CN103212897A - 后置导水装置及薄壁管材微加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种后置导水装置及薄壁管材激光微加工装置，后置导水装置包括导水管、离心泵、水管和水箱；通过所述水管将所述离心泵和水箱连接，所述导水管一端与所述离心泵连接，另一端与被加工薄壁管材连接；薄壁管材激光微加工装置包括上述后置导水装置。本发明提供一种后置导水装置及薄壁管材激光微加工装置，导水装置可以减少热损伤，同时清除切割过程中产生的碎屑；薄壁管材激光微加工装置包括吸尘装置、接料装置和导水装置；吸尘装置能够吸除在切割过程中产生的烟尘、水雾和气化的金属蒸汽，使切割过程能够正常进行，保证切割质量；接料装置能同时适用于干切加工和湿切加工，且在加工长管料时能起到保护长管料的作用。

Description

后置导水装置及薄壁管材微加工装置

技术领域

本发明涉及一种后置导水装置及薄壁管材激光微加工装置, 属于激光微加工技术领域。

背景技术

激光切割由于工艺简单、速度快，具有切缝宽度小、切口平行度好、表面粗糙度小、尺寸精度高、工件变形和热影响区小、无机械应力及表面损伤等特点，可精确切割形状复杂的微细零件，因而成为薄壁管材微加工领域主要加工方法。

激光切割是由相互重叠的激光脉冲点在金属管上沿切割线移动,同时输入高压氧辅助熔化切割。激光聚焦点处材料熔融气化,熔渣被高压辅助气体吹出,在金属管壁上形成切割轨迹。薄壁管材激光切割有干切和湿切两种工艺，在干切时熔融金属蒸汽起初向外发射，但是最后，大部分的蒸汽由于过度冷却、凝固，会在材料表面凝固形成碎屑，散布在烧蚀图样表面四周和刻槽内，使得切割的切缝表面不光滑。当在湿切的时候，产生的水雾也要及时吸走，否则，积聚大量的水雾会影响激光器的正常工作。如果切割非金属材料，会产生大量的烟尘，为了避免这些烟尘对加工质量产生影响，或是这些烟尘遗留在管材中造成局部切割不良，这些烟尘也要及时的吸走。

薄壁管材激光微加工工艺有干切和湿切两种工艺，干切工艺是将辅助气体吹在激光与材质作用区域,用于去除切口的碎渣并冷却激光作用区。采用湿切工艺，除有工艺气体外，还有一定压力的水从管材中流出，随着切割过程中不断在管材上切割许多网孔，水会从这些网孔中向四周飞溅。现有的接料装置不能兼顾两种加工工艺，即只能接干切管料，要么只能接湿切管料。同时微小尺寸的管料直接落进接料盒中，但是对大尺寸的管料却无能为力，必须手动接料，手动接料生产效率低，同时会出现人员碰伤等危险。另一方面，在激光切割长料将落未落之际，手动接料因为支撑力不稳定，在切割端会产生晃动，影响切割质量。

薄壁管材的激光切割是由相互重叠的激光脉冲点在管材上沿切割线移动,同时输入高压氧辅助熔化切割。激光聚焦点处材料熔融气化,熔渣被气体吹出,在金属管壁上形成切割轨迹。熔融气体和熔渣起初向外发射，但是最后，大部分的蒸汽都变成了碎屑，散布在烧蚀图样表面四周和刻槽内。碎屑的形成破坏了零件的外观和性能。它也降低了烧蚀效率，由于前一次留下来的碎屑可能挡住下一次扫描时激光光束传播的路径。在激光切割大管径的管材时，小区域热损伤带来的影响不大。但是，很多应用中需要切割微小管径的管材，（管径一般小于5mm）在激光加工过程中会快速产生热量，零件的热扩散会产生热损伤，无论是热影响区、融化区域、重铸，还是渣滓，都改变了微结构。零件热影响区域危害了零件的完整性，进而明显降低加工产量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种后置导水装置及薄壁管材激光微加工装置，导水装置可以减少热损伤，同时清除切割过程中产生的碎屑，薄壁管材激光微加工装置包括吸尘装置、接料装置和导水装置；吸尘装置可以吸掉加工过程中产生的烟尘；接料装置能同时适用于干切加工和湿切加工，且在加工长管料时能起到保护长管料的作用。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

