CN108687440B - 一种吹气平缓均匀的激光切割头气路装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种吹气平缓均匀的激光切割头气路装置，其包括保护镜片、设置在保护镜片下方的挡风环外罩、设置在挡风环外罩内的且与挡风环外罩内壁形成第一环形风道的挡风环以及与挡风环外罩连接的进气管；挡风环外罩上设置有连通进气管与第一环形风道的进气口、贯通内外的通孔，通孔内设置有消音塞、堵住通孔且与消音塞通过弹性件连接的钢珠，通孔在收纳钢珠和弹性件的一段区域内为直径由外向内逐渐减小的喇叭孔结构；挡风环包括外壳、内壳以及由外壳与内壳围绕形成的第二环形风道，第二环形风道的开口在上且朝向保护镜片，外壳上等角度环形设置有若干进气孔。本发明能够有效改善气流均匀分布，减少湍流强度，提高切割质量和效率。

Description

一种吹气平缓均匀的激光切割头气路装置
【技术领域】
本发明属于激光加工技术领域，特别是涉及一种吹气平缓均匀的激光切割头气路装置。
【背景技术】
在影响激光切割加工质量和加工能力的各因素中，影响较大的就是气流装置。气流装置的好坏对切缝的宽度、坡度、切面的粗糙度、熔渣的黏着状态、切割速度等几乎所有的加工参数都会产生影响。这是因为切割气路装置将严重影响腔体内气体流场的湍流分布、光路传输及镜片保护性能。当激光在湍流中传播时，气体密度的变化导致混合层气体折射率梯度的变化，气体折射率梯度的变化将导致激光波前畸变，破坏激光光束的相干性。而激光相干性的退化将严重削弱激光的光学质量，引起光线的随机漂移、激光能量在光束截面上的重新分布，包括畸变、展宽、破碎等现象。而在激光厚板加工中，工件的加工质量严重受到激光光束质量的影响，不理想的光束质量将引起切不透、切割效率低或者切割断面质量下降等。
因此，有必要提供一种新的吹气平缓均匀的激光切割头气路装置来解决上述问题。
【发明内容】
本发明的主要目的在于提供一种吹气平缓均匀的激光切割头气路装置，能够有效改善气流均匀分布，减少湍流强度，提高切割质量和效率。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：一种吹气平缓均匀的激光切割头气路装置，其包括保护镜片、设置在所述保护镜片下方的挡风环外罩、设置在所述挡风环外罩内的且与所述挡风环外罩内壁形成第一环形风道的挡风环以及与所述挡风环外罩连接的进气管；
所述挡风环外罩上设置有连通所述进气管与所述第一环形风道的进气口、贯通内外的通孔，所述通孔内设置有消音塞、堵住通孔且与所述消音塞通过弹性件连接的钢珠，所述通孔在收纳所述钢珠和所述弹性件的一段区域内为直径由外向内逐渐减小的喇叭孔结构；
所述挡风环包括外壳、内壳以及由所述外壳与所述内壳围绕形成的第二环形风道，所述第二环形风道的开口在上且朝向所述保护镜片，所述外壳上等角度环形设置有若干进气孔。
进一步的，所述进气口与所述通孔对称设置。
进一步的，所述进气管包括与所述进气口对接的水平段、与所述水平段呈45度夹角连接的倾斜段、以及垂直段。
进一步的，所述进气口为直径由外向内阶梯变小的变径圆形孔结构。
进一步的，与所述进气管对接的一边口径的直径为与所述第一环形风道对接的一边口径的直径的1.5～2.5倍。
进一步的，所述内壳的外表面自下而上逐渐向内收缩。
进一步的，所述内壳的外表面与所述外壳的内表面呈夹角设置，所述夹角为5°～12°。
进一步的，所述进气孔连通所述第一环形风道和所述第二环形风道。
