CN105817760B - 一种水导激光加工系统的喷嘴防溅装置 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种水导激光加工系统的喷嘴防溅装置，工作缸顶部为激光聚光透镜，底部装喷嘴，其中部密封隔离石英窗下方多支入水管注水，经喷嘴孔形成引导激光束的水束。工作缸下方固连中空的中间壳体，定子固定于中间壳体下部，转子可转动地安装于定子外侧，挡盘固定于转子下方，挡盘大于中间壳体底部开口，挡盘中心孔径大于工作缸底部通孔径。定子、转子、挡盘中心孔、中间壳体与喷嘴孔的中心线重合。使用时，转子带动挡盘高速旋转，挡盘阻挡加工时溅射的水，挡盘上的水珠被甩下，不会积聚影响出射水束，防止拉偏水束烧蚀喷嘴，利于提高加工精度，改进水导激光加工质量，也延长了水导激光装置的工作寿命。本装置方便在现有水导激光设备上加装。
Description
技术领域
本发明涉及水导激光加工技术，具体为一种水导激光加工系统的喷嘴防溅装置。
背景技术
水导激光的原理如下，激光束聚焦到喷嘴，光束与喷嘴产生的水束共轴，光束在稳定的水束中进行多次全反射，之后光能在水束中能量均匀分布，激光随细小的水束深入切缝内部。当稳定的激光水束冲击到工件上时，激光加热熔化准备切割的工件的局部材料，水束剥离熔化的材料并冷却工件。目前水导激光已获得较高的切削质量和较大的切深。
水导激光加工时必须采用水流引导激光，水流的特点是受冲击就易分散。加工过程中当水流冲击到工件表面，高速水流必会产生溅射，向上飞溅的水珠造成引导激光的水束不稳定。当四溅的水珠落在喷嘴附近，水珠会移动聚集到喷嘴出口处，因液体之间的相容特性，水珠会把水束拉偏易在短时间内烧毁喷嘴，并且激光偏离预定加工点，影响加工精度，水导激光喷嘴造价高昂且易烧毁限制了其工业应用范围。
因此水导激光需要解决水束的溅射问题。已有水导激光防溅装置采用加热机构，将飞溅的水滴汽化，避免溅射的水珠聚集干扰水束。加热方式不仅结构复杂，而且加热对水束产生影响，且加热无法将所有的飞溅的水滴汽化，故此方法效果不佳。
发明内容
本发明的目的是设计一种水导激光加工系统的喷嘴防溅装置，在工作缸下方经连接壳体固接可旋转的挡盘，挡盘处于工件上方，水束通过挡盘的中心孔到达工件表面，水束冲击工件后向上溅射的水珠被挡盘阻挡，离心力将落在旋转挡盘上的水珠甩出，在水束附近不会有水珠，水束不再受影响。
本发明设计的一种水导激光加工系统的喷嘴防溅装置，工作缸顶部为激光聚光透镜，底部中心有通孔，喷嘴嵌装于工作缸底部通孔，工作缸底部通孔直径为喷嘴孔直径的50～100倍。工作缸内腔中部固定石英窗，石英窗将工作缸内腔分为相互密封隔离的上、下两部分。工作缸内腔下部有多支入水管，入水汇聚于喷嘴孔的上口，激光束聚焦于喷嘴孔的上口，从喷嘴孔流下的水束引导激光射向喷嘴下方。本发明在工作缸下方固定连接中间壳体，中间壳体为中空的壳体，中间壳体底部开口直径为工作缸底部通孔直径的15～30倍；定子固定于中间壳体下部，转子可转动地安装于定子的外侧，挡盘固定于转子下方，挡盘的直径为中间壳体底部开口直径的1.0～1.5倍，挡盘中心孔直径为工作缸底部通孔直径的1.1～1.5倍。定子与转子的中轴线、挡盘中心孔中心线、中间壳体中空部分的中心线、工作缸底部通孔中心线与喷嘴孔的中心线重合，为同一铅垂线，水束引导激光穿过中间壳体和挡盘中心孔到达工件表面。
