[发明专利]一种背面侧吹气体辅助激光切割的方法及装置

说明书

技术领域

    本发明属于激光切割技术领域，特指一种背面侧吹气体辅助激光切割的方法及装置。

技术背景

激光切割技术是利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或者达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，利用激光头与工件之间的相互运动将工件割开。激光切割技术与其他热切割方法相比较，具有以下优点：切割效率高；非接触式切割，无刀具磨损；切割材料种类多，不仅可以切割硬度高、脆性大的材料，还能切割加工柔性材料；切缝区热影响区小；工件变形小，切割精度高等。基于上述优点，激光切割技术广泛运用于钣金加工业、汽车制造业和造船工业等，如将激光切割技术与三维工业机器人技术结合，能高精度切割汽车车身，极大地提高了加工效率和加工质量。

但是，在激光切割工件中，受加工条件、被加工物的材质和材料厚度等因素的影响，会在被加工物背面附着有熔融材料飞溅物，即粘渣。一般而言，碳钢的激光切割加工不易发生背面粘渣现象，但是对于镀锌钢板、不锈钢板和铝材等材料的激光切割加工则很难避免背面粘渣的产生，并且此类材料的粘渣通常较硬，附着力较大，很难去除，一旦除渣过程操作不当，会破坏被加工物背面的表面光洁度。在工业运用中，为避免此类材料激光切割背面粘渣现象的产生，通用的做法是在材料背面涂抹粘渣防止剂、飞溅物防止剂或者粘贴保护膜，但这一方法会增加前处理和后处理的工序，降低加工效率。另外，增加激光切割辅助气体的气压也能在一定程度上减少粘渣量，但是增加辅助气体气压意味着辅助气体消耗增加，即增加了加工成本，同时该方法仅仅减少了粘渣量，不能完全避免粘渣的发生，仍需要对背面的粘渣进行后续清除处理工作，降低了激光切割加工效率。

发明内容

     本发明的目的在于提供一种在被加工物背面侧吹高压气体辅助激光切割的方法及装置，以避免被加工物背面粘渣的发生，保证材料表面的光洁度，无需增加后续除渣工序，提高激光切割加工的效率。

    为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

    一种背面侧吹气体辅助激光切割的方法，其特征在于,包括以下步骤：

步骤一：用气体增压装置将高压辅助气体喷射至工件起切位置的正下表面，在工件下表面形成高速气流；

步骤二：根据加工材料种类和厚度设置激光切割工艺参数,所述参数包括激光功率、切割速度和加工气体压力，启动激光器，使激光束作用于工件的上表面，直至激光束在工件上开孔；

步骤三：激光束相对工件按照设定轨迹运动，同时工件下表面的高压辅助气体作用点与激光束保持同步运动，实现激光切割加工。

喷射的所述高速气流的入射方向与工件间的夹角范围是大于等于0°且小于等于80°。

所述的高压辅助气体为氮气、氧气和压缩空气中的任一种。

实施所述的一种背面侧吹气体辅助激光切割的方法的装置，其特征在于包括:气罐(1)、加工气体管(2)、数控运动平台A(3)、聚光系统(6)、激光头(7)、工作台(9)、数控运动平台B(10)、底座(11)、喷嘴(12)、喷嘴支架(13)、辅助气体管(14)、机架(15)和气体增压装置(16)；

聚光系统(6)安装在数控运动平台A(3)上并且悬置在工作台(9)正上方，保证同轴安装在聚光系统(6)下端的激光头(7)距离工作台(9)上表面的距离为大于等于3 mm且小于等于25 mm；聚光系统(6)的侧壁上开设有进气口(4)，进气口(4)通过加工气体管(2)与气罐(1)相连；数控运动平台A(3)通过机架(15)固定在底座(11)上；

喷嘴(12)处于工作台(9)的正下方大于等于1 mm且小于等于10 mm的位置，喷嘴(12)通过喷嘴支架(13)与固定于底座(11)的数控运动平台B(10)相连；喷嘴(12)与喷嘴支架(13)之间为铰接结构，喷嘴(12)通过辅助气体管(14)与气体增压装置(16)相连；

    所述数控运动平台A(3)为三维数控运动平台，控制水平面和纵轴上的移动；所述的数控运动平台B(10)为四维数控运动平台，控制水平面和纵轴的移动并且控制绕纵轴的转动。

 

    本发明装置的工作过程如下：