CN103769753A - 防爆穿孔系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及激光加工制造领域，具体涉及防爆穿孔系统。其包括激光束、聚焦装置、切割头和喷油嘴，聚焦装置设置于切割头内，所述的激光束直射到聚焦装置上，经聚焦后的激光束穿过切割头中间的通孔照射在被加工件的穿孔位置上，所述的喷油嘴设置两个进口和一个出口，一个进口通入冷却油，另一个进口通入高压气体，所述的出口对着被加工件的穿孔位置。该系统采用连续波穿孔，具有穿孔速度快，同时又能实现小孔径穿孔和提升穿孔质量，减少爆孔和熔渣堆积，有利于连续稳定切割。

Description

防爆穿孔系统
技术领域
本发明涉及激光加工制造领域，具体涉及防爆穿孔系统。
背景技术
穿孔是激光切割的头道工序，穿孔的速度影响机床的加工效率，而孔径的大小和光洁度影响切割产品的质量。
激光穿孔的基本原理为：当一定能量的激光束照射在金属板材表面时，除一部分被反射以外，被金属吸收的能量使金属熔化形成金属熔融池。而熔融的金属相对金属表面的吸收率增加，即能够更多地吸收能量加速金属的熔融，此时适当地控制能量和气压就能除去熔池内的熔融金属，并不断地加深熔池，直至穿透金属。基于激光穿孔的这种原理，在实际应用中采用脉冲波穿孔和连续波穿孔两种方式。
①脉冲波穿孔原理：用高峰值、低占空比的激光波击打被加工物，由于激光照射的时间严格说是断续的，同时其使用的平均能量比较低，因此被加工材料全体所吸收的热量相对较少。同时，被高峰值激光束照射熔融的金属残渣也会在不断击打与辅助气体的共同作用之下被排出所穿孔径。这样的不断循序渐进直至孔径穿透被加工件。
随着高峰值激光脉冲波的不断击打和辅助气体的吹拂，被加工工件经过了受热、熔融以及排出熔渣的过程。穿孔周围的残热影响较少，在穿孔部位残留的残渣也较少。这样穿出的孔也比较规则且尺寸较小，对开始的切割也基本不会产生影响。
脉冲波穿孔的特点是工件成功率高，对工件中小孔加工不会产生影响，适合精密加工，另外由于给工件材料的输入的融热较少，对切割工件的稳定性有一定帮助。其不足之处是穿孔时间相对较长，对加工效率有一定影响。
②连续波穿孔原理：用一定能量的连续波激光束，伴随相应的辅助气体，作用于被加工物体，使其大量的吸收能量而熔融，达到快速穿透的目的。高能量的连续照射形成了较大熔融面积，在辅助气体的不断吹拂下排出熔渣，直至穿透被加工物，穿孔周围的残热影响较大。这样穿出的孔尺寸也较大，因而在穿孔部位残留的残渣也较多。
连续波穿孔的特点是穿孔速度快，加工效率高，其不足之处是由于所穿孔径较大，所排出的熔渣在穿孔处堆积；有时熔融池由于局部过热，产生爆炸式喷溅（又称爆孔），爆孔孔径呈漏斗状，会对切割产生影响。另外输入的融热较大，如果所加工工件不够大的话，加工中会有不稳定情况出现，因此使用这种穿孔方式不仅要考虑材质，还要考虑工件形状。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明提供一种穿孔速度快、孔径小而规则、减少喷溅、避免爆孔的防爆穿孔系统。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
防爆穿孔系统，其包括激光束、聚焦装置、切割头和喷油嘴，聚焦装置设置于切割头内，所述的激光束直射到聚焦装置上，经聚焦后的激光束穿过切割头中间的通孔照射在被加工件的穿孔位置上，所述的喷油嘴设置两个进口和一个出口，一个进口通入冷却油，另一个进口通入高压气体，所述的出口对着被加工件的穿孔位置。
上述的防爆穿孔系统，其所述的聚焦装置包括变曲率反射镜、聚焦镜。
上述的防爆穿孔系统，其所述喷油嘴的一个进口通过往复式柱塞泵通入冷却油。
上述的防爆穿孔系统，其所述喷油嘴的另一个进口通过电磁阀通入高压气体。
有益效果：
本发明通过调整聚焦装置调整焦点的位置，使焦点随着孔深度的增加相应下降，使熔池的各项指标在穿孔过程中保持稳定，避免局部过热发生爆孔。通过喷油嘴在穿孔前，向被加工板材的穿孔位置喷冷却油形成油膜，利用油的冷却作用减少熔融池大小和热影响区，从而减小孔径和爆孔的发生。冷却油喷出后，喷油嘴输出的高压气体在穿孔位置形成侧吹，减少排出的熔渣在穿孔处堆积，减小爆孔的发生。从而实现穿孔速度快、孔径小而规则、减少喷溅、避免爆孔的目的。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
参照图1，本发明包括激光束1、聚焦装置、切割头4和喷油嘴8，聚焦装置包括变曲率反射镜2和聚焦镜3，聚焦装置设置于切割头4内，所述的激光束1直射到聚焦装置上，经聚焦后的激光束1穿过切割头4中间的通孔照射在被加工件7的穿孔位置上，所述的喷油嘴8设置两个进口和一个出口，一个进口通过往复式柱塞泵9通入冷却油，另一个进口通过电磁阀6通入高压气体，所述的出口对着被加工件7的穿孔位置。
整个过程是：往复式柱塞泵9往复一次，喷油嘴8充满冷却油，电磁阀6打开，冷却油喷出在被加工件7表面形成油膜，此时激光束焦点位置相对被加工件处于偏上位置，同时通过喷油嘴8侧吹高压气体，变曲率反射镜2调整焦点位置随孔深增加而下降，保持高压气体侧吹，直到穿孔完成，激光束1停止输出，电磁阀6关闭。下一个循环开始，往复式柱塞泵9往复一次，重复上述过程。
该系统采用连续波穿孔，具有穿孔速度快，同时又能实现小孔径穿孔和提升穿孔质量，减少爆孔和熔渣堆积，有利于连续稳定切割。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.防爆穿孔系统，其特征在于，包括激光束、聚焦装置、切割头和喷油嘴，所述聚焦装置设置于切割头内，所述的激光束直射到聚焦装置上，经聚焦后的激光束穿过切割头中间的通孔照射在被加工件的穿孔位置上，所述的喷油嘴设置两个进口和一个出口，一个进口通入冷却油，另一个进口通入高压气体，所述的出口对着被加工件的穿孔位置。
2.根据权利要求1所述的防爆穿孔系统，其特征在于，所述的聚焦装置包括变曲率反射镜、聚焦镜。
3.根据权利要求1所述的防爆穿孔系统，其特征在于，所述喷油嘴的一个进口通过往复式柱塞泵通入冷却油。
4.根据权利要求1所述的防爆穿孔系统，其特征在于，所述喷油嘴的另一个进口通过电磁阀通入高压气体。
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