[发明专利]一种利用气流稳定焦点位置的多孔切割嘴

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种利用气流稳定焦点位置的多孔切割嘴，属于机械设计领域，具体涉及一种用于对薄板进行激光切割的多孔喷气切割嘴。

 

背景技术

激光切割的原理是激光束聚焦在被切割材料表面，利用焦点处极高的能量密度使材料融化或者汽化，同时通过切割嘴喷出的高速气体辅助切割。要实现良好的连续切割，必须满足焦点始终位于被切割材料的表面。当切割材料面积较大时，由于材料本身的不平整度或装夹工具的不平整度，要保证焦点始终位于被切割材料表面变得很困难，从而影响激光切割的效果。目前通常使用的技术有2种，一种是接触式方法，采用压住或者夹住金属薄板的方法，来达到激光切割过程中焦点在材料表面位置恒定的目的；另一种通过电容传感器方式，利用金属切割嘴与被切割材料之间的电容效应，实时调整切割嘴与被切割材料的距离。这两种方法都有其局限性：方法一必须与材料保持接触，可能会破坏材料，同时也会因为必须保持接触而导致使用上的一些限制；方法二必须适用于导体材料切割，同时必须有电动的Z轴来实时调整切割嘴与被切割材料距离，电容传感器及其配套装置成本高，容易受到干扰。

另有一种新型的方法，采用具有较大接触面的单孔切割嘴，能够利用切割嘴吹出的高压气体产生的负压效应，把被切割材料吸附到切割嘴附近，保持距离稳定。这种方法有一个弊端，当被切割材料表面已经有被切割过的图案时，单孔吹气的负压效果会产生变化，导致切割嘴与被切割材料的距离随着切割过程的进行发生变化。

因此，利用一种新型的切割嘴形状，在激光切割过程中使激光焦点始终稳定在材料表面上，且不随切割的进行而发生变化具有重要意义。

 

发明内容

本发明旨在解决以上加工技术问题，发明一种针对激光切割薄板时使用的利用气流稳定焦点位置的多孔切割嘴，该种切割嘴可以使得在激光切割过程中激光焦点始终稳定在材料表面上，且不随切割的进行而发生变化。

采用一种新型的切割嘴结构，相比之前传统的切割嘴，本切割嘴具有一个较大的平面，当高压气体通过切割嘴中心的小孔吹向材料表面时，切割嘴与材料之前的空气高速流动，由流体力学可知，高速流动的气体压力比静止的气体压力低，从而导致材料下表面所受气体压力大于材料上表面所受气体压力，使材料贴近切割嘴，与切割嘴向外吹出的气体压力保持平衡，从而保持切割嘴与被切割材料距离恒定，达到焦距稳定在被切割材料表面的目的。

同时，本切割嘴至少具有一组外环吹气孔，外环气孔也吹出高压气体，当切割嘴中心气孔下方有被切割掉的镂空区域，从而引起中心气孔负压吸附效果发生变化时，外环气孔依然能够保持负压吸附，从而达到稳定焦点于被切割材料表面的目的。

通过切割嘴形状的独特设计，可以使得在切割过程中焦点始终稳定在被切割材料的表面，同时在切割过程中不受影响。

 

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。

图1  切割嘴形状图

图2  切割嘴作用原理图

具体实施方式

采用一种新型的切割嘴结构，相比之前传统的切割嘴，本切割嘴具有一个较大的平面，当高压气体通过切割嘴中心的小孔吹向材料表面时，切割嘴与材料之前的空气高速流动，由流体力学可知，高速流动的气体压力比静止的气体压力低，从而导致材料下表面所受气体压力大于材料上表面所受气体压力，使材料贴近切割嘴，与切割嘴向外吹出的气体压力保持平衡，从而保持切割嘴与被切割材料距离恒定，达到焦距稳定在被切割材料表面的目的。

同时，本切割嘴至少具有一组外环吹气孔，外环气孔也吹出高压气体，当切割嘴中心气孔下方有被切割掉的镂空区域，从而引起中心气孔负压吸附效果发生变化时，外环气孔依然能够保持负压吸附，从而达到稳定焦点于被切割材料表面的目的。

应用此结构设计所需的加工方法容易达到较高的加工精度，加工简单易行，加工成本低。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。