CN104259658A - 一种激光切割用旋流式喷嘴 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种激光切割用旋流式喷嘴，包括喷嘴本体，喷嘴本体内部为空腔，空腔形成气体流道，喷嘴本体的下端具有气体出口；喷嘴本体的内壁上在圆周方向均匀设置有多个导流片，在喷嘴本体的侧壁上，对应于每个导流片设置有倾斜的进气通孔，每个进气通孔从喷嘴本体的外壁到内壁朝向导流片的方向倾斜。喷嘴本体的上部螺纹一个环形水冷装置，环形水冷装置具有环形的冷却水流道，并设有冷却水进口和冷却水出口。本发明能使气流漩涡强度增大，提高气体对工件的作用，有利于切割时喷渣的排出、对再铸层的控制以及切割毛刺的减少，明显提高切割端面的粗糙度，提高喷嘴寿命。

Description

一种激光切割用旋流式喷嘴
技术领域
本发明是关于一种激光切割装置，尤其涉及一种激光切割用旋流式喷嘴。
背景技术
目前，以激光为“刀具”的激光切割由于其具有独特的优势，良好的方向性，极高的能量密度(高达1013w/cm2)，使得激光切割广泛应用于各类板材的切割。
激光可通过光纤或光学镜片传导，切割过程可全部实现数控，能够切割任意形状的零件，既可作二维又可作三维切割。激光切割作用力小，装夹简单，甚至不需要装夹，加工柔性好，切割效率高。激光切割不同于机械切割，没有工具的磨损，只需要改变激光器的参数。切割不同的金属材料时，高能量密度的激光可使被加工金属瞬间汽化而被切割。因此，激光切割的零件效率高，材料变形小，材料性能受影响小。
目前，激光切割中常用的切割喷嘴9为收缩准直型、收缩型、准直收缩型和收缩扩张型，参见图4A至图4D所示，现有的切割喷嘴以惰性气体、氮气、氩气或混合气体作为辅助气体，进气方式均为同轴直流进气方式，其主要特点就是增加喷嘴出口压力与速度，减少正激波，其加工制造简单，成本低。但是，激光切割在加工某些难加工金属时，如图5A所示，经常在背面产生挂渣，严重影响切割质量，同时喷嘴烧损严重，使用寿命不长。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种激光切割用旋流式喷嘴，以克服现有技术的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光切割用旋流式喷嘴，提高激光切割质量与效率。
本发明的另一目的在于提供一种激光切割用旋流式喷嘴，利于喷嘴的散热，提高喷嘴使用寿命。
本发明的目的是这样实现的，一种激光切割用旋流式喷嘴，包括喷嘴本体，所述喷嘴本体内部为空腔，所述空腔形成气体流道，喷嘴本体的下端具有气体出口；其特征在于：所述喷嘴本体的内壁上在圆周方向均匀设置有多个导流片，在所述喷嘴本体的侧壁上，对应于每个导流片设置有倾斜的进气通孔，每个所述进气通孔从喷嘴本体的外壁到内壁朝向导流片的方向倾斜。
在本发明的一较佳实施方式中，导流片为一段弧形的金属片，每个导流片以一端高、另一端低的方式倾斜设置，且多个导流片的倾斜方向一致；所述导流片焊接在喷嘴本体的内壁上。
在本发明的一较佳实施方式中，导流片的圆弧半径为10-80mm，圆弧对应的弧度角为15°-60°，导流片的宽度为0.5-10mm。
在本发明的一较佳实施方式中，导流片两端的连线与喷嘴本体的竖直轴线的夹角为30°-60°，导流片的下端与喷嘴本体底部的距离为3-10mm。
在本发明的一较佳实施方式中，进气通孔设置在导流片弯曲弧度的内侧，在垂直于喷嘴本体轴线的投影面上，喷嘴本体内壁上进气通孔位置处的径向方向与所述进气通孔的轴线方向之间的夹角为15°-60°。
在本发明的一较佳实施方式中，进气通孔距离导流片弯曲弧度内侧的距离为2-8mm。
在本发明的一较佳实施方式中，喷嘴本体的上部设有一个环形水冷装置，所述环形水冷装置具有环形的冷却水流道，并设有冷却水进口和冷却水出口。
在本发明的一较佳实施方式中，环形水冷装置套设在喷嘴本体外侧，并与喷嘴本体之间螺纹连接。
在本发明的一较佳实施方式中，喷嘴本体的上部设有一个环形水冷装置，所述环形水冷装置具有环形的冷却水流道，并设有冷却水进口和冷却水出口。