所述挡盘的盘面为开口向下的圆锥面，中心角为125～145度。
所述挡盘底面的边缘有向下的凸沿，凸沿高度为2～6毫米。飞溅到挡盘表面的水，顺圆锥面流下，有凸沿的阻挡，挡盘转动时其底面的水被向下甩落，可避免甩向四周。
为排出中间壳体腔内可能的少量水，所述挡盘上表面有4～8个均布的径向泄流槽，每个泄流槽靠近挡盘边缘处有向下与挡盘底面相通的泄流孔，泄流槽的深度为挡盘盘面厚度的1/4至1/3。水落在挡盘上表面时，沿泄流槽流到泄流孔，然后向下流，以避免挡盘转动时其上表面的水被甩向四周。
所述中间壳体的中空腔体为两个顶部相接的圆锥体，该中空腔体最窄处的直径为工作缸底部通孔直径的1.1～1.5倍。当有少量的水从水束溅到中间壳体的内壁，可沿锥面下流落到下方的挡盘上。
所述转子的转速为2000r/min～3600r/min，以保证挡盘高速旋转产生足够的离心力，将溅射水珠甩下，避免溅射水珠对水导激光水束造成影响。
所述工作缸内腔下部有均匀布置的12～36支入水管，入水沿径向射向喷嘴孔的上口，汇聚于喷嘴孔的上口。
本装置使用时，先接通定子电源，转子带动挡盘高速旋转。然后开启激光水导装置，激光聚焦于喷嘴孔上口，和水束耦合，激光在水束里传导，穿过中间壳体的中空腔和挡盘的中心孔，激光和水束打到待加工工件表面进行加工。
水束冲击工件表面产生的水花向上溅射，挡盘阻挡溅射的水，防止水束被拉偏，保护喷嘴免于被激光烧蚀。挡盘上的水珠在自身重力和旋转的离心力作用下，沿挡盘的倾斜锥面流至凸沿，被甩下。中间壳体内腔中的水也沿壳体内壁流下落在挡盘上表面，沿挡盘的泄流槽流出，不会积聚影响出射水束。
与现有技术相比，本发明一种水导激光加工系统的喷嘴防溅装置的优点为：1、有效防止溅射的水珠拉偏水束激光烧蚀喷嘴，挡盘的高速旋转离心力使水珠向挡盘外缘移动，最终被甩下，被甩下之前，也是处于向外缘移动的状态，水珠不可能聚集于喷嘴下方，在水束经过的径向附近均不存在聚集的水滴，保证水束的稳定，利于提高加工精度，明显改进水导激光加工质量，也延长了水导激光装置的工作寿命；2、本装置的安装无需改变原水导激光装置的结构，方便在现有水导激光设备上加装。
附图说明
图1为本水导激光加工系统的喷嘴防溅装置实施例示意图；
图2为图1中挡盘的俯视图；
图3为图1中挡盘的纵向剖面图。
图中标号为：1、挡盘，11、中心孔，12泄流槽，13、泄流孔，14，凸沿，2、转子，3、定子，4、中间壳体，5、喷嘴，6、石英窗，7、聚焦透镜，8、激光束，9、工作缸。
具体实施方式
下面结合附图对本水导激光喷嘴防溅装置实施例详细说明。
本水导激光加工系统的喷嘴防溅装置实施例如图1所示，工作缸9顶部为激光聚光透镜7，底部中心有通孔安装喷嘴5，工作缸9底部通孔直径为喷嘴5孔直径的80倍；工作缸9内腔中部固定石英窗6，石英窗6将工作缸9内腔分为相互密封隔离的上、下两部分；工作缸9内腔下部有均匀布置的24支入水管，入水沿径向射向喷嘴孔的上口，汇聚于喷嘴孔的上口，激光束8聚焦于喷嘴孔的上口，从喷嘴孔流下的水束引导激光射向喷嘴5下方。所述工作缸9下方固定连接中间壳体4，中间壳体4为中空的壳体，中间壳体4底部开口直径为工作缸9底部通孔直径的20倍；定子3固定于中间壳体4下部，转子2可转动地安装于定子3的外侧，挡盘1固定于转子2下方，挡盘1的直径为中间壳体4底部开口直径的1.2倍，挡盘1中心孔11直径为工作缸9底部通孔直径的1.2倍；定子3与转子2的中轴线、挡盘1中心孔11中心线、中间壳体4中空部分的中心线、工作缸9底部通孔中心线与喷嘴孔的中心线重合，为同一铅垂线，水束引导激光穿过中间壳体4和挡盘1中心孔11到达工件表面。