    一种后置导水装置，其特征在于，包括导水管、离心泵、水管和水箱；通过所述水管将所述离心泵和水箱连接，所述导水管一端与所述离心泵连接，另一端与被加工薄壁管材连接。

    所述水箱设有液位传感器，用于检测水箱内的水位，在所述水箱的进水口上设有电控阀，用于控制往所述水箱内注水；所述水箱由透明材质制作而成。

    在所述导水管连接被加工薄壁管材的一端上设置有卡箍。

    所述导水管的内径大于被加工薄壁管材的外径。

    一种薄壁管材激光微加工装置，其特征在于，包括上述的后置导水装置。

优选的，所述的薄壁管材激光微加工装置还包括工作台、旋转轴、激光切割头、激光切割头喷嘴、吸尘装置和接料装置；所述激光切割头和激光切割头喷嘴安装在所述工作台上，可以上下滑动；所述旋转轴安装在所述工作台上，可以左右滑动；所述接料装置安装在所述工作台上；所述吸尘装置与所述接料装置连接；所述激光切割头和激光切割头喷嘴用于加工薄壁管材。

所述吸尘装置包括密封腔，吸尘管，真空吸尘模块，水管和污水过滤模块；通过所述吸尘管将所述密封腔和真空吸尘模块连接，通过所述水管将所述真空吸尘模块和污水过滤模块连接；在所述真空吸尘模块的底部设有固体残渣收集口，用于收集金属熔渣和烟雾颗粒；所述吸尘管与所述密封腔通过法兰连接，在所述吸尘管与所述密封腔连接的吸尘口上设有吸尘网孔；所述吸尘口位于所述吸尘密封腔的上部。

所述的接料装置包括接料口、观察窗、吸尘网孔、磁力扣、接料盒和密封腔；所述接料口位于所述密封腔的左端；所述激光切割头喷嘴在所述接料口内加工薄壁管材；所述观察窗位于所述密封腔的上端，并设有观察窗把手；所述接料盒在所述密封腔的下端，在所述接料盒上设有接料盒把手；所述磁力扣位于所述接料装置的内壁上用于将所述接料盒紧密的合上；在所述接料装置的内壁上设有吸尘口用于与吸尘管连接，在所述吸尘口上设有吸尘网孔；在所述密封腔的右端接料装置内壁上设有长料接口，在所述长料接口上连接管材保护软管；所述长料接口与所述接料口相对；在所述接料口上设有挡水圈；在所述接料装置的底部设有接料保护垫，所述接料保护垫通过水管与污水收集箱连接。

所述旋转轴上设有夹头，用于夹住被加工薄壁管材，所述旋转轴带动被加工薄壁管材旋转，在所述工作台上设有二指夹钳和衬套，所述二指夹钳和衬套可以在工作台左右滑动，所述二指夹钳用于在管材自动进料时钳住被加工薄壁管材，所述衬套用于套住待加工管材，在激光加工过程中实现对管材的支撑。    

优选的，吸尘装置的工作原理如下：

    （1）激光切割头喷嘴在吸尘装置的密封腔内加工薄壁管材，在加工时，两端夹持，一端切割，切割嘴是埋在密封腔里面的，形成了一个密封腔，水雾、气体等是在这个密封腔中，不会扩展到整个切割空间去。

    （2）因为水雾和烟尘在受热的时候是往上走的，因此吸尘管安装孔的位置靠上开孔；通过吸尘管连接法兰把吸尘管用螺钉与密封腔连接起来。吸尘口的位置不能正对着切割头的喷嘴，这样当吸尘模块工作的时候，会影响喷嘴中出射的激光束的正常工作。

