CN102672961B - 热气流软化、压合透射加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用透射技术将工件连接起来的加工装置。这种装置具有加工头，所述加工头能够提供投向上层被加工材料表面的热气流和射线束。因此，在热气流产生的软化作用和压力作用范围内，上层被加工材料与下层被加工材料被紧密压合在一起，加工头的出气口与上层被加工材料的待加工区域上表面没有直接刚性接触，实际上是一种柔性接触，因而能够从根本上解决刚性接触施压所带来的诸多弊端。此时，携带足够能量的射线透过上层被加工材料，投射到上层被加工材料与下层被加工材料的接合面，并在这一接合面上产生大量的热能，把上层被加工材料与下层被加工材料熔接在一起。冷却后，上层被加工材料与下层被加工材料被连接起来。

Description

热气流软化、压合透射加工装置

技术领域

本发明涉及一种利用透射技术将工件连接起来的加工装置。这种装置具有加工头，所述加工头能够提供投向上层被加工材料表面的热气流和射线束。因此，在热气流作用处，上层被加工材料因热气流的加温作用软化，随后在热气流的气流压力作用下，软化后的上层被加工材料与下层被加工材料更容易地紧密压合在一起。此时，携带足够能量的射线束透过上层被加工材料，投射到上层被加工材料与下层被加工材料的紧密压合处，并在这一紧密压合处被高效吸收，转变为热能，这种热能把上层被加工材料与下层被加工材料熔接在一起。冷却后，上层被加工材料与下层被加工材料被连接起来。

技术背景

在透射技术中，有待连接的工件彼此邻接的接触面，在激光束的作用下熔化，随后的冷却中在压力的作用下彼此实现连接，这种使用激光束的塑料焊接方法得到普遍公开。这类方法中重要的是：焊接过程中需要把上下两层工件紧密地压合在一起。

专利文件EP1405713B1公开了一种激光装置。在该激光装置中，要么逐点地精确地在激光束入射处的位置上对工件进行挤压，要么面状地在围绕着激光束的入射处的区域中进行挤压，或者横向于激光束的相对运动的线条对工件进行挤压。这样，上下两层工件紧密地压合在一起并有效焊接。

专利文件200910139101.6公开了一种具有摆动的压紧辊的激光装置。在该激光装置中，能够旋转的透明辊子同时具有聚焦激光束和压紧被加工件的作用。

已经公开的类似专利技术的一个共同特点，是必须要通过直接接触的方式施力，以使待连接的上下两层材料紧密压合在一起，从而保证上下两层材料有效熔接。这将带来以下问题：首先，压紧力必须通过刚性直接接触由起到压紧作用的零件传递给上层材料，然后上层材料与下层材料紧密压合。由于两次接触(尤其是起压紧作用的零件把压紧力传递给上层材料的接触)都是刚性接触，难以实现面接触，从而难以保证上下两层材料有效熔接。200910139101.6公开的带压紧辊的激光装置，由于压紧辊有一个半径尺寸，当加工进行到曲率半径小于压紧辊半径的阴角处时，该阴角处将不能实现有效压紧，可能导致熔接断点。其次，起到压紧作用的零件在把压紧力传递给上层材料的过程中，可能出现以下问题：一是长期运行导致灰尘、油污等粘附于起到压紧作用的零件上，影响到运行的平稳和压紧力的均匀分布。对于200910139101.6公开的压紧辊来说，这些粘附物还可能影响到压紧辊的聚光效果，使激光束的部分能量被散射到其它方向，无法保证熔接点处获得足够的激光能量，从而影响熔接的效果。二是长期运行可能带来磨损，导致起到压紧作用的零件和上层材料表面留下划痕。对于200910139101.6公开的压紧辊来说，这些划痕将可能影响到压紧辊的聚光效果。

已经公开的类似专利技术的另一个共同特点，就是在下层被加工材料为有一定起伏的三维曲面时，上层被加工材料与下层被加工材料较难紧密压合。

发明内容

为了克服现有此类技术必须采用刚性压紧，上层被加工材料与下层被加工材料较难紧密压合的问题，本发明的任务是提出一种解决方案，利用该解决方案能够保证使上下两层材料间获得均匀的压紧力，即使下层被加工材料为有一定起伏的三维曲面，加工时上层被加工材料仍能紧密压合到下层被加工材料上。