与现有技术相比，本发明一种吹气平缓均匀的激光切割头气路装置的有益效果在于：将进气口通过一个斜管导通到挡风环外罩中，这样一方面减少了供气源不稳定带来的气流冲击，另一方面通过斜管转接使得气体座出口流速更均衡，便于其他结构的流体结构优化；通过设置挡风环外罩进气口与出气口的变径结构，可对气流达到整流效果；在挡风环外罩进气口的另一端设置有钢珠与消音塞，钢珠与消音塞通过一弹簧连接，当挡风环与挡风环外罩间压力过大时，可通过钢珠释放压力，避免压力过大导致保护镜片变形、损坏，从而引起光束质量变化；挡风环外壁上设置有环形分布的多个小孔，这样避免了由于单方向进气导致的挡风环进气速率不一致的问题；挡风环外壁与内壁呈一定夹角设置，一方面可控制气体的流速，另一方面可对流体进行整流，确保激光束经过的腔体中基本无湍流出现；气体吹向保护镜片，一方面可冷却保护镜片，另一方面可最大限度地保护由于切割反渣对镜片的污染；同时可防止气压过大导致保护镜组件损坏。
【附图说明】
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中挡风环外罩的结构示意图；
图3为图2中A处的局部放大结构示意图；
图4为本发明实施例中挡风环的结构示意图；
图5为本发明实施例中进气管的结构示意图；
图中数字表示：
100吹气平缓均匀的激光切割头气路装置；1切割头外结构；2保护镜片；3挡风环外罩；4第一环形风道；5挡风环，51外壳，52内壳，53第二环形风道，54进气孔；6进气管，61水平段，62倾斜段，63垂直段；7进气口；8通孔；9消音塞；10弹性件；11钢珠。
【具体实施方式】
实施例：
请参照图1-图5，本实施例为吹气平缓均匀的激光切割头气路装置100，其包括切割头外结构1、设置在切割头外结构1内的保护镜片2、设置在保护镜片2下方的挡风环外罩3、设置在挡风环外罩3内的且与挡风环外罩3内壁形成第一环形风道4的挡风环5以及与挡风环外罩3连接的进气管6，挡风环外罩3上设置有连通进气管6与第一环形风道4的进气口7，挡风环5包括外壳51、与外壳51一体连接的内壳52以及由外壳51与内壳52围绕形成的第二环形风道53，第二环形风道53的开口在上且朝向保护镜片2，外壳51上等角度环形设置有若干进气孔54，挡风环外罩3在进气口7的对称位置设置有贯通内外的通孔8，通孔8内设置有消音塞9、堵住通孔8且与消音塞9通过弹性件10连接的钢珠11，通孔8在收纳钢珠11和弹性件10的一段区域内为直径由外向内逐渐减小的喇叭孔结构。
请参照图1、图5，进气管6包括与进气口7对接的水平段61、与水平段61呈45度夹角连接的倾斜段62、以及垂直段63。垂直段63、倾斜段62和水平段61三者间通过倒角工艺一体化相连。对进气管6结构中的斜管设置，一方面减少了供气源不稳定带来的气流冲击，另一方面通过Fluent流体仿真软件发现与传统的直角连接方法相比斜管会使气体座出口流速更均衡，减少了气压的压损，更加便于切割头结构中的其他流体结构设计和优化。
请参照图1、图2，进气口7为直径由外向内阶梯变小的变径圆形孔结构，与进气管6对接的一边口径的直径b比与第一环形风道4对接的一边口径的直径a大。本实施例通过变直径的进气口7结构设计，其主要目的在于对气流进行整流，通过试验得到，直径b宜为直径a的1.5～2.5倍，例如1.5、1.6、1.8、2.0、2.2、2.4倍。
挡风环外罩3与挡风环5之间的第一环形风道4是一个密闭的空间，气体进入该空间后通过挡风环5外壳51上的多个旋转对称的进气孔54进入到挡风环内外壁之间，即第二环形风道53中，对第一环形风道4这个密闭空间而言气体进口为单方向，所以在此空间会形成旋转的气流，因此通过环形均匀的设置若干进气孔54可明显的改善旋转气流导致的涡流，使得进入第二环形风道53的气流流速、流量均匀、无涡流。