    （3）如果激光切割后的管材尺寸微小，吸尘的时候会把管材吸走，因此设计网孔，防止吸走管材。

（4）真空吸尘装置把水和冷却物质（金属熔渣和烟雾颗粒）分开，水通过水管，回流到污水过滤模块，经过滤后再利用。金属熔渣和烟雾颗粒收集起来，通过固体残渣收集口定期清理。

    优选的，接料装置的工作原理如下：

    （1）吸尘网孔设计在密封腔体的上部位置，为一个及其细密的孔网结构，采用干切工艺时，在接料模块中会充满粉尘，为了避免这些粉尘对加工质量产生影响，或是这些粉尘遗留在管材中造成局部切割不良，需要及时将这些粉尘吸出，为了防止部分微小尺寸的落料会被吸走，吸尘的时候会把管材吸走，因此设计网孔，防止吸走管材。

    （2）观察窗的材料用透明的有机玻璃材料制作，因此在湿切加工的时候，微小尺寸的管材会粘附在接料盒壁面，落不下去。观察窗可以随时观察落料的情况。观察窗上部安装有观察窗把手，当发现有湿切短料粘在接料口通道没有落到接料盒中，可以打开观察窗手动落料。

    （3）接料盒通过接料盒把手沿着轨道拉开、关闭。采用磁力扣可以把接料盒紧密的合上。接料盒底部安装有滤网，管料上的水流到工作平台上的管道内汇集起来，回收到污水过滤装置过滤。

    （4）在抽拉接料盒的过程中，接料盒上的水会滴到工作台上，在工作台的面板上开有漏水道，漏水道与水管相连，把滴落在工作台上的水汇集起来，一起回收到水箱过滤。

   （5)加工完成的管料顺着接料口的斜坡通道下滑到接料盒中的滤纸上，该滤纸可以保护管料不受损伤，其次可以吸附管料上黏附的金属碎屑。

(6)管材保护软管具有接长料的功能，当需要切割获得长管料时，管料进入管材保护软管。当不需要接长料时用长料接口堵头把接长料管口堵住。管材保护软管的另一个作用是在切割时候，长料有支撑点，在切割的时候不会产生晃动。

优选的，后置导水装置的工作原理如下：

（1）后置导水装置的导水管为橡胶导管，橡胶导管的内径比管材的外径大，橡胶导管套在管材上，其与管材的未加工端通过卡箍连接，橡胶导管和管材连接为一个特殊设计的结构，当管材被夹头夹紧，旋转轴带动管材高速旋转的时候，橡胶导管不会随着管材一起运动。

（2）水箱由透明材质制作，可以观察水位的变化。在水箱中安装有液位传感器，设定好液位传感器的数值，只要水位低于液位传感器的示数，液位传感器发出信号，电控阀打开，向水箱中注水。电控阀处于常闭的状态。

（3）离心泵有进水口和出水口，进水口通过水管与水箱连接，出水口与橡胶软管连接。

（4）导入的冷却水作用为冷却管材和清除碎屑。熔融金属和金属蒸汽在管材表面的沉积，导入的冷却水在工件表面会产生一层很薄的水膜，落在薄膜上的颗粒很快冷却并无法粘结在工件的表面。

本发明提供一种后置导水装置及薄壁管材激光微加工装置，导水装置可以减少热损伤，同时清除切割过程中产生的碎屑；薄壁管材激光微加工装置包括吸尘装置、接料装置和导水装置；吸尘装置能够吸除在切割过程中产生的烟尘、水雾和气化的金属蒸汽，使切割过程能够正常进行，保证切割质量；接料装置能同时适用于干切加工和湿切加工，且在加工长管料时能起到保护长管料的作用；本发明装置生产成本低，效率高，具有广阔的市场前景。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为后置导水装置

