WO2023072641A1 - Method for machining countersunk holes by means of a laser beam - Google Patents

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WO2023072641A1
WO2023072641A1 PCT/EP2022/078751 EP2022078751W WO2023072641A1 WO 2023072641 A1 WO2023072641 A1 WO 2023072641A1 EP 2022078751 W EP2022078751 W EP 2022078751W WO 2023072641 A1 WO2023072641 A1 WO 2023072641A1
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WO
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workpiece
laser beam
hole
countersink
line
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/078751
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German (de)
French (fr)
Inventor
Florian Sepp
Patrick Mach
Christoph Weiss
Original Assignee
TRUMPF SE + Co. KG
Wsoptics Technologies Gmbh
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Filing date
Publication date
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Application filed by TRUMPF SE + Co. KG, Wsoptics Technologies Gmbh filed Critical TRUMPF SE + Co. KG
Publication of WO2023072641A1 publication Critical patent/WO2023072641A1/en

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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/38Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382Removing material by boring or cutting by boring
    • B23K26/384Removing material by boring or cutting by boring of specially shaped holes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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    • B23K26/36Removing material
    • B23K26/38Removing material by boring or cutting
    • B23K26/382Removing material by boring or cutting by boring
    • B23K26/388Trepanning, i.e. boring by moving the beam spot about an axis

Definitions

  • the invention lies in the technical field of laser beam machining of metallic workpieces with a focused laser beam and relates to a method for laser beam machining of a plate-shaped or tubular workpiece in which countersunk holes are produced in the workpiece.
  • the workpiece parts may require complex mechanical post-processing. Holes in which countersunk screws are to be placed during later use of a workpiece part are usually finished by machining with a drill to form the countersinks to receive the heads of the countersunk screws.
  • mechanical processing following the cutting out of a workpiece part is very time-consuming and usually also very labor-intensive, especially since it is often carried out manually.
  • post-processing is cost-intensive, so that the production of workpiece parts is undesirably longer and more expensive. This applies in particular to the post-machining of holes to create countersinks, which is very time-consuming.
  • WO 2020225448 A1 shows a method in which a circular trough is first produced in a workpiece and then a hole is made within the trough.
  • the object of the present invention is to improve conventional methods in such a way that countersunk holes can be produced in a workpiece using a focused laser beam, without the need for complex mechanical ones
  • Post-processing in particular for forming countersinks using a drill and removing burrs on the workpiece part surfaces, are required.
  • the production of countersunk holes and the production of workpiece parts with countersunk holes should be able to take place in an automated manner faster, more cost-effectively and more efficiently.
  • the term "workpiece” designates a plate-shaped or tubular, typically metallic, component from which at least one workpiece part (good part) is to be produced.
  • the panel-shaped workpiece is typically flat.
  • the laser beam is guided by a laser processing head and emerges from a nozzle at the end.
  • the laser beam is designed in the form of a focused, rotationally symmetrical beam cone with a central beam axis (axis of symmetry).
  • Beam diameter characterizes the transverse extent of the beam, or the physical size of the beam perpendicular to the direction of propagation.
  • the laser beam is bundled by a focusing lens or a focusing mirror.
  • the focus of the laser beam is defined by that point at which the laser beam has its smallest cross-section or the smallest beam diameter.
  • the focal length indicates the distance from the main plane of the lens (or main plane of the mirror) to the focal point of an ideal, focused parallel beam. The smaller the focal length, the more the laser beam is focused and the smaller the focus diameter, and vice versa.
  • the laser processing head is also used to guide a process gas jet, which is typically, but not necessarily, emitted from the same nozzle as the laser beam and is preferably guided coaxially with the laser beam.
  • the process gas jet emerging from the nozzle is typically, but not necessarily, designed in the form of a gas cone impinging on the workpiece.
  • the workpiece in particular a plate-shaped workpiece, rests with a workpiece underside on a workpiece support.
  • the workpiece surface is flat.
  • the “workpiece surface” here and in the following is understood to mean the upper-side workpiece surface which is opposite or facing the nozzle.
  • the opposite workpiece surface, on which the workpiece usually rests on a base, is the workpiece underside.
  • the laser processing head for guiding the laser and process gas beam can be moved relative to the workpiece in a typically horizontal plane parallel to the plane of the workpiece surface and in a typically vertical direction perpendicular thereto.
  • the reference system is always stationary with respect to the workpiece, so that the laser processing head is considered to be moving and the workpiece is considered to be stationary. Viewed locally, however, it is irrelevant whether the laser processing head or the workpiece or both are moved. In this respect, it would be equally possible for the workpiece to be moved as an alternative to the moving laser processing head, or for both the laser processing head and the workpiece to be moved.
  • the energy of the laser beam depends on the specific design of a laser source and is typically specified in joules (J).
  • the power of the laser beam ie energy per time
  • J/s joules per second
  • W watts
  • Pulsed lasers are also characterized by their pulse energy, which is directly proportional to the average power and inversely proportional to the laser's repetition rate.
  • "Energy density” refers to the energy of the laser beam related to the irradiated area of the workpiece. The energy density is measured in J/mm 2 , for example.
  • the traversing speed of the laser processing head or laser beam is important for the laser processing of the workpiece, ie the time for how long a certain area of the workpiece is irradiated by the laser beam. It is customary to use the term "path energy" for this. This is the power of the laser beam absorbed by the workpiece per speed of the laser processing head or laser beam, measured, for example, in watts/(mm/s). Will the performance of the Laser beam watts (W) are specified as joules per second (J/s), so the distance energy is measured in J/mm.
  • the distance energy of the laser beam is essential, with the energy absorbed by the workpiece depending on the energy density.
  • the energy absorbed by the workpiece at a given power of the laser beam depends on the size of the beam spot on the workpiece, corresponding to the beam diameter at the point where the laser beam hits the workpiece.
  • the beam diameter of the laser beam on the workpiece results from the focus position, i.e. the position of the focus of the laser beam relative to the workpiece (vertical shortest distance), in particular relative to the workpiece surface on which the laser beam is directed, or also relative to the workpiece support.
  • the workpiece is in the divergent area of the beam cone (focus above the workpiece surface where the processing beam hits)
  • increasing the distance between the focus and the workpiece can increase the beam diameter on the workpiece, and vice versa.
  • the energy density of the laser beam and thus the energy absorbed by the workpiece, which is included in the path energy can be changed in a targeted manner.
  • the larger the beam diameter the smaller the energy absorbed by the workpiece, and vice versa.
  • the beam intensity is not constant outside the focus, based on the cross-section.
  • the power intensity is a Gaussian profile. In any case, the energy density is relatively low towards the edge, especially out of focus.
  • the energy per line also depends on the speed of the laser beam, i.e. the traversing speed of the laser processing head, also known as "feed speed".
  • feed speed the speed of the laser beam
  • the line energy of the laser beam decreases, and vice versa.
  • the workpiece is processed in such a way that the laser beam is used to produce countersunk or countersunk holes, i.e. holes with countersinks, in the workpiece.
  • the countersunk holes usually belong to a workpiece part to be cut out, which is to be cut out of a workpiece (e.g. sheet metal) together with many other workpiece parts, i.e. the workpiece part is still connected to the residual skeleton when the countersunk holes are produced.
  • a workpiece e.g. sheet metal
  • the workpiece part is still connected to the residual skeleton when the countersunk holes are produced.
  • the workpiece itself is a workpiece part that has already been cut out by a laser beam (e.g. laser beam).
  • the laser beam is used in a "cutting mode" or in a "non-cutting mode" the workpiece.
  • the distance energy of the laser beam on the workpiece is so great that the laser beam cuts (separates) the workpiece so that the workpiece is penetrated, e.g. to create a kerf.
  • the line energy of the laser beam on the workpiece is so small that the laser beam non-cutting (non-cutting) the workpiece, so that the workpiece is not penetrated, which can generate a countersink.
  • the distance energy of the laser beam on the workpiece or the distance energy of the laser beam can be changed by changing the energy or power of the laser beam, changing the feed speed of the laser processing head, focusing/defocusing the laser beam, and in particular by changing the beam diameter on the workpiece surface , in particular by changing the focus position relative to the workpiece.
  • the type and/or composition of the process gas used in laser processing can also be changed.
  • the distance energy of the laser beam on the workpiece is changed by changing the focus position relative to the workpiece, which is preferably caused by changing the height of the laser processing head above the workpiece or the workpiece surface facing the laser processing head, i.e. the laser processing head is moved with a movement component perpendicular to the workpiece surface typically move in the vertical direction.
  • the following method steps are carried out successively, but not necessarily in immediate succession:
  • the laser beam is guided in the cutting mode along a closed, preferably circular-closed cutting line, as a result of which a closed, preferably circular-closed cutting gap is produced.
  • a part (slug) is cut out of the workpiece.
  • a hole (perforation) with a preferably circular cross-section is produced in the workpiece.
  • the cross section of the hole refers to the plane of the flat work piece or the work piece surface facing the jet nozzle.
  • the hole is preferably created within the contour of a workpiece part to be cut out of the workpiece.
  • the cutting line is a process engineering line or path along which the laser beam is guided, it being understood that the cutting line is not formed on the workpiece.
  • the cutting line is preferably a circular line (orbit).
  • the hole is circular, its axis of symmetry or central axis defines a radial direction, starting from the central axis, "radially inwards” being directed towards the central axis and “radially outwards” away from the central axis.
  • the laser beam is guided once or several times in the non-cutting mode along at least one closed, preferably circular or spiral line (path), referred to below as the “sink generation line”.