按本发明，该任务通过一种具有权利要求1所述特征的热气流软化、压合透射加工装置得到解决。其它有利的设计方案可以从从属权利要求中得到解决。

按照本发明所提供的解决方案是：热气流软化、压合透射加工装置由进气管、加工头等部分组成，进气管与加工头连通，加工头下端开设有出气口。热气流软化、压合透射加工装置工作时，出气口从正上方对准上层被加工材料的待加工区域表面，从出气口流出的热气流垂直或接近垂直作用于上层被加工材料的待加工区域上表面，从而在使上层被加工材料升温软化的同时，对上层被加工材料的待加工区域上表面产生一个压力。这一压力作用下，软化的上层被加工材料与下层被加工材料之间的待加工区域紧密压合在一起。此时，加工头内投射下来的携带足够能量的射线束透过上层被加工材料，投射到上层被加工材料与下层被加工材料之间的待加工区域，并在这一区域被吸收转化成热能，迅速将上层被加工材料与下层被加工材料熔接起来。这时，加工头在驱动系统的驱动下，逐渐沿预先设计的轨迹移动离开，上下层被加工材料熔接处得到冷却而凝固，上层被加工材料与下层被加工材料被牢固连接起来，加工头扫过的地方留下一条宽度由加工头和射线束决定的加工完成带。

经过对加工头进行适当的改进设计，本发明在基本型的基础上发展出了若干改进型，改进型的最大特点是更加适应各种曲面的加工。

由于本发明上层被加工材料与下层被加工材料之间的压合力是由热气流传递实现的，出气口与上层被加工材料的待加工区域上表面并不须要直接刚性接触，实际上是一种柔性接触施压，因而能够从根本上解决刚性接触施压所带来的多种弊端。

附图说明

下面借助于在附图中示出的实施例对本发明进行详细解释。本发明的其他特征可以从以下对本发明的实施例所做的说明中结合权利要求和附图来获得。本发明的单个特征在此可以仅仅自身或者多个一起在本发明的不同实施方式中得到实现。其中：

图1是本发明的基本型的实施例的剖切图，更加适合于上下层被加工材料均为平板的情况。

图2是本发明的第一种衍生型的实施例剖切图。

图3是本发明的第二种衍生型的实施例剖切图。

图4是本发明的第二种衍生型的实施例的另外一个方向半剖切图。

图5是本发明的第三种衍生型的实施例剖切图。

图6是本发明的第三种衍生型的实施例的另外一个方向半剖切图。

图7是本发明的第四种衍生型，更加适合于下层被加工材料为三维曲面的实施例剖切图。

图8是本发明的第四种衍生型的实施例的另外一个方向半剖切图。

具体实施方式

在图1中，进气管(1)与加工头(5)连通，把热气流(2)导入加工头(5)中。从图1可以看出，工头(5)下端开设有出气口。热气流(2)从加工头(5)下端的出气口喷出，垂直或接近垂直作用于上层被加工材料(6)的待加工区域上表面，合理调整热气流温度、流速等参数，能够保证热气流作用范围内的上层被加工材料(6)迅速软化，而后，在热气流产生的压力的作用下，上层被加工材料(6)向下变形，贴附于下层被加工材料(7)的上表面，使得上层被加工材料(6)的待加工区域下表面与下层被加工材料(7)的待加工区域上表面紧密压合。此时，经镜片(3)投射下来的射线束(4)透过上层被加工材料(6)，在上层被加工材料(6)与下层被加工材料(7)的紧密压合处被高效吸收，这种吸收使射线束(4)携带的能量转化为热能，此热能使上层被加工材料(6)与下层被加工材料(7)在两者的接触面上迅速熔化，并因上述热气流(2)带来的压紧力而熔合。随后，随着加工头(5)与材料(6)、(7)间，按前进方向(11)发生相对运动，上层被加工材料(6)与下层被加工材料(7)的熔合区因射线束移除而迅速降温固化，固化后上层被加工材料(6)与下层被加工材料(7)之间的预先设定区域牢固连接在一起，形成一条加工完成带。紧邻前面获得的一条加工完成带多次重复上面的操作，可以获得任意大的加工完成面。整个过程中，在喷气流的作用下，工头(5)下端出气口与上层被加工材料(6)表面基本无直接接触，实现柔性加工。