图中7-1为导水管，7-2为离心泵，7-3为水管，7-4为水箱，7-5为液位传感器，7-6为进水口，7-7为电控阀，7-8为水流，7-9为卡箍，10为待加工管材。

图2为装有后置导水装置的薄壁管材微加工装置；

图中1为工作台，2为旋转轴，2-1为夹头，3为激光切割头，3-1为激光切割头喷嘴，4-1为接料口，4-2为密封腔，4-3为吸尘网孔，5-1为吸尘管，5-2为真空吸尘模块，5-3为水管，5-4为污水过滤模块，6-1为接料保护垫，6-2为水管，6-3为污水收集箱，7-1为导水管，7-2为离心泵，7-3为水管，7-4为水箱，7-5为液位传感器，7-6为进水口，7-7为电控阀，8为二指夹钳，9为衬套，10为待加工管材。

图3为吸尘装置结构图；

图中4-2为密封腔，4-3为吸尘网孔，5-1为吸尘管，5-2为真空吸尘模块，5-3为水管，5-4为污水过滤模块，5-5为固体残渣收集口，5-6为吸尘管连接法兰。

图4为接料装置结构图；

图中4为接料装置，4-1为接料口，4-2为密封腔，4-3为吸尘网孔，4-4为观察窗，4-5为观察窗把手，4-6为管材保护软管，4-7为磁力扣，4-8为滤网，4-9为接料盒，4-10为接料盒把手，4-11为挡水圈。

具体实施方式

实施例：

    如图1所示一种前置导水装置包括导水管7-1，离心泵7-2，水管7-3，水箱7-4，液位传感器7-5，进水口7-6，电控阀7-7，水流7-8，卡箍7-9。所述的导水装置为后置导水装置。后置导水装置的导水管7-1为橡胶导管，导水管7-1的内径比管材10的外径大，导水管7-1套在管材10上，其与管材10的未加工端通过卡箍7-9连接，导水管7-1和管材10连接为一个特殊设计的结构，当管材10被夹头2-1夹紧，旋转轴2带动管材10高速旋转的时候，导水管7-1不会随着管材10一起运动。水箱7-4由透明材质制作，可以观察水位的变化。在水箱7-4中安装有液位传感器7-5，设定好液位传感器7-5的数值，只要水位低于液位传感器7-5的示数，液位传感器7-5发出信号，电控阀7-7打开，向水箱7-4中注水。电控阀7-7处于常闭的状态。离心泵7-2有进水口和出水口，进水口通过水管7-3与水箱7-4连接，出水口与导水管7-1连接。导入的冷却水作用为冷却管材10和清除碎屑。熔融金属和金属蒸汽在管材表面的沉积，导入的冷却水在工件表面会产生一层很薄的水膜，落在薄膜上的颗粒很快冷却并无法粘结在工件的表面。

图1-4所示，一种薄壁管材激光微加工装置，包括工作台1，旋转轴2，夹头2-1，激光切割头3，激光切割头喷嘴3-1，接料装置4、吸尘装置5和导水装置7。激光切割头3和激光切割头喷嘴3-1安装在Z轴上，而Z轴安装在工作台1上，Z轴系统是一个可以直线运动的系统，因此能够带动激光切割头3和激光切割头喷嘴3-1上下运动。旋转轴2安装在直线轴上，直线轴安装在工作平台1上，旋转轴2整体可以沿着直线轴上的滑轨直线运动。所述接料装置4安装在所述工作台1上；所述吸尘装置5与所述接料装置6连接；所述激光切割头3和激光切割头喷嘴3-1用于加工薄壁管材。在所述接料装置的底部设有接料保护垫，所述接料保护垫通过水管与污水收集箱连接。所述旋转轴2上设有夹头2-1，用于夹住被加工薄壁管材10，所述旋转轴2带动被加工薄壁管材10旋转。在所述工作台1上设有二指夹钳8和衬套9，二指夹钳8用于在管材自动进料时钳住被加工薄壁管材10，所述衬套9用于套住待加工管材10，在激光加工过程中实现对管材的支撑。二指夹钳8是在自动进料的时候夹持待加工管材10，二指夹钳8夹住了待加工管材10，旋转轴2上的夹头2-1松开待加工管材10，使得待加工管材10向切割头方向运动。自动进料功能实现后，开始进行管材切割，旋转轴2上的夹头2-1夹持管材，而二指夹钳8松开。换成由夹头2-1和衬套9部分支撑待加工管材10实现切割。在旋转轴2的尾部设置有后置导水装置，所述后置导水装置的导水管7-1与被加工薄壁管材10的被加工尾部连接。    