  • the focus position of the laser beam is preferably changed before it is guided for the first time along the countersinking production line in such a way that the laser beam has a larger beam diameter on the workpiece than when the hole was produced.
  • the at least one countersink generation line is arranged such that a countersink is generated around the hole, which countersink always flows into the hole. Consequently, the depression deepens towards the hole and merges directly into the hole.
  • the countersink generation line is a process line or path along which the laser beam is guided, the countersink generation line not being formed on the workpiece.
  • the at least one counterbore generation line surrounds and is always spaced from the line of intersection.
  • the line of intersection and the at least one Lowering generation line each circular lines (orbits), wherein the at least one lowering generation line is arranged concentrically and at a radial distance from the cutting line.
  • the at least one countersink generation line is then arranged radially outwards of the line of intersection, ie the diameter of the countersink generation line is larger than the diameter of the line of intersection.
  • the at least one countersink generation line preferably extends along the cut edge of the hole, which delimits the hole on the workpiece surface opposite the jet nozzle.
  • the at least one countersink generation line may run inside and/or outside the closed cut edge of the hole.
  • the at least one countersink generation line can, in particular, run identically to the cutting edge of the hole.
  • the at least one countersink generation line can be arranged radially outwards or radially inwards of the cutting edge of the hole, which is then likewise circular.
  • the at least one countersink generating line is located radially outward of the circular cutting edge of the hole.
  • countersunk holes are produced in the workpiece. According to the invention, it was recognized that countersunk holes can be produced in a metal workpiece in a particularly simple, reliable and efficient manner with high edge quality.
  • the method according to the invention for producing countersunk holes is preferably part of a method in which workpiece parts are cut out of the workpiece, the countersunk holes being produced in the workpiece parts to be cut out which are still connected to the residual skeleton. After the countersunk holes have been created, the workpiece parts are removed from the workpiece.
  • the workpiece parts can already be partially cut out when the countersunk holes are created, but are always firmly connected to the rest of the workpiece (residual grid), for example by one or more webs with small dimensions ( micro or nanojoints).
  • the method described above is for creating countersunk holes in a workpiece, wherein when creating a single countersunk hole, the hole is created in the workpiece in a first step, and after the hole has been created, in a second step, the countersink is created around the hole .
  • the hole has a diameter which is equal to or smaller than a workpiece thickness of the workpiece.
  • particularly small countersunk holes can be produced by the method according to the invention.
  • the production of countersunk holes takes place in three steps, the two steps described above for producing countersunk holes being included.
  • the hole is produced in the workpiece in a first step, the countersink around the hole is produced in a second step and the hole already produced is widened or widened in an additional third step.
  • pre-hole the hole created in the workpiece in the first step
  • final hole the hole widened in the third step
  • pre-hole cutting line is used for the cutting line for producing the pilot hole
  • end hole cutting line is used for the cutting line for producing the final hole.
  • a first step the laser beam is guided in the cutting mode along a closed, preferably circular-closed cutting line, as already stated hereinafter referred to as "pre-hole cutting line", whereby a closed, preferably circular-closed cutting gap is produced.
  • a part (slug) is cut out of the workpiece.
  • a hole (perforation) with a preferably circular cross-section referred to below as the “pre-hole”, as already explained, is produced in the workpiece.
  • the slug falls down due to its own weight, which creates the pilot hole in the workpiece.
  • the cross-section of the pilot hole refers to the plane of the flat workpiece or the workpiece surface facing the jet nozzle.
  • the pilot hole is preferably produced within the contour of a workpiece part to be cut out of the workpiece.
  • the pre-hole cutting line is a process engineering line or path along which the laser beam is guided, it being understood that the pre-hole cutting line is not formed on the workpiece. If the pilot hole is circular, its axis of symmetry or central axis defines a radial direction, starting from the central axis, "radially inwards” being directed towards the central axis and “radially outwards” away from the central axis.
  • the laser beam is guided once or several times in the non-cutting mode along at least one closed, preferably circular or spiral line (path), as already stated, referred to below as the "sinking generation line".
  • the focal position of the laser beam is preferably changed before it is first guided along the countersinking production line in such a way that the laser beam has a larger beam diameter on the workpiece than when the pilot hole was produced.
  • the at least one countersink generation line is arranged in such a way that a countersink is generated around the pre-hole, which always ends in the pre-hole. Consequently, the countersinking deepens towards the forehole and goes directly into the forehole.
  • the countersink generation line is a process line or path along which the laser beam is guided, and the countersink generation line is not formed on the workpiece.
  • the at least one counterbore generation line surrounds and is always spaced from the prehole cutting line.
  • the pre-hole cutting line and the at least one countersink generation line are each circular lines (orbits), the at least one countersink generation line being arranged concentrically and at a radial distance from the pre-hole cutting line.
  • the at least one countersink generation line is then arranged radially outwards of the pre-hole intersection line, i.e. the diameter of the countersink generation line is larger than the diameter of the pre-hole intersection line.
  • the at least one countersink generation line preferably extends along the cutting edge of the pilot hole, which delimits the pilot hole on the workpiece surface opposite the jet nozzle.
  • the at least one countersink generation line can run inside and/or outside of the closed cutting edge of the pilot hole.
  • the at least one countersink generation line can, in particular, run identically to the cutting edge of the pilot hole.
  • the at least one countersink generation line can be arranged radially outwards or radially inwards of the cutting edge of the pilot hole, which is then also circular.
  • the at least one countersink generating line is preferably arranged radially outward of the circular cutting edge of the pilot hole.
  • the laser beam is guided in the cutting mode along a closed, preferably circular, cutting line, referred to below as the "end hole cutting line", as already explained, whereby a closed, preferably circular-closed cutting gap is produced.
  • a part that is preferably hollow-cylindrical in cross section is cut out of the workpiece.
  • the focus position of the laser beam is preferably changed in such a way that the laser beam has a smaller beam diameter on the workpiece than when the countersink was produced.
  • the end hole cutting line is a process engineering line or path along which the laser beam is guided, the end hole cutting line not being formed on the workpiece.
  • the cut-out part falls away under its own weight. Removing this part from the workpiece widens the pilot hole inside the countersink. In this case, a widened hole, referred to below as the "final hole”, as already explained, is produced from the preliminary hole.
  • the final hole cutting line is arranged in relation to the pre-hole cutting line in such a way that the pre-hole is widened.
  • the pilot hole within the countersink is widened, so that the final hole is also within the countersink or within an edge of the countersink delimiting the countersink on the workpiece surface facing the jet nozzle (first workpiece surface).
  • the vertical view through the first workpiece surface corresponds to a projection of the pilot hole and end hole and countersinking in the plane of the first workpiece surface.
  • the third method step thus relates to guiding the laser beam in cutting mode along a closed end hole cutting line, with the end hole cutting line being arranged in relation to the pre-hole cutting line in such a way that, when viewed perpendicularly through the (flat) workpiece or through the plane of the the workpiece surface facing the jet nozzle (first workpiece surface), the pilot hole within the countersink, or within an edge of the countersink delimiting the countersink on the workpiece surface facing the jet nozzle (first workpiece surface), is widened to produce an end hole.
  • the end hole created by widening the pilot hole is therefore also located within the countersink or within a countersink on the workpiece surface facing the blasting nozzle (first workpiece surface) delimiting edge of the countersink.
  • the end-hole cutting line surrounds the pre-hole cutting line, with the end-hole cutting line always having a non-zero distance from the pre-hole cutting line.
  • the end hole cutting line is arranged within a closed edge that delimits the countersink on the workpiece surface facing the jet nozzle.
  • the pre-hole intersection line and the final hole intersection line are each circular lines (orbits), the end hole intersection line being arranged concentrically and at a radial distance from the pre-hole intersection line in such a way that a diameter of the pre-hole is increased and the end hole, which is circular in cross section, is inside of the subsidence is generated.
  • the final hole cut line is thus located radially outward of the pre-hole cut line, i.e. the diameter of the final hole cut line is larger than the diameter of the pre-hole cut line, so that the diameter of the final hole is larger than the diameter of the pre-hole.
  • the end hole cutting line is arranged radially inwards of a preferably circular edge delimiting the countersink on the workpiece surface facing the jet nozzle.
  • the countersunk hole is brought to a predetermined (desired) final dimension, in particular diameter.
  • the end hole cut line is designed such that when the end hole is created, some of the countersink is removed, but the countersink is not completely removed at the same time. Rather, part of the countersink remains when the end hole is created. Accordingly, the end hole is located within the countersink when viewed perpendicularly through the planar workpiece or the plane of the first workpiece surface. With a circular countersink and a circular end hole, the diameter of the countersink is always larger than the diameter of the end hole.
  • the end hole has a diameter which is equal to or smaller than a workpiece thickness of the workpiece.
  • particularly small countersunk holes can be produced by the method according to the invention.
  • Pre-hole and “final hole” are used only to distinguish different phases of the process of making a countersunk hole, where the final hole results from an enlargement of the pre-hole. With the creation of the final hole within the countersink, the countersunk hole is made.
  • countersunk holes can be produced in a metallic workpiece in a particularly simple, reliable and efficient manner with high edge quality if a pilot hole is first produced so that the melt (slag) formed when the countersink is produced can be removed by means of the working gas jet can be expelled downwards from the workpiece through the pilot hole.
  • melt slag
  • the working gas jet can be expelled downwards from the workpiece through the pilot hole.
  • slag adhering to the walls of the pilot hole and to its cutting edge on the workpiece surface facing away from the blasting nozzle can advantageously be removed when the pilot hole is widened, so that the final hole with a countersink (i.e. countersunk hole) can be produced without burrs.