图2是在本发明的基本型实施例的基础上，为了更加适应对曲面材料的曲线加工而设计的一种衍生实施例。图2中可见，加工头(5a)的下端外圆加工有外螺纹，这一外螺纹与锁紧螺母(17)及带锥管套管(16)的内螺纹相配合，首先把锁紧螺母(17)从加工头(5a)的下端旋入，然后把带有内锥面的球面喷嘴(14)从上口放入带锥管套管(16)的内部，之后，把带锥管套管(16)旋入加工头(5a)的下端适当位置，保证带有内锥面的球面喷嘴(14)可以绕其自身球心(15)自由旋转，此时，向下旋锁紧螺母(17)使之与带锥管套管(16)抵紧锁死。当加工头(5a)按预设线路或在人工操纵下，按前进方向(11)对工件进行曲面加工时，为保证加工头(5a)上的连接件不至于与被加工件发生有影响的直接接触，并保证热气流(2)始终能够对上层被加工材料(6)施加一个相对稳定的作用力，带有内锥面的球面喷嘴(14)可以自动绕其自身球心(15)旋转，以实现与相应时刻上层被加工材料(6)表面形状的自动匹配。

图3是在本发明的基本型实施例的基础上，为了强化热气流(2)对上层被加工材料(6)的软化作用而设计的一种衍生型实施例。其特征是：加工头(5b)的下端口由基本型的水平开口改为向前进方向(11)倾斜的斜口。同时，前进方向(11)这一侧，加工头(5b)的下端口上方可以开设一排附加喷气孔(10b)。图3结合图4可以看出，加工头(5b)的向前进方向(11)倾斜的下端口有利于把更多的热气流导向加工头(5b)的前进方向，从而强化了热气流(2)对上层被加工材料(6)的软化作用。如果进一步开设一排附加喷气孔(10b)，则进一步强化了热气流(2)对上层被加工材料(6)的预先软化作用。该衍生型的其他特征与基本型相同。

图5是在本发明的基本型实施例的基础上，为了适应对曲面材料的加工而设计的一种衍生实施例。其特征是：加工头(5c)的下端口用两个销钉(9)安装了一个柱面喷头(8)，两个销钉(9)分别穿过加工头(5c)的下端口两侧的圆孔，安装在柱面喷头(8)外圆柱面轴心两端的预留孔内。图5结合图6可以看出，在两个销钉(9)的限制下，柱面喷头(8)可以绕其自身的外圆柱面轴心转动。柱面喷头(8)内部开有长条孔，朝向加工头(5c)内侧方向长条孔的孔口较大，朝向上层被加工材料(6)一侧的孔口较小。柱面喷头(8)的外圆柱面与加工头(5c)的下端口保持有适度间隙，这一适度间隙既保证了柱面喷头(8)可以绕其自身的外圆柱面轴心灵活自由转动，又保证了不至于因柱面喷头(8)的转动而使间隙加大漏过较多的气流。当加工头(5c)按预设线路或在人工操纵下，沿着前进方向(11)对工件进行曲面加工时，柱面喷头(8)可以自动绕其自身轴心旋转，以实现柱面喷头(8)喷口的朝向与相应时刻上层被加工材料(6)上表面形状的实时自动匹配。

图7是在本发明的基本型实施例的基础上，为了更加适应三维曲面材料的加工而设计的一种衍生实施例。图7结合图8可见，加工头(5d)的下端口用两个销钉(13)安装了一个可转喷口(12)，可转喷口(12)的外轮廓为：前后面为两个稍大的平面；左右两个侧面为对称的圆弧面，并且属于同一圆柱面，该圆柱面的轴心为两个销钉(13)的轴心。这样，可转喷口(12)绕两个销钉(13)的轴心转动过程中，可转喷口(12)的两个前后平面及两个圆弧侧面与加工头(5d)端口的间隙可保持基本不变。可转喷口(12)的内轮廓是截面为矩形的柱面。柱面喷头(8d)位于可转喷口(12)内，两个销钉(9d)分别穿过可转喷口(12)两侧的圆孔，安装在柱面喷头(8d)外圆柱面轴心两端的预留孔内。这样，在两个销钉(9d)的限制下，柱面喷头(8d)可以绕其自身的外圆柱面轴心转动。柱面喷头(8d)内部开有长条孔，其特征是：朝向加工头(5d)内侧方向长条孔的孔口较大，朝向上层被加工材料(6)一侧的孔口较小。柱面喷头(8d)朝向前进方向(11)这一侧，可以开设一排附加喷气孔(10d)，强化了热气流(2)对上层被加工材料(6)的预先软化作用。柱面喷头(8d)的外圆柱面与可转喷口(12)的下端口保持有适度间隙，这一适度间隙既保证了柱面喷头(8d)可以绕其自身的外圆柱面轴心灵活自由转动，又保证了不至于因柱面喷头(8d)的转动而使间隙加大漏过较多的热气流。当加工头(5d)按预设线路或在人工操纵下，沿着前进方向(11)对工件进行曲面加工时，柱面喷头(8d)可以自动绕其自身轴心旋转，同时，可转喷口(12)可以绕着两个销钉(13)的轴心旋转，以实现柱面喷头(8d)喷口的朝向与相应时刻上层被加工材料(6)上表面形状的实时自动匹配。