在本发明的一较佳实施方式中，环形水冷装置套设在喷嘴本体外侧，并与喷嘴本体之间螺纹连接。
由上所述，本发明在激光切割时采用多路进气方式，结合喷嘴本体内壁采用导流片的设计，当气流通过导流片后，产生旋转气流，气流漩涡强度增大，提高了气体对工件的作用，有利于切割时喷渣的排出、对再铸层的控制以及切割毛刺的减少，可明显提高切割端面的粗糙度。进气方式的改变及环向水冷装置的设计有利于喷嘴的散热，对于喷嘴寿命的提高有明显效果。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1：为本发明旋流式喷嘴的结构示意主视图。
图2：为本发明旋流式喷嘴的结构示意俯视图。
图3：为本发明中导流片的结构示意图。
图4A：为现有技术中收缩准直型切割喷嘴。
图4B：为现有技术中收缩型切割喷嘴。
图4C：为现有技术中准直收缩型切割喷嘴。
图4D：为现有技术中收缩扩张型切割喷嘴。
图5A：为采用现有切割喷嘴的切割质量图。
图5B：为采用本发明第一实施例旋流式喷嘴的切割质量图。
图5C：为采用本发明第二实施例旋流式喷嘴的切割质量图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
请参见图1和图2，本发明提供一种激光切割用旋流式喷嘴10，该旋流式喷嘴10对不同材料的激光切割具有较为广泛的适用性。激光切割用旋流式喷嘴10包括喷嘴本体1，喷嘴本体1内部为空腔，激光束可以从该空腔穿过，且该空腔形成气体流道，喷嘴本体1的下端具有气体出口101；喷嘴本体1的内壁上在圆周方向均匀设置有多个导流片2。气流通过导流片2的导流作用在喷嘴本体1内部沿内壁产生旋流。另外，在喷嘴本体1的侧壁上，对应于每个导流片2设置有倾斜的进气通孔3，参见图2，每个进气通孔3从喷嘴本体1的外壁到内壁朝向导流片2的方向倾斜。当气流通过倾斜式进气通孔3作用在喷嘴本体1内壁的导流片2上，产生向下的分力使得气流产生强烈的漩涡运动。
该激光切割用旋流式喷嘴10在圆周方向设有多个进气通孔3，采用多路进气方式，结合喷嘴本体1内壁采用导流片2的设计，当气流通过导流片后，产生旋转气流，气流漩涡强度增大，激光切割过程中，气体以旋流方式作用于工件表面，气体的旋流运动有利于喷渣排出，减少毛刺的产生。同时作漩涡运动的气流，在运动过程中卷入部分空气，在以惰性气体为辅助气体的激光切割过程中可以增加燃烧效率，提高切割效率。
具体的，导流片2为一段弧形的金属片，每个导流片2以一端高、另一端低的方式倾斜设置，且多个导流片2的倾斜方向一致；导流片2的倾斜方向决定了进气通孔3的倾斜方向和所产生气流的旋流方向；导流片2焊接在喷嘴本体1的内壁上。参见图3，导流片2的圆弧半径R为10-80mm，圆弧对应的弧度角α为15°-60°，导流片2的宽度W为0.5-10mm。参见图1所示，导流片2两端的连线与喷嘴本体1的竖直轴线的夹角β为30°-60°，导流片2的下端与喷嘴本体1底部的距离H为3-10mm。进气通孔3设置在导流片2弯曲弧度的内侧，如图2所示，在垂直于喷嘴本体1轴线的投影面上，喷嘴本体1内壁上进气通孔3位置处的径向方向与进气通孔3的轴线方向之间的夹角γ为15°-60°。优选的，进气通孔3距离导流片2弯曲弧度内侧的距离为2-8mm。
进一步，为了更好的散热，喷嘴本体1的上部设有一个环形水冷装置4，环形水冷装置4具有环形的冷却水流道41，并设有冷却水进口和冷却水出口。喷嘴本体1的上部可以设成圆柱形，环形水冷装置4套设在圆柱形外侧，并与喷嘴本体1之间螺纹连接。激光切割在加工难加工材料时(如铝合金、镁合金等)，由于材料对激光的反射、散射作用使得喷嘴极易烧损。在喷嘴本体1上部设计一个环形水冷装置4，可以带走喷嘴本体1上的大部分热量，减少喷嘴本体1的烧损，提高工作寿命。喷嘴本体1可以采用收缩型喷嘴本体或收缩准直型喷嘴本体，其他形式的喷嘴也可以，但收缩型的喷嘴效果最好。
以下通过两个具体实施例来具体说明本发明的激光切割用旋流式喷嘴10的实现方式。
实施例一