  • the method according to the invention for producing countersunk holes is preferably part of a method in which workpiece parts are cut out of the workpiece, the countersunk holes being produced in the workpiece parts to be cut out which are still connected to the residual skeleton. After the countersunk holes have been created, the workpiece parts are removed from the workpiece.
  • the workpiece parts can already be partially cut out when the countersunk holes are created, but are always firmly connected to the rest of the workpiece (residual grid), for example by one or more webs with small dimensions ( micro or nanojoints).
  • countersink refers to a depression in the workpiece at the first workpiece surface.
  • the countersink does not break through the workpiece.
  • the terms "gap”, “hole”, “pre-hole” and “end hole” each refer to openings or openings in the workpiece.
  • the beam axis of the laser beam is moved with two mutually perpendicular movement axes parallel to the plane of the workpiece or the first workpiece surface. Components moved along circular paths.
  • the laser beam for producing a countersink and the laser beam for producing a hole, in particular a preliminary or final hole preferably have different focus positions.
  • the focus position of the laser beam is changed here in such a way that the beam diameter on the workpiece when creating a hole, in particular a preliminary or final hole, is smaller than when creating a countersink.
  • Such a change in the beam diameter on the workpiece due to a change in the focus position can ensure that the energy per line of the laser beam on the workpiece and thus the energy introduced into the workpiece when creating a countersink is smaller than when creating a hole, in particular a pre- or end hole.
  • the focus position is preferably set in the desired manner by moving the beam head perpendicular to the workpiece support or perpendicular to the first workpiece surface and changed in such a way that there is a suitable energy per unit area on the workpiece to produce a countersink or a hole, in particular a preliminary or final hole.
  • the beam head is typically moved in the vertical direction. If the workpiece is in the divergent area of the laser beam (focus is above the workpiece), the beam diameter on the workpiece can be reduced by moving the blasting head towards the workpiece (the distance between the blasting head and the workpiece is reduced). Conversely, by moving the blasting head away from the workpiece (the distance between the blasting head and the workpiece is increased), the blasting diameter on the workpiece can be increased.
  • the focus is typically close to or within the workpiece.
  • the focus position of the laser beam can be changed optically.
  • the energy per radius of the laser beam on the workpiece to produce a countersink is less than 50%, less than 40%, less than 30%, less than 20%, less than 10% or even less than 1% of the energy per radius of the laser beam on the workpiece for creating a hole, in particular a preliminary or final hole.
  • This difference in energy per unit area is preferably reflected in a change in beam diameter on the workpiece.
  • the beam diameter on the workpiece for creating a hole, in particular a preliminary or final hole is less than 50%, less than 40%, less than 30%, less than 20%, less than 10% or even less than 1% of the beam diameter for creating a countersink.
  • the beam diameter is up to typically 1/10 to 5/10 mm on the workpiece during cutting.
  • the beam diameter on the workpiece is preferably at least 1.5 mm and is, for example, in the range from 3 to 25 mm.
  • a countersink is delimited by a countersink edge on the workpiece surface facing the jet nozzle.
  • the countersink edge is the area of the workpiece where the countersink begins to deepen.
  • the sinking deepens towards the hole, in particular both towards the pre-hole and towards the end hole produced later.
  • the hole, in particular both the preliminary hole and the final hole produced later thus has a deepest position within the countersink and is arranged at the bottom of the countersink, so to speak, whereby it can preferably also assume a centered position within the countersink.
  • the shortest distance between the hole, in particular the end hole, and the edge of the countersink delimiting the countersink on the surface of the workpiece facing the jet nozzle is preferably always at least 0.5 mm, in particular at least 1 mm , and is, for example, in the range from 0.5 mm to 10 mm.
  • a countersink and/or a hole, in particular a pre-hole is preferably produced by a continuous-wave laser beam.
  • the laser beam is not switched off while the countersink and/or hole, in particular the pre-hole, is being produced.
  • the widening of the pilot hole in particular an increase in the diameter of a round pilot hole, is preferably carried out with a pulsed laser beam. This has the advantage that the material of the workpiece is not heated so much when the pilot hole is widened, so that the melt produced in this way can flow off easily at a sharp or well-defined edge of the pilot hole.
  • a path energy of the laser beam on the workpiece is changed during the production of the countersink.
  • This measure allows the depth and/or shape of the depression to be adjusted in a targeted manner.
  • the beam axis of the laser beam is always directed perpendicular to the flat workpiece support or perpendicular to the plane of the irradiated first workpiece surface during the production of a countersink or hole, in particular a preliminary or final hole, ie the angle between the beam axis and the workpiece support is 90°.
  • the beam axis can be changed when the workpiece is irradiated, with the beam axis at least temporarily assuming an angle other than 90° to the workpiece support or to the plane of the irradiated first workpiece surface.
  • the laser beam can be aligned by pivoting the beam head (mechanically) and/or by pivoting the laser beam (optically). For example, a larger area of the workpiece can be covered by pivoting the laser beam while the countersinking is being produced, which can be advantageous.
  • the blasting nozzle is moved with at least one movement component directed towards the workpiece in such a way that during the widening of the pilot hole a nozzle tip of the blasting nozzle, from which the laser beam exits, is located within the depression and thus also below the plane defined by the workpiece surface facing the jet nozzle.
  • the pilot hole (and also the countersink) are actively cooled by contact with a fluid cooling medium before the widening of the pilot hole.
  • the working gas jet made of compressed working gas, which interacts with the laser beam in the cutting and non-cutting mode, is preferably directed onto the workpiece without the laser beam being switched on.
  • This measure can also be used to ensure that the metallic material of the pre-hole edge is firmer on the workpiece surface facing away from the jet nozzle, so that the pre-hole edge is sharply defined is, which improves the drainage of the melt when creating the end hole.
  • the blasting nozzle runs over at least one line of depression generation one or more times, with the laser beam being guided along the line of depression generation.
  • a single countersink generation line can be provided.
  • the laser beam is guided several times along the single line for producing the countersink to produce the countersink.
  • a plurality of preferably concentric countersink generation lines with a non-zero distance between two directly adjacent countersink generation lines are provided for generating the countersink.
  • the laser beam is guided several times along each of the several lines for producing the countersink in order to produce the countersink. This can be particularly beneficial when making large diameter countersinks.
  • a slug to be cut out to produce the hole, in particular the pre-hole is divided by the laser beam in the cutting mode.
  • a circular designed countersink generation line in the plane of the workpiece surface facing the jet nozzle radial offset (radially outwards) from the cutting edge of the round pre-hole which is at least 0.5 mm, preferably at least 1 mm, and in particular approx. 2 mm.
  • the jet nozzle or the laser beam passes over the lowering generation line several times (preferably 2 to 25 passes) to generate the lowering.
  • the radially innermost countersink generation line in the plane of the workpiece surface facing the blasting nozzle has a radial offset (radially outward) from the cutting edge of the pilot hole, which is from 0.25 to 1 mm, with a radial offset of immediately adjacent countersink generation lines likewise of 0.25 is up to 1 mm.
  • the lowering generation lines are each passed several times to generate the lowering (preferably 2 to 25 passes).
  • a spiral-shaped countersinking line which has an increase in diameter of 0.25 to 1 mm when it has completed a complete revolution.
  • this path is traversed several times (preferably 2 to 25 passages).
  • the laser beam can first traverse the spiral-shaped lowering generation line from the inside to the outside, and then again, preferably with half the laser power, from the outside to the inside.
  • the surface quality of the countersink can be improved, in particular the roughness on the surface of the countersink can be reduced, by finally traversing the spiral countersink generation line from the outside inwards with half the laser power.
  • the countersink serves to receive the head of a countersunk screw, it can also be advantageous if the radially outermost, circular countersink generation line has a diameter that is slightly smaller than the maximum diameter of the head of the countersunk screw to be arranged in the bore.
  • the number of countersink generation lines depends on the diameter of the hole or pilot hole or the thread diameter of the countersunk screw to be inserted and the desired depth of the countersink.
  • a metric thread M3 to M6 ie with a pilot hole diameter of 3 to 6 mm
  • at least two passes are typically required, with a typical number of passes being between two and 25 passes.
  • For countersunk screws with a metric thread M8 to M12 ie with a hole or pilot hole diameter of 8 to 12 mm
  • at least five passes are typically required, preferably at least 10, with a typical number of passes being between 10 and 25 passes.
  • the laser beam is preferably brought into the cutting or non-cutting mode by changing the focus position.
  • the nozzle tip at which the laser beam emerges is preferably at a distance of less than 2 mm from the first workpiece surface facing the jet nozzle or from the plane defined by it.
  • the countersinking is preferably produced in the non-cutting mode with a much greater distance between the jet nozzle and the first workpiece surface, which is at least 30 mm, in particular at least 40 mm and particularly preferably around 50 mm.
  • the laser beam is thus sufficiently defocused and can hit the workpiece surface with a large beam diameter, with a relatively low working gas pressure (e.g. oxygen pressure) with a high coverage of the processing zone.
  • a relatively low working gas pressure e.g. oxygen pressure
  • the working gas e.g. oxygen
  • the working gas has a gas pressure of less than 5 bar, which is in particular from 2 bar to 3.5 bar. It can also be advantageous if the feed rate of the jet nozzle when creating the countersink is at least 4 m/min and the power of a laser beam (e.g. laser) used for processing is at least 1500 W.
  • a laser beam used in pulse mode (e.g. laser beam) has an average power of at least 200 W, a pulse peak power of at least 2000 W and a pulse frequency between 10 Hz and has 200 Hz.
  • a laser beam used in pulse mode e.g. laser beam
  • many countersunk holes are produced.