Claims (4)

1.热气流软化、压合透射加工装置，包括进气管(1)和加工头(5；5a；5b；5c；5d)、加工头上方固定有透镜(3)，进气管(1)与加工头(5；5a；5b；5c；5d)连通，把热气流(2)导入加工头(5；5a；5b；5c；5d)中，加工头(5)下端为出气口，其特征在于加工头(5a)的下端外圆加工有外螺纹，这一外螺纹与锁紧螺母(17)及带锥管套管(16)的内螺纹相配合，把锁紧螺母(17)从加工头(5a)的下端旋入，然后将带有内锥面的球面喷嘴(14)从上口放入带锥管套管(16)的内部，把带锥管套管(16)旋入加工头(5a)的下端适当位置，保证带有内锥面的球面喷嘴(14)可以绕其自身球心(15)自由旋转，此时，向下旋锁紧螺母(17)使之与带锥管套管(16)抵紧锁死。

2.热气流软化、压合透射加工装置，包括进气管(1)和加工头(5；5a；5b；5c；5d)、加工头上方固定有透镜(3)，进气管(1)与加工头(5；5a；5b；5c；5d)连通，把热气流(2)导入加工头(5；5a；5b；5c；5d)中，加工头(5)下端为出气口，其特征在于加工头(5c)的下端口用两个第一销钉(9)安装了一个柱面喷头(8)，两个第一销钉(9)分别穿过加工头(5c)的下端口两侧的圆孔，安装在柱面喷头(8)外圆柱面轴心两端的预留孔内，在两个第一销钉(9)的限制下，柱面喷头(8)可以绕其自身的外圆柱面轴心转，柱面喷头(8)内部开有长条孔，朝向加工头(5c)内侧方向长条孔的孔口较大，朝向上层被加工材料(6)一侧的孔口较小，柱面喷头(8)的外圆柱面与加工头(5c)的下端口保持有适度间隙，这一适度间隙既保证了柱面喷头(8)可以绕其自身的外圆柱面轴心灵活自由转动，又保证了不因柱面喷头(8)的转动而使间隙加大漏过较多的气流。

3.热气流软化、压合透射加工装置，包括进气管(1)和加工头(5；5a；5b；5c；5d)、加工头上方固定有透镜(3)，进气管(1)与加工头(5；5a；5b；5c；5d)连通，把热气流(2)导入加工头(5；5a；5b；5c；5d)中，加工头(5)下端为出气口，其特征是加工头(5d)的下端口用两个第二销钉(13)安装了一个可转喷口(12)，可转喷口(12)的外轮廓为：前后面为两个稍大的平面；左右两个侧面为对称的圆弧面，并且属于同一圆柱面，该圆柱面的轴心为两个第二销钉(13)的轴心，可转喷口(12)绕两个第二销钉(13)的轴心转动过程中，可转喷口(12)的两个前后平面及两个圆弧侧面与加工头(5d)端口的间隙保持不变，可转喷口(12)的内轮廓是截面为矩形的柱面，柱面喷头(8d)位于可转喷口(12)内，两个第一销钉(9d)分别穿过可转喷口(12)两侧的圆孔，安装在柱面喷头(8d)外圆柱面轴心两端的预留孔内，在两个第一销钉(9d)的限制下，柱面喷头(8d)可以绕其自身的外圆柱面轴心转动，柱面喷头(8d)内部开有长条孔，朝向加工头(5d)内侧方向长条孔的孔口较大，朝向上层被加工材料(6)一侧的孔口较小。

4.根据权利要求3所述的热气流软化、压合透射加工装置，其特征是在前进方向(11)的一侧，柱面喷头(8d)开设一排附加喷气孔(10b)。