射鏡4對應的圓柱體側壁上，設有照明光源5，照明光源5的下面設有激光發生器6，45⁰反射鏡4下面設有聚焦鏡7，聚焦鏡7對應的圓柱體側壁上設有聚焦鏡調焦微分頭8，聚焦鏡7的下面設有保護鏡9，保護鏡9的下面為具有雙層結構的噴嘴11，水射流12從噴嘴11雙層結構間通過，噴嘴11通過側壁上的進水口13和高壓供水單元10連接。

上述技術方案中，優選的技術方案同軸水射流裝置還包括工作臺15，上面放置待加工工件14，待加工工件14位于噴嘴11下方。優選的技術方案激光發生器6為光纖激光發生器。優選的技術方案噴嘴11呈圓環形，水射流12呈柱狀。聚焦鏡調焦微分頭8用于水平或垂直調節聚焦鏡7。