  • the countersinking is produced immediately thereafter and, if necessary, the final hole is produced immediately thereafter.
  • the invention also extends to a method in which a plurality of workpiece parts are cut out of a workpiece by a laser beam in the cutting mode, one or more countersunk holes being produced by the method according to the invention in at least one workpiece part before it is cut out of the workpiece.
  • one or more countersunk holes are produced in each case by the method according to the invention in a plurality of workpiece parts before they are cut out of the workpiece.
  • the invention also extends to a laser beam processing device with a laser beam guided by a beam head for laser beam processing of a plate-shaped or tubular workpiece, for example, which has an electronic control device for controlling/regulating the laser beam processing of the workpiece, which is set up (in terms of programming) to carry out the method according to the invention .
  • the invention extends to a program code for an electronic control device suitable for data processing for such a laser beam processing device, which contains control commands that cause the control device to carry out the method according to the invention.
  • the invention also extends to a computer program product (storage medium) with a stored program code for an electronic control device suitable for data processing for such a laser beam machining device, which contains control commands that cause the control device to carry out the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary laser beam processing device for carrying out the method according to the invention for laser beam processing of a plate-shaped or tubular workpiece
  • 3A-3D further embodiments of the method according to the invention for laser beam machining of a workpiece in which countersunk holes are produced;
  • FIG. 4 shows a flow chart of the method according to the invention for laser beam machining of a workpiece, in which countersunk holes are produced.
  • the laser beam processing device designated overall by the reference number 1, comprises a beam cutting device 2 with a beam head 3, and a work table 4 with a flat workpiece support 5 for a workpiece 9 (not shown in Figure 1, see Figures 2A-2C, 3A-3D), for example a flat sheet metal.
  • the workpiece support 5 is spanned by a crossbeam 6, which is guided to be movable along a first axial direction (x-direction).
  • a guide carriage 7 for the blasting head 3 is mounted on the crossbeam 6 and is movably guided on the crossbeam 6 along a second axis direction (y-direction) perpendicular to the first axis direction.
  • the blasting head 3 can thus be moved in a plane spanned by the two axial directions parallel and relative to the workpiece support 5, which is horizontal, for example.
  • the height of the blasting head 3 is also designed to be movable in a third axial direction (z-direction) perpendicular to this plane, as a result of which the distance perpendicular to the workpiece support 5 or workpiece 9 can be changed.
  • the z-direction corresponds to the direction of gravity.
  • the blasting head 3 On its side facing the workpiece support 5 , the blasting head 3 has a blasting nozzle 13 that tapers conically towards the workpiece support 5 .
  • the jet head 3 serves to guide a laser beam 14 and a process or working gas jet 15, which emerge from a terminal nozzle tip 33 (see, for example, FIG. 2A).
  • the laser beam 14 is generated by a laser beam source 8 and guided to the beam head 3, for example, through a beam guiding tube and a plurality of deflection mirrors or a fiber optic cable.
  • the laser beam can be directed onto the workpiece 9 in a bundled form (i.e. focused) via a focusing lens or adaptive optics. Due to the movability of the beam head 3 along the first axial direction (x-direction) and second axial direction (y-direction), any point on the workpiece 9 can be approached with the laser beam 14 .
  • the workpiece 9 has two opposite workpiece surfaces 10, 11 (see, for example, FIG. 2A), a first or upper workpiece surface 10 facing the jet nozzle 13 and a second or lower workpiece surface 11 facing away from the jet nozzle 13. Due to the vertical mobility of the blasting head 3 in the z-direction, a change in the distance from the upper workpiece surface 10 of the Working distance of the jet nozzle 13 to the workpiece 9 can be adjusted. The distance of the beam head 3 from the upper workpiece surface 10 can be adjusted before, during and after the laser beam processing. The focal position of the laser beam 14 can be adjusted by changing the distance between the jet nozzle 13 and the first workpiece surface 10 and by means of optical elements in the jet head 3, for example adaptive optics.
  • the working gas jet 15 is generated by a gas jet generating device, not shown. Helium (He), argon (Ar) or nitrogen (N2), for example, is used as the inert process or working gas. Oxygen (O2) is usually used as the reactive working gas. The use of gas mixtures is also known.
  • the working gas jet 15 emerges from the nozzle tip 33 of the jet nozzle 13 and is guided coaxially to the laser beam 14 to the processing point, where it hits the workpiece with an (initial) gas pressure specified by the gas jet generating device, which is typically in the range of 2 to 20 bar 9 on.
  • the working gas jet 15 serves to drive the melt produced during the laser processing through an opening (e.g. pilot hole 16, see e.g. Figure 2B) in the workpiece 9 produced by the laser beam 14 by means of gas pressure.
  • the flat workpiece support 5 consists, for example, of a large number of support elements with, for example, triangular support point tips, which together define a support plane for the workpiece 9 to be machined.
  • the support elements are designed here, for example, as elongate support webs, each of which extends along the y-direction and are arranged next to one another in a parallel arrangement along the x-direction, for example with a constant spacing between them.
  • a suction device through which cutting smoke, slag particles and small pieces of waste produced during jet cutting can be sucked off.
  • a program-controlled control device 12 is used to control/regulate the method according to the invention for laser beam machining of the workpiece 9 in the laser beam machining device 1.
  • FIGS. 2A to 2C and 3A to 3D in which exemplary configurations of the method according to the invention for laser beam machining of a workpiece 9 by the beam device 1 from FIG. 1 are illustrated.
  • FIGS. 2A to 2C and 3A to 3D For the purpose of a simplified representation and because it is sufficient for understanding the invention, only the jet nozzle 13 and the laser beam 14 and working gas jet 15 are shown in combination with the workpiece 9.
  • the workpiece 9 is, as usual, in a horizontal position on the workpiece support 5.
  • FIGS. 2A to 2C in which the plate-shaped workpiece 9 with the two flat workpiece surfaces 10, 11 and the jet nozzle 13 are shown schematically in a vertical sectional view in the illustrations on the left.
  • the right-hand images in FIGS. 2A to 2C illustrate the process steps in a schematic manner using respective top views.
  • the upper workpiece surface 10 faces the jet nozzle 13 and the lower workpiece surface 11 faces away from the jet nozzle 13 .
  • the laser beam 14 emerging from the nozzle tip 33 of the jet nozzle 13 and the working gas jet 15 strike the workpiece 9.
  • the laser beam 14 has the shape of a focused beam cone with a central beam axis 19. The central beam axis 19 and thus the laser beam 14 is perpendicular to the upper workpiece surface 10 or directed to the plate-shaped workpiece 9 level.
  • the jet nozzle 13 has been moved from a starting position towards the workpiece 9 with at least one vertical movement component, so that the jet nozzle 13 has a relatively small working distance A from the workpiece 9 .
  • the working distance A of the jet nozzle 13 from the upper workpiece surface is preferably less than 2 mm.
  • the focal position of the laser beam 14 results in a narrow beam spot with a small beam diameter on the workpiece 9.
  • the focal position and thus the beam diameter are selected in such a way that the energy per unit length of the laser beam 14 on the workpiece 9 is large enough for the laser beam 14 to be used for cutting or separating machining of the workpiece 9 is suitable.
  • the laser beam 14 is in a cutting mode.
  • the cutting laser beam 14 is guided along a circular pre-hole cutting line 21 to produce a (pre-)hole 16, as a result of which a circular closed cutting gap is produced.
  • a workpiece part (slug) with a round or disc-shaped cross section is completely cut out of the workpiece 9 .
  • the cut-out slug falls away under its own weight.
  • Pilot hole 16 With removing the slug from the workpiece 9 is a round in cross-section Pilot hole 16 with a specific diameter in the workpiece 9 is generated.
  • the diameter of the (pre)hole 16 is measured in the plane of the workpiece 9.
  • a widened hole, namely a final hole 17, can optionally be produced from the (pre)hole 16 in the further process by widening the diameter (see Figure 2C). .
  • the round (pre-)hole 16 is a through-hole according to its production method and breaks through the workpiece 9, the (pre-)hole 16 being surrounded by a pre-hole wall 23 formed by the workpiece 9, which extends continuously from the upper workpiece surface 10 to the lower one Workpiece surface 11 extends.
  • the (pre)hole 16 is delimited by a circular upper (pre)hole cutting edge 20, on the lower workpiece surface 11 by a circular lower (pre)hole cutting edge 21.
  • the two (pre) Hole cutting edges 21, 22 are each part of the (pre)hole wall 23.
  • FIG. 2A the (pre)hole cutting line 21 and the upper (pre)hole cutting edge 20 are shown relatively far apart from each other due to the better graphic representation, it being understood that this need not be the case in practice.
  • the round (pre-)hole 16 is radially symmetrical with respect to its central axis 31 (see FIG. 2B). A radial direction is defined in the plane of the workpiece 9 in relation to the (pilot) hole 16 and its central axis 31 .
  • the method can be supplemented by a step that is carried out before the (pre-)hole 16 is cut.
  • This step is preferably used when (pre-)holes 16 are to be produced with a diameter of at least 7 mm and/or the workpiece 9 is at least 4 mm thick.
  • the slug to be cut later on its contour is cut into smaller parts by one or more cutting gaps, which can always ensure that the slug falls reliably and safely down out of the workpiece 9 and the cut (pre-)hole 16 is always free .
  • intersecting kerfs are introduced, possibly superimposed by a kerf in spiral form.
  • a possible method for dividing the slug is described, for example, in US Pat. No. 8,716,625 B2.
  • a round countersink 18 concentric with the (pre)hole 16 is produced. This is illustrated below with reference to FIG. 2B.