采用黄铜62为材料，喷嘴本体1与导流片2采用分块加工然后焊接的方式制造。环形水冷装置4与喷嘴本体1上部螺纹连接。喷嘴本体1的内壁焊接有三个圆周方向均匀分布的圆弧形导流片2，导流片2的圆弧半径R为60mm，弧度角α为30°，导流片2的宽度W为3mm，导流片2距离喷嘴本体1底部5mm,与喷嘴本体1轴线的夹角β为45度。对应每个导流片2的位置，在导流片2弯曲弧度的内侧设计一个进气通孔3,在垂直于喷嘴本体1轴线的投影面上，喷嘴本体1内壁上进气通孔3位置处的径向方向与进气通孔3的轴线之间的夹角γ为30°，进气通孔3距离导流片弧形内侧为3mm。气流通过导流片2的导流作用在喷嘴本体1内部沿内壁产生旋流。
试验过程中，采用TC4材料作为板材，固定激光切割参数进行切割试验。如图5B所示，试验表明，切口毛刺显著减少，切割效率显著提高。激光切割完成后，喷嘴温度<20°减少了喷嘴烧蚀，极大的提高了喷嘴寿命。
实施例二
采用黄铜62为材料，喷嘴本体1与导流片2采用分块加工然后焊接的方式制造。环形水冷装置4与喷嘴本体1上部螺纹连接。喷嘴本体1的内壁焊接有三个圆周方向均匀分布的圆弧形导流片2，导流片2的圆弧半径R为40mm，弧度角α为45°，导流片2的宽度W为2mm，导流片2距离喷嘴本体1底部3mm,与喷嘴本体1轴线的夹角β为30度。对应每个导流片2的位置，在导流片2弯曲弧度的内侧设计一个进气通孔3,在垂直于喷嘴本体1轴线的投影面上，喷嘴本体1内壁上进气通孔3位置处的径向方向与进气通孔3的轴线之间的夹角γ为60°，进气通孔3距离导流片弧形内侧为2mm。
采用TC4材料作为板材，固定激光切割参数进行切割试验。如图5C所示，试验表明，切口毛刺明显减少，切割效率提高明显。激光切割完成后，喷嘴温度<20°减少了喷嘴烧蚀，提高了喷嘴寿命。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种激光切割用旋流式喷嘴，包括喷嘴本体，所述喷嘴本体内部为空腔，所述空腔形成气体流道，喷嘴本体的下端具有气体出口；其特征在于：所述喷嘴本体的内壁上在圆周方向均匀设置有多个导流片，在所述喷嘴本体的侧壁上，对应于每个导流片设置有倾斜的进气通孔，每个所述进气通孔从喷嘴本体的外壁到内壁朝向导流片的方向倾斜。
2.如权利要求1所述的激光切割用旋流式喷嘴，其特征在于：所述导流片为一段弧形的金属片，每个导流片以一端高、另一端低的方式倾斜设置，且多个导流片的倾斜方向一致；所述导流片焊接在喷嘴本体的内壁上。
3.如权利要求2所述的激光切割用旋流式喷嘴，其特征在于：所述导流片的圆弧半径为10-80mm，圆弧对应的弧度角为15°-60°，导流片的宽度为0.5-10mm。
4.如权利要求3所述的激光切割用旋流式喷嘴，其特征在于：所述导流片两端的连线与喷嘴本体的竖直轴线的夹角为30°-60°，导流片的下端与喷嘴本体底部的距离为3-10mm。
5.如权利要求2或4所述的激光切割用旋流式喷嘴，其特征在于：所述进气通孔设置在导流片弯曲弧度的内侧，在垂直于喷嘴本体轴线的投影面上，喷嘴本体内壁上进气通孔位置处的径向方向与所述进气通孔的轴线方向之间的夹角为15°-60°。
6.如权利要求5所述的激光切割用旋流式喷嘴，其特征在于：所述进气通孔距离导流片弯曲弧度内侧的距离为2-8mm。
7.如权利要求1至4中任一权利要求所述的激光切割用旋流式喷嘴，其特征在于：所述喷嘴本体的上部设有一个环形水冷装置，所述环形水冷装置具有环形的冷却水流道，并设有冷却水进口和冷却水出口。
8.如权利要求7所述的激光切割用旋流式喷嘴，其特征在于：所述环形水冷装置套设在喷嘴本体外侧，并与喷嘴本体之间螺纹连接。
9.如权利要求6所述的激光切割用旋流式喷嘴，其特征在于：所述喷嘴本体的上部设有一个环形水冷装置，所述环形水冷装置具有环形的冷却水流道，并设有冷却水进口和冷却水出口。
10.如权利要求9所述的激光切割用旋流式喷嘴，其特征在于：所述环形水冷装置套设在喷嘴本体外侧，并与喷嘴本体之间螺纹连接。
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