优选的，如图3所示吸尘装置包括密封腔4-2，吸尘网孔4-3，吸尘管5-1，真空吸尘模块5-2，水管5-3，污水过滤模块5-4，固体残渣收集口5-5，吸尘管连接法兰5-6。激光切割头喷嘴3-1在吸尘装置的密封腔4-2内加工薄壁管材10，在加工时，两端夹持，一端切割，切割头喷嘴是埋在密封装里面的，形成了一个密封腔，水雾、气体等是在这个密封腔中，不会扩展到整个切割空间去。因为水雾和烟尘在受热的时候是往上走的，因此吸尘管5-1安装孔的位置靠上开孔；通过吸尘管连接法兰5-6把吸尘管5-1用螺钉与密封腔4-2连接起来。吸尘口的位置不能正对着切割头的喷嘴，这样当吸尘模块工作的时候，会影响喷嘴中出射的激光束的正常工作。如果激光切割后的管材尺寸微小，吸尘的时候会把管材吸走，因此设计网孔，防止吸走管材。真空吸尘装置把水和冷却物质（金属熔渣和烟雾颗粒）分开，水通过水管5-3，回流到污水过滤模块5-4，经过滤后再利用。金属熔渣和烟雾颗粒收集起来，通过固体残渣收集口5-5定期清理。

优选的，如图4所示接料装置包括接料口4-1，密封腔4-2，吸尘网孔4-3，观察窗4-4，观察窗把手4-5，管材保护软管4-6，磁力扣4-7，滤网4-8，接料盒4-9，接料盒把手4-10，挡水圈4-11。吸尘网孔4-3设计在密封腔4-2的上部位置，为一个及其细密的孔网结构，采用干切工艺时，在接料模块中会充满粉尘，为了避免这些粉尘对加工质量产生影响，或是这些粉尘遗留在管材中造成局部切割不良，需要及时将这些粉尘吸出，为了防止部分微小尺寸的落料会被吸走，吸尘的时候会把管材吸走，因此设计网孔，防止吸走管材。观察窗4-4的材料用透明的有机玻璃材料制作，因此在湿切加工的时候，微小尺寸的管材会粘附在接料盒壁面，落不下去。观察窗4-4可以随时观察落料的情况。观察窗上部安装有观察窗把手4-5，当发现有湿切短料粘在接料口通道没有落到接料盒中，可以打开观察窗4-4手动落料。接料盒4-9通过接料盒把手4-10沿着轨道拉开、关闭。采用磁力扣4-7可以把接料盒紧密的合上。接料盒4-9底部安装有滤网4-8，滤网4-8上放置有滤纸，管材上的水流到工作平台1上的管道内汇集起来，通过接料保护垫6-1，经水管6-2，流回污水收集箱6-3中。在抽拉接料盒4-9的过程中，接料盒4-9上的水会滴到工作台1上，在工作台1的面板上开有漏水道，漏水道与水管相连，把滴落在工作台上的水汇集起来，一起回收到污水收集箱6-3中。加工完成的管料顺着接料口4-1的斜坡通道下滑到接料盒4-9中的滤纸上，该滤纸可以保护管料不受损伤，其次可以吸附管料上黏附的金属碎屑。管材保护软管4-6具有接长料的功能，当需要切割获得长管料时，管料进入管材保护软管4-6，管材保护软管4-6与密封腔4-2之间设有长料接口。当不需要接长料时用长料接口堵头把接长料接口堵住。管材保护软管4-6的另一个作用是在切割时候，长料有支撑点，在切割的时候不会产生晃动。