  • the jet nozzle 13 has a relatively large working distance A from the first workpiece surface 10 or from the workpiece 9, with the workpiece 9 being in the divergent area of the laser beam 14, which results in a wide beam spot with a large beam diameter on the Workpiece 9 leads.
  • the blasting head 3 or the blasting nozzle 13 was moved away from the workpiece 9 with at least one vertical movement component, so that there is a larger working distance A between the blasting nozzle 13 and the first workpiece surface 10 compared to the production of the (pre-)hole 16 .
  • the working distance A for producing the countersink 18 is, for example, at least 6 times larger, in particular at least 10 times larger, than the working distance A for producing the (pre-)hole 16 and is preferably at least 30 mm, particularly preferably at least 40 mm and in particular about 50 mm, with a range of 30 mm to 50 mm being preferred.
  • the beam spot and the beam diameter on the workpiece 9 are significantly larger.
  • the cross-sectional area of the beam spot on the workpiece 9 is at least 6 times larger, in particular at least 10 times larger.
  • the focus of the laser beam 14 is far above the workpiece 9.
  • the focal position and the beam diameter of the laser beam 14 are selected in such a way that the energy per unit area on the workpiece 9 of the laser beam 14 is relatively low and the laser beam 14 only creates the depression 18 and the workpiece 9 is not penetrated here (non-separating processing).
  • the laser beam 14 is in a non-cutting mode.
  • the non-cutting laser beam 14 is moved in a (horizontal) plane parallel to the plane of the workpiece support 5 , the laser beam 14 being moved along at least one countersink production line 29 .
  • the at least one countersink generation line 29 is concentric to the (pre)hole cutting line 21 and extends along the upper (pre)hole cutting edge 20, with the countersink generation line 29 corresponding, for example, to the upper (pre)hole cutting edge 20 or preferably further radially thereto is offset to the outside.
  • the countersink generating line 29 has a diameter equal to or preferably larger than the diameter of the upper (pre-)hole cut edge 20.
  • a single line 29 for producing the countersink can be provided for producing the countersink 18 , with the laser beam 14 being moved one or more times along the line 29 for producing the countersink 18 .
  • the laser beam 14 for generating the reduction 18 several times along the Process reduction generation line 29 (typically 2 to 20 passes of the jet nozzle 13).
  • An offset (ie radial distance) of the lowering generation line 29 from the upper (pre)hole cut edge 20 is preferably at least 0.5 mm, particularly preferably at least 1 mm and in particular 2 mm.
  • the lowering generation line 29 must be arranged in such a way that the lowering 18 generated is directly adjacent to the (pre)hole 16 , ie opens into the (pre)hole 16 .
  • a plurality of lowering generation lines 29 can also be provided for the generation of the lowering 18, with the laser beam 14 being moved one or more times along each of the lowering generation lines 29 in order to generate the lowering 18.
  • the laser beam 14 is preferably moved several times along each of the depression production lines 29 (typically 2 to 20 passes of the jet nozzle 13).
  • the multiple countersink generation lines 29 are arranged concentrically with each other.
  • An offset (i.e. radial distance) of the countersink generation line 29 from the upper (pre)hole cut edge 20 or between two immediately adjacent countersink generation lines 29 is preferably from 0.25 mm to 1 mm.
  • the increase in the diameter of two immediately adjacent countersink generation lines 29 is thus preferably 0.5 mm to 1 mm.
  • the countersink generation lines 29 must be arranged in such a way that the countersink 18 produced is directly adjacent to the (pre)hole 16, i.e. opens into the (pre)hole 16.
  • FIG. 2B the circular movement of the laser beam 14 along the at least one countersink generation line 29 around the center axis 31 of the (pre-)hole 16 is illustrated schematically by an arrow.
  • the laser beam 14 could be moved along a countersinking production line 29 of spiral design in order to produce the countersink 18 .
  • An increase in the diameter of the spiral track of 0.25 mm to 1 mm is preferably achieved with each complete revolution. After reaching the target diameter, it is advantageous if this is crossed several times.
  • the line 29 for producing the countersink must be arranged in such a way that the countersink 18 produced is directly adjacent to the (pre)hole 16 , i.e. opens into the (pre)hole 16 .
  • the countersink 18 is a depression of the workpiece 9 on the first workpiece surface 10.
  • the countersink 18 surrounds the (pre)hole 16 concentrically, the countersink 18, starting from a (radial) outer countersink edge 27, from the top Workpiece surface 10 extends into the workpiece 9 up to a (radially) inner countersink edge 28, but not as far as the lower workpiece surface 11, ie the countersink 18 does not extend over the entire thickness of the workpiece part.
  • the inner countersink edge 28 is thus located between the upper workpiece surface 10 and the lower workpiece surface 11.
  • the outer countersink edge 27 is defined as that area of the workpiece 9 at which the countersink 18 begins to deepen towards the interior of the workpiece 9 .
  • the inner countersink edge 28 is defined as that area of the workpiece 9 where the countersink 18 merges into the remaining part of the (pre)hole 16 , the inner countersink edge 28 being formed by the (pre)hole wall 23 .
  • a flank 30 of the countersink 18 extends from the outer countersink edge 27 to the inner countersink edge 28.
  • the depression 18 can optionally be provided with a defined cross-sectional shape.
  • the focus position and thus the beam diameter can be varied during the production of the countersink 18 in order to set the depth and/or cross-sectional shape of the countersink 18 in a targeted manner.
  • the countersink 18 becomes deeper, i.e. the flank 30 of the countersink 18 becomes steeper, whereas the countersink 18 becomes flatter, i.e. the flank 30 of the countersink 18 becomes less steep when the beam diameter on the workpiece 9 is enlarged.
  • FIG. 2B shows an example of a countersinking 18 with a sloping flank 30 with an inclination of approximately 45°, with larger or smaller flank inclinations also being possible.
  • the countersink 18 can be used in any desired manner, and in this exemplary embodiment it is preferably intended to accommodate the head of a countersunk screw.
  • the radially outermost countersink generation line 29 for producing the countersink 18 has a diameter that is slightly smaller than the maximum diameter of the head of the countersunk screw to be arranged in the countersink 18 .
  • the number of lowering generating lines 29 depends on the diameter of the (pilot) hole 16 or the thread diameter of the screw to be inserted and the desired depth of the lowering 18 . As a rule, at least two passages of the jet nozzle 13 over a same Subsidence generation line 29 required with a typical number of passes being between two and 25.
  • the number of passes is generally at least 5, preferably at least 10 and is typically between 10 and 25.
  • Oxygen (O2) for example, is used as the process or working gas when creating the countersink 18, with a gas pressure of, for example, less than 5 bar, which is in particular from 2 to 3.5 bar.
  • the feed speed of the jet nozzle 13 when creating the countersink 18 is preferably at least 4 m/min and the laser power of the laser beam 14 is preferably at least 1500 W.
  • the melt (slag) produced when creating the depression 18 can advantageously flow downwards very well and it can thus be prevented that the melt reaches the upper workpiece surface 10 of the workpiece 9 and accumulates there hardens and forms a ridge. This not only impairs the later use of the countersink 18 and can require complex post-processing of the countersink 18, but can also lead to a collision with the jet nozzle 13 in the worst case.
  • By optionally splitting up the slug to be cut out when creating the (pre)hole 16 it can always be ensured that the (pre)hole 16 is free and that the melt, which occurs when the countersink 18 is created, can be reliably and safely removed by means of of the working gas is expelled through the (pre)hole 16. This is a great advantage of the invention.
  • melt can settle on the (pre-)hole wall 23, especially in the area of the lower (pre-)hole cut edge 21, and form a burr 32 after cooling, as illustrated in FIG. 2B.
  • this burr 32 is advantageously also removed during the optional widening of the (pre-)hole 16 to produce the end hole 17 (see FIG. 2C), so that an end hole 17 with a burr-free end hole wall 24 can be produced. If such a further step is carried out, the hole 16 produced so far represents a "pre-hole" which is widened in diameter towards the end hole 17 .
  • the preliminary hole 16 or the part thereof remaining after the countersink 18 has been produced is widened, which is illustrated below with reference to FIG. 2C.
  • the laser beam 16 is used in the cutting mode to increase the diameter of the preliminary hole 16 .
  • the jet nozzle 13 has a relatively small working distance A from the first workpiece surface 10, which leads to a narrow jet spot with a small jet diameter on the workpiece 9.
  • the blasting head 3 or the blasting nozzle 13 was moved towards the workpiece 9 with at least one vertical movement component, so that there is a smaller working distance A between the blasting nozzle 13 and the first workpiece surface 10 compared to the production of the depression 18 .
  • the focus position and thus the beam diameter of the laser beam 14 are selected in such a way that the distance energy on the workpiece 9 of the laser beam 14 is relatively large and the workpiece 9 is penetrated in the process (separating processing).
  • the cutting laser beam 14 is guided along a circular end-hole cutting line 22, as a result of which a circular-closed cutting gap is produced.
  • the end hole cutting line 22 is concentric with the pre-hole cutting line 21 and spaced radially outwards therefrom, i.e. has a larger diameter than the pre-hole cutting line 21.
  • the end hole cutting line 22 is located in the radial direction between the pre-hole cutting line 21 and the outer countersink edge 27, with the proviso that a radial portion of the flank 30 is removed, but not the complete flank 30, i.e. the countersink 18 is partially preserved.
  • the end hole 17 is thus created within the countersink 18 .
  • an end hole 17 with a round cross section is produced in the workpiece 9, which has a larger diameter than the pilot hole 16.
