[发明专利]用于带钢的激光切割头

说明书

技术领域

本发明涉及激光切割领域，尤其涉及一种激光高速切割带钢的激光切割头。

背景技术

从上世纪七十年代起，激光切割逐渐在企业生产中应用。激光切割的优势为：1.激光切割为非接触光学热加工，被誉为“永不磨损的万能工具”。工件可以进行任意形式的紧密排料或套裁，使原材料得到充分利用。由于是非接触加工，加工后的零件没有任何形变。2.激光切割的效率高。高效率使得单件加工成本成几何级数地降低，甚至低于传统加工方法。3、激光切割无需刀具和模具。在计算机控制下，可直接实现二维、三维上任意形状的板类和壳体类零件的柔性加工，特别适用于新产品研制开发阶段的多品种、小批量的钣金类零件的加工，可省去费用很高的模具设计、制造费，极大地缩短生产周期。4.激光切割的切缝极小。切缝一般在0.15～0.4mm。利用激光对切割高硬度、高脆性、高熔点的材料，正是激光切割的优势。

激光切割中气流具有吹除熔融材料、保护聚焦透镜甚至提供部分切割能量的作用。气体压力、流量是影响切割质量的重要因素，压力过低，吹不走切口处的熔融材料；过高，易在工件表面形成涡流，反而削弱了气流去除熔融材料的作用。实践证明，不同结构的喷嘴对切割也会产生不同的影响。

目前国内外对于激光切割用喷嘴，尤其是高速激光切割用喷嘴的研究很少，其喷嘴形式主要以单孔为主，介质以气体为主，其缺点主要在于无法在保证气体压力的前提下提供冷却和熔渣去除所需的气体流量。专利CN200510095474.X依据拉瓦尔结构特性，采用富尔士流线拟合方法，由于在发散段采用直线和高阶曲线组合，不但加工难度大，而且无法保证气流的平稳性。专利CN101104222A给出了一种超音速喷嘴，由平行段、收敛段、喉部和发散段等四部分组成一个相通整体，其收敛段和发散段均为复杂曲线，这给喷嘴加工增加很大难度。专利CN101508059A提供了一种由切割嘴主体、聚流器和返渣器组成的喷嘴，其优势在于喷嘴为分体式，同时设置返渣口，可提高喷嘴加工精度和激光通路的清洁性。以上这些激光切割用喷嘴设计是都需要保证气体喷嘴中心与激光中心严格重合，否则将明显降低切割速度和切割质量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于带钢的激光切割头，通过将喷气吹扫通道与激光通路分离，保证了激光通路的清洁性，可提高光束质量，延长相关光学元件寿命。

本发明是这样实现的：一种用于带钢的激光切割头，包括切割头本体，所述切割头本体的轴心设置有激光通路，所述切割头本体内围绕激光通路开设有一圈环形的喷气容腔，切割头本体侧壁上开设有保压进气孔和喷射进气道，所述保压进气孔与激光通路连通，所述喷射进气道与喷气容腔连通；切割头本体底部开设有与喷气容腔连通的喷气结构，喷气结构绕激光通路的轴心中心对称，所述喷气结构的竖向截面从上到下由收缩腔、喉部和发散腔三部分构成。

所述的收缩腔为锥形。

所述激光通路位于喷气结构出口下方的外壁为曲面导气段。

所述喷气容腔的容积大于喷气结构的容积。

所述的切割头本体由上部结构和下部结构两部分构成，所述激光通路与上部结构成为一个整体，所述下部结构套在激光通路外，下部结构密封固定连接在上部结构的下端面上，上部结构与下部结构之间设置有密封圈。

所述的喷气结构为一环形喷气腔体，环形喷气腔体与激光通路同轴，环形喷气腔体的内壁为激光通路的外壁，环形喷气腔体的外壁为下部结构的内壁。

所述的喷气结构由若干开设在下部结构上的喷气孔构成，若干喷气孔以激光通路的轴心为中心环形阵列。

本发明用于带钢的激光切割头为了方便加工采用分体式设计，实现了组合式喷嘴设计，即将喷嘴及其容腔分解为三个相对独立的加工面，有效简化了喷嘴部分的加工难度，从而提高了曲面加工的可行性和加工精度。

喷气结构为连续曲面组成的喷嘴型腔，使喷射流体经过压缩和膨胀过程获得超音速，同时流体聚合点与激光焦点重合，通过环形中心对称分布的喷嘴结构，可在不增加流体的流场激波和涡流等危害前提下大大增加了喷气量；喷气吹扫通道与激光通路分离，激光通路内只通入避免激光通路产生负压的低压气流，利用类似拉法尔喷管的喷气结构实现流体超音速喷射，并通过附壁效应保证切割粉尘无法进入激光通路，保证了激光通路的清洁性，可提高光束质量，延长相关光学元件寿命。

附图说明

图1为本发明用于带钢的激光切割头实施例1的结构示意图；

图2为本发明中喷气结构的截面示意图；

图3为本发明实施例1中上部结构的主视截面示意图；