以上实施例目的在于说明本发明，而非限制本发明的保护范围，所有由本发明简单变化而来的应用均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种后置导水装置，其特征在于，包括导水管、离心泵、水管和水箱；通过所述水管将所述离心泵和水箱连接，所述导水管一端与所述离心泵连接，另一端与被加工薄壁管材连接。

2.根据权利要求1所述的后置导水装置，其特征在于，所述水箱设有液位传感器，用于检测水箱内的水位，在所述水箱的进水口上设有电控阀，用于控制往所述水箱内注水；所述水箱由透明材质制作而成。

3.根据权利要求1所述的后置导水装置，其特征在于，在所述导水管连接被加工薄壁管材的一端上设置有卡箍。

4.根据权利要求1所述的后置导水装置，其特征在于，所述导水管的内径大于被加工薄壁管材的外径。

5.一种薄壁管材激光微加工装置，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的后置导水装置。

6.根据权利要求5所述的薄壁管材激光微加工装置，其特征在于，还包括工作台、旋转轴、激光切割头、激光切割头喷嘴、吸尘装置和接料装置；所述激光切割头和激光切割头喷嘴安装在所述工作台上，可以上下滑动；所述旋转轴安装在所述工作台上，可以左右滑动；所述接料装置安装在所述工作台上；所述吸尘装置与所述接料装置连接；所述激光切割头和激光切割头喷嘴用于加工薄壁管材。

7.根据权利要求6所述的薄壁管材激光微加工装置，其特征在于，所述吸尘装置包括密封腔，吸尘管，真空吸尘模块，水管和污水过滤模块；通过所述吸尘管将所述密封腔和真空吸尘模块连接，通过所述水管将所述真空吸尘模块和污水过滤模块连接；在所述真空吸尘模块的底部设有固体残渣收集口，用于收集金属熔渣和烟雾颗粒；所述吸尘管与所述密封腔通过法兰连接，在所述吸尘管与所述密封腔连接的吸尘口上设有吸尘网孔；所述吸尘口位于所述吸尘密封腔的上部。

8.根据权利要求6所述的薄壁管材激光微加工装置，其特征在于，所述的接料装置包括接料口、观察窗、吸尘网孔、磁力扣、接料盒和密封腔；所述接料口位于所述密封腔的左端；所述激光切割头喷嘴在所述接料口内加工薄壁管材；所述观察窗位于所述密封腔的上端，并设有观察窗把手；所述接料盒在所述密封腔的下端，在所述接料盒上设有接料盒把手；所述磁力扣位于所述接料装置的内壁上用于将所述接料盒紧密的合上；在所述接料装置的内壁上设有吸尘口用于与吸尘管连接，在所述吸尘口上设有吸尘网孔；在所述密封腔的右端接料装置内壁上设有长料接口，在所述长料接口上连接管材保护软管；所述长料接口与所述接料口相对；在所述接料口上设有挡水圈；在所述接料装置的底部设有接料保护垫，所述接料保护垫通过水管与污水收集箱连接。

9.根据权利要求5-8任一项所述的薄壁管材激光微加工装置，其特征在于，所述旋转轴上设有夹头，用于夹住被加工薄壁管材，所述旋转轴带动被加工薄壁管材旋转，在所述工作台上设有二指夹钳和衬套，所述二指夹钳和衬套可以在工作台左右滑动，所述二指夹钳用于在管材自动进料时钳住被加工薄壁管材，所述衬套用于套住待加工管材，在激光加工过程中实现对管材的支撑。

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