  • the end hole 17 is bounded by an end hole wall 24 formed by the workpiece 9 and extends from an upper end hole cut edge 25 , which lies between the upper workpiece surface 10 and the lower workpiece surface 11, up to a lower end hole cutting edge 26, which is formed by the lower workpiece surface 11.
  • the diameter D of the end hole 17 is preferably between 0.5 and 2 mm and in particular about 1 mm larger than the diameter of the pre-hole 16 previously produced. This allows the pre-hole wall 32 and the lower Workpiece surface 11 in the area of the lower pre-cut edge 21 adhering burr 32 is reliably and safely removed.
  • a pulsed laser beam 14 (pulsed laser beam) is preferably used when widening the preliminary hole 16 to produce the final hole 17 .
  • a pulsed laser beam 14 (laser beam) with an average power of at least 200 W and a pulse peak power of at least 2000 W and a pulse frequency between 10 Hz and 200 Hz is preferably used.
  • nitrogen (N), compressed air or oxygen (O2) can be used as the working gas.
  • FIGS. 3A to 3D a further exemplary embodiment of the method according to the invention for laser beam machining of a workpiece 9 by the beam device 1 from FIG. 1 is shown in a schematic manner is illustrated.
  • the method steps in FIGS. 3A, 3B and 3D correspond to the method steps in FIGS. 2A, 2B and 2C, reference being made to the above statements on FIGS. 2A, 2B and 2C in order to avoid unnecessary repetition.
  • the embodiment of the method according to the invention illustrated with reference to FIGS. 3A to 3D differs from the embodiment illustrated with reference to FIGS. 2A to 2C only in the method step of FIG. 3C.
  • the countersink 18 and the pilot hole 16 are actively cooled after the creation of the countersink 18 (Figure 3B) and before the widening of the pilot hole 16 to produce the end hole 17 ( Figure 3D).
  • a gaseous or liquid cooling medium As illustrated in FIG. 3C, the working gas from the working gas jet 15 is advantageously used for this purpose, with the laser beam 14 being switched off.
  • the point of impact on the workpiece 9 is typically subjected to a working gas with an (initial) gas pressure in the range from 2 to 20 bar.
  • the expanding working gas therefore leads to a very efficient cooling of the metallic workpiece 9, the efficiency of the cooling being all the better the hotter the workpiece 9 to be cooled is.
  • the metallic material of the workpiece 9 becomes firmer as a result of the active cooling, so that the lower pre-hole cutting edge 26 is precisely defined, which facilitates the flow of the melt through the pre-hole 16 .
  • This measure also contributes to the fact that the geometry of the end hole 17 can be adjusted very precisely. In addition, sticking of burr to the lower workpiece surface 11 can be counteracted.
  • FIG. 4 shows a flow chart of the method according to the invention.
  • the procedure comprises at least three successive steps.
  • step I the laser beam is first guided in the cutting mode along a closed (pre-)cutting line, whereby a (pre-)hole is produced in the workpiece. Then, in step II, the laser beam is guided once or several times in non-cutting mode along at least one closed countersink generation line, the countersink generation line being arranged in such a way that a countersink is generated around the (pre)hole, which in the (pre) hole.
  • the laser beam is guided in the cutting mode along a closed end-hole intersection line, the end-hole intersection line being arranged such that the hole, which now represents a pilot hole, is inside the countersink widened and thereby an end hole is created.
  • a slug to be cut out to produce the (pre-)hole is divided by the laser beam in the cutting mode.
  • the pilot hole is actively cooled before the widening of the pilot hole by contact with a fluid cooling medium, preferably by the working gas of the working gas jet, which is directed onto the workpiece.
  • a pilot hole is cut out with a diameter that is approx. 1 mm smaller than the average core hole diameter of the countersunk screw, so that the melt that occurs in the next step when creating the countersink can be expelled through the pilot hole.
  • the pre-hole is cut to standard size by a laser beam used in pulse mode, with the diameter of the final hole being approx. 1 mm larger than the diameter of the pre-hole.
  • Advantageous cutting parameters are: pulsed average laser power (pulse frequency 10 Hz): 400 W, pulse peak power: 3000 W or 6000 W, feed: 0.1 m/min, distance between jet nozzle and upper workpiece surface: 1.2 mm, gas pressure of the working gas: 3 .3 bars. example 2
  • the slug is divided by cutting gaps in the shape of a cross with a superimposed spiral shape in the slug to be cut out. This ensures that the slug of the pilot hole falls reliably and the pilot hole is therefore always free, so that the melt that occurs when the countersink is created can be expelled through the pilot hole. Then the pilot hole is cut with a diameter that is approx. 1 mm smaller than the middle core hole diameter of the countersunk screw.
  • a circular countersinking path with a diameter of 10 mm to 15 mm is traversed, with oxygen (O2) being used as the working gas.
  • O2 oxygen
  • the number of passes depends on the depth of the sinking to be made, with generally 10 to 25 passes being made. This creates the countersink for the head of the countersunk screw. Alternatively, a spiral path is traversed.
  • the pre-hole is cut to standard size by a laser beam used in pulse mode, with the diameter of the final hole being approx. 1 mm larger than the diameter of the pre-hole.
  • Advantageous cutting parameters are: pulsed average laser power (pulse frequency 10 Hz): 400 W, pulse peak power: 3000 W or 6000 W, feed: 0.1 m/min, distance between jet nozzle and upper workpiece surface: 1.2 mm, gas pressure of the working gas: 3 .3 bars.
  • the slug is divided by cutting gaps in the shape of a cross with a superimposed spiral shape in the slug to be cut out.
  • Oxygen (O2), nitrogen (N) or compressed air is used as the working gas.
  • the pilot hole is cut with a diameter of 8 mm, which is approx. 1 mm smaller than the middle core hole diameter of the countersunk screw.
  • a circular depression generation path with a diameter of 12.6 mm is traversed, with oxygen (O2) being used as the working gas.
  • laser power 4000 W
  • feed rate 10 m/min
  • gas pressure of the working gas 3.3 bar
  • focus diameter 210 pm/150 pm.
  • the pilot hole is then cut to a standard size with a diameter of 9 mm using a pulsed laser beam, with oxygen (O2) being used as the working gas.
  • Advantageous cutting parameters are: pulsed average laser power (pulse frequency 10 Hz): 400 W, pulse peak power: 4000 W, feed: 0.7 m/min, distance between jet nozzle and upper workpiece surface (A): 0.7 mm, gas pressure of the working gas: 17 bar, focus diameter: 210 pm.
  • the invention relates to:
  • a method of laser beam machining a workpiece with a focused laser beam in which the laser beam can be used in a workpiece-cutting or non-cutting mode by changing the line energy of the laser beam, comprising the following steps in order:
  • the laser beam is guided along a circular cutting line.
  • the laser beam is guided one or more times along at least one circular depression generation line.
  • at least one circular counterbore generating line disposed concentrically and radially spaced from the circular cutting line.
  • the hole and the countersink are each produced with a continuous-wave laser beam.
  • a slug to be cut out to produce the hole is divided by the laser beam in the cutting mode.
  • the shortest distance between the hole and an outer edge of the countersink delimiting the surrounding countersink when viewed vertically through the workpiece is always at least 0.5 mm.
  • the shortest distance between the hole and the outer edge of the countersink delimiting the countersink is always in the range of 0.5 mm to 10 mm.
  • the laser beam for generating the countersink is guided once along a single countersink generation line.
  • the laser beam is guided several times along a single countersink generation line to produce the countersink.
  • a plurality of countersink generation lines are provided for producing the countersink, with two directly adjacent countersink generation lines always being at a distance other than zero, and with the laser beam being guided one or more times along each of the multiple countersink generation lines to produce the countersink.
  • a plurality of circular, concentric countersink generation lines is provided, the diameter of which increases radially outward by 0.5 to 2 mm in each case.
  • a radially innermost countersink generation line has a radial offset from the cut edge of the hole which is from 0.25 to 1 mm.
  • the laser beam is guided one or more times along at least one spiral depression generation line.
  • a helical countersink generation line is provided which, when it has completed a complete revolution, has an increase in diameter of 0.25 to 1 mm.
  • a distance energy of the laser beam on the workpiece in the non-cutting mode is less than a percentage selected from 50%, 40%, 30%, 20%, 10% and 1%, a distance energy of the laser beam on the workpiece in cutting mode.
  • the line energy of the laser beam is changed by changing a beam diameter of the laser beam on a workpiece surface of the workpiece.
  • the beam diameter of the laser beam on the workpiece in the cutting mode is less than a percentage selected from 50%, 40%, 30%, 20%, 10% and 1% of the beam diameter in the non-cutting mode .
  • the beam diameter of the laser beam on the workpiece surface of the workpiece is changed by changing a focus position relative to the workpiece.
  • the focus position of the laser beam is changed relative to the workpiece by moving a jet nozzle for emitting the laser beam with a movement component perpendicular to the workpiece surface.
  • a distance of a jet nozzle for emitting the laser beam from a workpiece surface is less than 2 mm in the cutting mode and at least 30 mm in the non-cutting mode.
  • a beam axis of the laser beam is always directed perpendicular to the workpiece in the cutting and non-cutting mode.
  • one or more countersunk holes are produced in a workpiece part which is connected to the rest of the workpiece.
  • the workpiece part is cut free from the workpiece after the countersunk holes have been produced.
  • the hole has a diameter which is equal to or smaller than a workpiece thickness of the workpiece.
  • the end hole cut line being positioned relative to the pre-hole cut line such that the pre-hole is widened to create an end hole, the end hole being within the countersink when viewed perpendicularly through the workpiece.