本例挡盘1的盘面为开口向下的圆锥面，中心角为135度。本例挡盘1底面的边缘有向下的凸沿14，凸沿14高度为5毫米。本例挡盘1上表面有6个均布的径向泄流槽12，每个泄流槽12靠近挡盘1边缘处有向下与挡盘1底面相通的泄流孔13，泄流槽12的深度为挡盘1盘面厚度的1/3。
本例中间壳体4的中空腔体为两个顶部相接的圆锥体，中空腔体最窄处的直径为工作缸9底部通孔直径的1.5倍。
本例转子2的转速为3000r/min。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种水导激光加工系统的喷嘴防溅装置，工作缸(9)顶部为激光聚光透镜(7)，工作缸(9)底部中心的通孔安装喷嘴(5)，工作缸(9)底部通孔直径为喷嘴(5)孔直径的50～100倍；工作缸(9)内腔中部固定石英窗(6)，石英窗(6)将工作缸(9)内腔分为相互密封隔离的上、下两部分；工作缸(9)内腔下部有多支入水管，入水汇聚于喷嘴孔的上口，激光束(8)聚焦于喷嘴孔的上口，从喷嘴孔流下的水束引导激光射向喷嘴(5)下方；其特征在于：
所述工作缸(9)下方固定连接中间壳体(4)，中间壳体(4)为中空的壳体，中间壳体(4)底部开口直径为工作缸(9)底部通孔直径的15～30倍；定子(3)固定于中间壳体(4)下部，转子(2)可转动地安装于定子(3)的外侧，挡盘(1)固定于转子(2)下方，挡盘(1)的直径为中间壳体(4)底部开口直径的1.0～1.5倍，挡盘(1)中心孔(11)直径为工作缸(9)底部通孔直径的1.1～1.5倍；定子(3)与转子(2)的中轴线、挡盘(1)中心孔(11)中心线、中间壳体(4)中空部分的中心线、工作缸(9)底部通孔中心线与喷嘴孔的中心线重合，为同一铅垂线，水束引导激光穿过中间壳体(4)和挡盘(1)中心孔(11)到达工件表面。
2.根据权利要求1所述的水导激光加工系统的喷嘴防溅装置，其特征在于：
所述挡盘(1)的盘面为开口向下的圆锥面，中心角为125～145度。
3.根据权利要求2所述的水导激光加工系统的喷嘴防溅装置，其特征在于：
所述挡盘(1)底面的边缘有向下的凸沿(14)，凸沿(14)高度为2～6毫米。
4.根据权利要求2所述的水导激光加工系统的喷嘴防溅装置，其特征在于：
所述挡盘(1)上表面有4～8个均布的径向泄流槽(12)，每个泄流槽(12)靠近挡盘(1)边缘处有向下与挡盘(1)底面相通的泄流孔(13)，泄流槽(12)的深度为挡盘(1)盘面厚度的1/4至1/3。
5.根据权利要求1所述的水导激光加工系统的喷嘴防溅装置，其特征在于：
所述中间壳体(4)的中空腔体为两个顶部相接的圆锥体，中空腔体最窄处的直径为工作缸(9)底部通孔直径的1.1～1.5倍。
6.根据权利要求1所述的水导激光加工系统的喷嘴防溅装置，其特征在于：
所述转子(2)的转速为2000r/min～3600r/min。
7.根据权利要求1所述的水导激光加工系统的喷嘴防溅装置，其特征在于：
所述工作缸(9)内腔下部有均匀布置的12～36支入水管，入水沿径向射向喷嘴孔的上口，入水汇聚于喷嘴孔的上口。
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