请参照图1-图3，本实施例在挡风环外罩3进气口7的另一侧设置有钢珠11与消音塞9，钢珠11与消音9塞通过一弹性件10连接，当第一环形风道4内的压力过大时，会将钢珠11向外推，又由于钢珠11位于喇叭式孔中，则第一环形风道4内的压力可通过钢珠11的向外移动而得到释放，从而有效的避免了压力过大导致保护镜片2变形、损坏，从而引起光束质量变化。
请参照图1、图4，本实施例中，内壳52的外表面自下而上逐渐向内收缩，即内壳52的外表面与外壳51的内表面呈设定角度设置，该角度的大小可根据保护镜片直径/腔体尺寸进行灵活设计，如5°～12°。通过将挡风环的外壁与内壁呈一定夹角设置，一方面可控制气体的流速，另一方面可对流体进行整流，确保激光束经过的腔体中基本无湍流出现。
由第二环形风道53吹向保护镜片2的气体，一方面可冷却保护镜片，另一方面可最大限度地保护由于切割反渣对镜片的污染。
本实施例为吹气平缓均匀的激光切割头气路装置100的工作原理为：气体通过进气管6经过进气口7进入第一环形风道4内；再经过多个进气孔54均匀的进入到第二环形风道53中，再经过向上扩散后由上部开口吹向保护镜片2。
本实施例为吹气平缓均匀的激光切割头气路装置100的有益效果在于：切割辅助气体经历了四次整流——斜管、变直径直孔、旋转对称的小孔、内外壁角度——后，可以有效的改善气流分布的均匀程度、减少湍流强度，从而减少气动光学效应对激光光束相干性的影响，保证了光束质量和稳定性，降低了切割断面的粗糙度和加工对象的坡度，从而提高了切割质量和效率。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种吹气平缓均匀的激光切割头气路装置，其特征在于：其包括保护镜片、设置在所述保护镜片下方的挡风环外罩、设置在所述挡风环外罩内的且与所述挡风环外罩内壁形成第一环形风道的挡风环以及与所述挡风环外罩连接的进气管；
所述挡风环外罩上设置有连通所述进气管与所述第一环形风道的进气口、贯通内外的通孔，所述通孔内设置有消音塞、堵住通孔且与所述消音塞通过弹性件连接的钢珠，所述通孔在收纳所述钢珠和所述弹性件的一段区域内为直径由外向内逐渐减小的喇叭孔结构；
所述挡风环包括外壳、内壳以及由所述外壳与所述内壳围绕形成的第二环形风道，所述第二环形风道的开口在上且朝向所述保护镜片，所述外壳上等角度环形设置有若干进气孔；所述进气孔连通所述第一环形风道和所述第二环形风道；所述内壳的外表面自下而上逐渐向内收缩；所述内壳的外表面与所述外壳的内表面呈夹角设置，所述夹角为5°~12°。
2.如权利要求1所述的吹气平缓均匀的激光切割头气路装置，其特征在于：所述进气口与所述通孔对称设置。
3.如权利要求1所述的吹气平缓均匀的激光切割头气路装置，其特征在于：所述进气管包括与所述进气口对接的水平段、与所述水平段呈45度夹角连接的倾斜段、以及垂直段。
4.如权利要求1所述的吹气平缓均匀的激光切割头气路装置，其特征在于：所述进气口为直径由外向内阶梯变小的变径圆形孔结构。
5.如权利要求4所述的吹气平缓均匀的激光切割头气路装置，其特征在于：与所述进气管对接的一边口径的直径为与所述第一环形风道对接的一边口径的直径的1.5~2.5倍。
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