  • the laser beam is guided along a circular pre-hole cutting line.
  • the laser beam is guided along a circular end hole cutting line.
  • the circular final hole cutting line is arranged concentrically and at a radial distance from a circular pre-hole cutting line.
  • the laser beam is guided one or more times along at least one circular countersink generation line.
  • at least one circular countersink generation line is arranged concentrically and at a radial distance from the circular pilot hole cutting line.
  • a nozzle tip of a jet nozzle from which the laser beam emerges is located within the countersink and below a plane defined by the workpiece surface facing the jet nozzle.
  • the preliminary hole is enlarged with a pulsed laser beam.
  • the laser beam used in pulsed mode preferably has an average power of at least 200 W, a pulse peak power of at least 2000 W and a pulse frequency of between 10 Hz and 200 Hz.
  • the pilot hole and the countersink are each produced with a continuous-wave laser beam.
  • the pilot hole is actively cooled by contact with a fluid cooling medium before the pilot hole is enlarged.
  • a working gas jet of compressed working gas which interacts with the laser beam in the cutting and non-cutting mode, is directed onto the workpiece for active cooling of the pilot hole.
  • a slug to be cut out to produce the pre-hole is divided by the laser beam in the cutting mode.
  • a shortest distance between the end hole and a surrounding countersink is limiting outer edge of countersinking is always at least 0.5 mm.
  • the shortest distance between the end hole and the outer edge of the countersink delimiting the surrounding countersink is always in the range of 0.5 mm to 10 mm.
  • a round preliminary hole is produced which has a diameter which is 0.5 to 2 mm smaller than a diameter of the final hole.
  • a radially innermost countersink generation line has a radial offset from the cutting edge of the pilot hole, which is from 0.25 to 1 mm.
  • the end hole has a diameter which is equal to or smaller than a workpiece thickness of the workpiece.
  • the present invention provides a novel method for laser beam machining of a workpiece, in which counterbored holes can be efficiently formed in a workpiece with high precision and quality in a simple and inexpensive manner.
  • a countersunk hole can be made in two steps, with a first step creating a hole in the workpiece, followed by a second step forming a countersink around the hole (circumferential countersink).
  • a third step can be added, whereby the production of a countersunk hole then comprises three steps: in a first step, a hole is created in the workpiece, which represents a pilot hole, followed by a second step in which a countersink is formed around the pilot hole (Circumferential countersinking), followed by a third step in which the diameter of the pre-hole is widened so that a final hole is produced.
  • the melt formed when creating the countersink can be expelled very easily through the (pilot) hole downwards out of the workpiece. Any slag adhering to the walls of the (pre-)hole and to the lower workpiece surface in the area of the (pre-)hole is automatically removed with the optional widening of the hole, which then represents a pre-hole, so that a burr-free end hole with burr-free cutting edge is formed. There is no need for time-consuming mechanical post-processing to machine countersinks and remove burrs on the cut edges.
  • An implementation of the method according to the invention in already existing laser beam processing devices is possible in a simple manner without having to provide complex technical measures for this purpose. Rather, through Mere intervention in the machine control a desired laser beam processing of a workpiece can be realized by the method according to the invention.

Abstract

The invention relates to a method for machining a workpiece (9) by means of a focused laser beam (14). The laser beam (14) can be used in a workpiece (9) cutting mode or in a non-cutting mode by changing the energy per unit length of the laser beam (16). The method has the following steps in said order: - guiding the laser beam (14) along a closed cutting line (21) in the cutting mode, whereby a hole (16) is produced in the workpiece (9), and - guiding the laser beam (14) once or multiple times along at least one closed countersink-producing line (29) in the non-cutting mode, wherein the countersink- producing line (29) is arranged relative to the cutting line (21) such that a countersink (18) which surrounds the hole (16) is produced, said countersink leading into the hole (16).

Description

VERFAHREN ZUR ERZEUGUNG ANGESENKTER LOCHER MITTELS LASERSTRAHLBEARBEITUNG METHOD OF CREATING COUNTERSINKING HOLES USING LASER BEAM MACHINING
Die Erfindung liegt auf dem technischen Gebiet der Laserstrahlbearbeitung metallischer Werkstücke mit einem fokussierten Laserstrahl und betrifft ein Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines platten- oder rohrförmigen Werkstücks, bei dem angesenkte Löcher im Werkstück erzeugt werden. The invention lies in the technical field of laser beam machining of metallic workpieces with a focused laser beam and relates to a method for laser beam machining of a plate-shaped or tubular workpiece in which countersunk holes are produced in the workpiece.
Im Handel verfügbare Laserschneidvorrichtungen ermöglichen eine automatisierte Fertigung von Werkstückteilen in großer Stückzahl und mit hoher Präzision. Hierbei werden Werkstückteile mit einem Laserstrahl aus einem metallischen Werkstück entlang von Schnittlinien, die den Konturen der Werkstückteile entsprechen, ausgeschnitten. Zusätzlich können durch Bewegen des Laserstrahls entlang kreisförmiger Schnittlinien Löcher, d.h. Ausschnitte mit kleinem Durchmesser, mit hoher Geschwindigkeit in die auszuschneidenden Werkstückteile eingebracht werden. Commercially available laser cutting devices enable automated production of workpiece parts in large numbers and with high precision. Here, workpiece parts are cut out of a metal workpiece with a laser beam along cutting lines that correspond to the contours of the workpiece parts. In addition, by moving the laser beam along circular cutting lines, holes, i.e. cutouts with a small diameter, can be made in the workpiece parts to be cut out at high speed.
Abhängig von der Verwendung der ausgeschnittenen Werkstückteile können die Werkstückteile eine aufwändige mechanische Nachbearbeitung benötigen. Löcher, in denen bei der späteren Verwendung eines Werkstückteils Senkkopfschrauben angeordnet werden sollen, werden üblicherweise spanend mit einer Bohrmaschine nachbearbeitet, um die Senkungen zur Aufnahme der Köpfe der Senkkopfschrauben zu formen. Grundsätzlich ist eine dem Ausschneiden eines Werkstückteils nachgelagerte mechanische Bearbeitung zeitlich und meist auch personell sehr aufwändig, zumal sie oft manuell erfolgt. Zudem ist eine solche Nachbearbeitung kostenintensiv, so dass sich die Herstellung von Werkstückteilen in unerwünschter weise verlängert und verteuert. Dies betrifft insbesondere die spanende Nachbearbeitung von Löchern zum Erzeugen von Senkungen, welche sehr zeitaufwändig ist. Depending on the use of the cut-out workpiece parts, the workpiece parts may require complex mechanical post-processing. Holes in which countersunk screws are to be placed during later use of a workpiece part are usually finished by machining with a drill to form the countersinks to receive the heads of the countersunk screws. In principle, mechanical processing following the cutting out of a workpiece part is very time-consuming and usually also very labor-intensive, especially since it is often carried out manually. In addition, such post-processing is cost-intensive, so that the production of workpiece parts is undesirably longer and more expensive. This applies in particular to the post-machining of holes to create countersinks, which is very time-consuming.
In der Patentliteratur ist die Erzeugung von Löchern mit Senkungen mittels Laserstrahl bekannt. So zeigt WO 2020225448 A1 ein Verfahren, bei dem in einem Werkstück zunächst eine kreisförmige Mulde erzeugt und anschließend innerhalb der Mulde ein Loch eingebracht wird. The generation of holes with countersinks by means of a laser beam is known in the patent literature. For example, WO 2020225448 A1 shows a method in which a circular trough is first produced in a workpiece and then a hole is made within the trough.
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, herkömmliche Verfahren so zu verbessern, dass in einem Werkstück angesenkte Löcher durch einen fokussierten Laserstrahl herstellbar sind, ohne dass aufwändige mechanische Nachbearbeitungen, insbesondere zum Ausbilden von Senkungen mittels einer Bohrmaschine und Entfernen von Grat an den Werkstückteiloberflächen, erforderlich sind. Insgesamt soll die Erzeugung von angesenkten Löchern und die Fertigung von Werkstückteilen mit abgesenkten Löchern in automatisierter Weise schneller, kostengünstiger und effizienter erfolgen können. In contrast, the object of the present invention is to improve conventional methods in such a way that countersunk holes can be produced in a workpiece using a focused laser beam, without the need for complex mechanical ones Post-processing, in particular for forming countersinks using a drill and removing burrs on the workpiece part surfaces, are required. Overall, the production of countersunk holes and the production of workpiece parts with countersunk holes should be able to take place in an automated manner faster, more cost-effectively and more efficiently.
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch ein Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben. According to the proposal of the invention, these and other objects are achieved by a method for laser beam machining of a workpiece with the features of the independent patent claim. Advantageous configurations of the invention are specified by the features of the dependent claims.
Im Sinne vorliegender Erfindung bezeichnet der Begriff "Werkstück" ein platten- oder rohrförmiges, typischerweise metallisches Bauteil, aus dem mindestens ein Werkstückteil (Gutteil) herzustellen ist. Das plattenförmige Werkstück ist typischer Weise eben bzw. flach. For the purposes of the present invention, the term "workpiece" designates a plate-shaped or tubular, typically metallic, component from which at least one workpiece part (good part) is to be produced. The panel-shaped workpiece is typically flat.
Der Laserstrahl wird von einem Laserbearbeitungskopf geführt und tritt an einer endständigen Düse aus. Der Laserstrahl ist wie üblich in Form eines fokussierten, rotationssymmetrischen Strahlkegels mit einer zentrischen Strahlachse (Symmetrieachse) ausgebildet. Der Strahldurchmesser kennzeichnet die Querausdehnung des Strahls oder die physische Größe des Strahls senkrecht zur Ausbreitungsrichtung. Beim Fokussieren wird der Laserstrahl durch eine Fokussierlinse oder einen Fokussierspiegel gebündelt. Der Fokus des Laserstrahls ist durch jene Stelle definiert, an der der Laserstrahl seinen geringsten Querschnitt bzw. den geringsten Strahldurchmesser hat. Die Brennweite gibt die Entfernung der Linsenhauptebene (oder Spiegelhauptebene) zum Brennpunkt eines idealen, fokussierten Parallelstrahls an. Je kleiner die Brennweite, desto stärker wird der Laserstrahl fokussiert und desto kleiner ist der Fokusdurchmesser, und umgekehrt. The laser beam is guided by a laser processing head and emerges from a nozzle at the end. As usual, the laser beam is designed in the form of a focused, rotationally symmetrical beam cone with a central beam axis (axis of symmetry). Beam diameter characterizes the transverse extent of the beam, or the physical size of the beam perpendicular to the direction of propagation. When focusing, the laser beam is bundled by a focusing lens or a focusing mirror. The focus of the laser beam is defined by that point at which the laser beam has its smallest cross-section or the smallest beam diameter. The focal length indicates the distance from the main plane of the lens (or main plane of the mirror) to the focal point of an ideal, focused parallel beam. The smaller the focal length, the more the laser beam is focused and the smaller the focus diameter, and vice versa.
Der Laserbearbeitungskopf dient auch zum Führen eines Prozessgasstrahls, der typischerweise, jedoch nicht zwingend, aus derselben Düse wie der Laserstrahl abgegeben wird und vorzugsweise koaxial zum Laserstrahl geführt ist. Der aus der Düse austretende Prozessgasstrahl ist typischerweise, jedoch nicht zwingend, in Form eines auf das Werkstück treffenden Gaskegels ausgebildet. The laser processing head is also used to guide a process gas jet, which is typically, but not necessarily, emitted from the same nozzle as the laser beam and is preferably guided coaxially with the laser beam. The process gas jet emerging from the nozzle is typically, but not necessarily, designed in the form of a gas cone impinging on the workpiece.
Das Werkstück, insbesondere ein plattenförmiges Werkstück, liegt mit einer Werkstückunterseite einer Werkstückauflage auf. An der Werkstückoberseite weist das Werkstück eine (oberseitige) Werkstückoberfläche auf. Bei einem plattenförmigen Werkstück ist die Werkstückoberfläche plan. Wenn nicht anders verwendet, wird hier und im Weiteren als "Werkstückoberfläche" die oberseitige Werkstückoberfläche verstanden, welche der Düse gegenüberliegt bzw. zugewandt ist. Die gegenüberliegende Werkstückoberfläche, an der das Werkstück üblicherweise einer Unterlage aufliegt, ist die Werkstückunterseite. The workpiece, in particular a plate-shaped workpiece, rests with a workpiece underside on a workpiece support. This shows on the top of the workpiece Workpiece on a (top) workpiece surface. In the case of a plate-shaped workpiece, the workpiece surface is flat. Unless otherwise used, the “workpiece surface” here and in the following is understood to mean the upper-side workpiece surface which is opposite or facing the nozzle. The opposite workpiece surface, on which the workpiece usually rests on a base, is the workpiece underside.
Der Laserbearbeitungskopf zur Führung des Laser- und Prozessgasstrahls kann relativ zum Werkstück in einer typischerweise horizontalen Ebene parallel zur Ebene der Werkstückoberfläche, sowie in einer hierzu senkrechten, typischerweise vertikalen Richtung bewegt werden. The laser processing head for guiding the laser and process gas beam can be moved relative to the workpiece in a typically horizontal plane parallel to the plane of the workpiece surface and in a typically vertical direction perpendicular thereto.
In der vorliegenden Erfindungsbeschreibung ist das Bezugssystem immer stationär zum Werkstück, so dass der Laserbearbeitungskopf als bewegt und das Werkstück als stationär angesehen werden. Lokal betrachtet ist es jedoch unerheblich, ob der Laserbearbeitungskopf oder das Werkstück oder beide bewegt werden. Insofern wäre es gleichermaßen möglich, dass alternativ zum bewegten Laserbearbeitungskopf auch das Werkstück bewegt wird oder sowohl der Laserbearbeitungskopf als auch das Werkstück bewegt werden. In the present description of the invention, the reference system is always stationary with respect to the workpiece, so that the laser processing head is considered to be moving and the workpiece is considered to be stationary. Viewed locally, however, it is irrelevant whether the laser processing head or the workpiece or both are moved. In this respect, it would be equally possible for the workpiece to be moved as an alternative to the moving laser processing head, or for both the laser processing head and the workpiece to be moved.
Die Energie des Laserstrahls hängt von der konkreten Auslegung einer Laserquelle ab und wird typischerweise in Joule (J) angegeben. Die Leistung des Laserstrahls (d.h. Energie pro Zeit), typischerweise in Joule pro Sekunde (J/s) bzw. in Watt (W) gemessen, beschreibt die optische Ausgangsleistung eines Dauerstrichlasers (CW) bzw. die mittlere Leistung eines Pulslasers. Pulslaser werden auch über ihre Pulsenergie charakterisiert, die direkt proportional zur mittleren Leistung und umgekehrt proportional zur Wiederholungsrate des Lasers ist. Als "Energiedichte" wird die auf die bestrahlte Fläche des Werkstücks bezogene Energie des Laserstrahls bezeichnet. Die Energiedichte bemisst sich beispielsweise in J/mm2. The energy of the laser beam depends on the specific design of a laser source and is typically specified in joules (J). The power of the laser beam (ie energy per time), typically measured in joules per second (J/s) or in watts (W), describes the optical output power of a continuous wave laser (CW) or the average power of a pulsed laser. Pulsed lasers are also characterized by their pulse energy, which is directly proportional to the average power and inversely proportional to the laser's repetition rate. "Energy density" refers to the energy of the laser beam related to the irradiated area of the workpiece. The energy density is measured in J/mm 2 , for example.
Wichtig für die Laserbearbeitung des Werkstücks ist, neben der Energiedichte, die Verfahrgeschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfs bzw. Laserstrahls, d.h. die Zeit, wie lange eine bestimmte Fläche des Werkstücks durch den Laserstrahl bestrahlt wird. Üblich ist es, hierfür den Begriff "Streckenenergie" zu verwenden. Dies ist die vom Werkstück absorbierte Leistung des Laserstrahls pro Geschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfs bzw. Laserstrahls, z.B. bemessen in Watt/(mm/s). Wird die Leistung des Laserstrahls Watt (W) als Joule pro Sekunde (J/s) angegeben, so bemisst sich die Streckenenergie demzufolge in J/mm. In addition to the energy density, the traversing speed of the laser processing head or laser beam is important for the laser processing of the workpiece, ie the time for how long a certain area of the workpiece is irradiated by the laser beam. It is customary to use the term "path energy" for this. This is the power of the laser beam absorbed by the workpiece per speed of the laser processing head or laser beam, measured, for example, in watts/(mm/s). Will the performance of the Laser beam watts (W) are specified as joules per second (J/s), so the distance energy is measured in J/mm.
Bei der Laserbearbeitung kommt es also wesentlich auf die Streckenenergie des Laserstrahls an, wobei die vom Werkstück absorbierte Energie von der Energiedichte abhängt. Die vom Werkstück absorbierte Energie hängt bei einer bestimmten Leistung des Laserstrahls, von der Größe des Strahlflecks auf dem Werkstück ab, entsprechend dem Strahldurchmesser an der Stelle, an der der Laserstrahl auf das Werkstück trifft. Der Strahldurchmesser des Laserstrahls auf dem Werkstück ergibt sich durch die Fokuslage, d.h. die Position des Fokus des Laserstrahls relativ zum Werkstück (senkrechter kürzester Abstand), insbesondere relativ zur Werkstückoberfläche, auf welche der Laserstrahl gerichtet ist, oder auch relativ zur Werkstückauflage. Wenn sich das Werkstück im divergenten Bereich des Strahlkegels befindet (Fokus oberhalb der Werkstückoberfläche, auf welche der Bearbeitungsstrahl trifft), kann durch eine Vergrößerung des Abstands zwischen Fokus und Werkstück der Strahldurchmesser auf dem Werkstück vergrößert werden, und umgekehrt. Somit kann durch eine Änderung des Strahldurchmessers auf dem Werkstück durch Ändern der Fokuslage die Energiedichte des Laserstrahls und somit die vom Werkstück absorbierte Energie, welche in die Streckenenergie eingeht, gezielt verändert werden. Je größer der Strahldurchmesser, desto kleiner ist die vom Werkstück absorbierte Energie, und umgekehrt. Bei einem Laser ist die Stahlintensität außerhalb des Fokus, bezogen auf den Querschnitt, nicht konstant. Idealerweise ist die Leistungsintensität ein Gauß-Profil. Auf jeden Fall ist die Energiedichte zum Rand hin relativ gering, insbesondere außerhalb des Fokus. In laser processing, the distance energy of the laser beam is essential, with the energy absorbed by the workpiece depending on the energy density. The energy absorbed by the workpiece at a given power of the laser beam depends on the size of the beam spot on the workpiece, corresponding to the beam diameter at the point where the laser beam hits the workpiece. The beam diameter of the laser beam on the workpiece results from the focus position, i.e. the position of the focus of the laser beam relative to the workpiece (vertical shortest distance), in particular relative to the workpiece surface on which the laser beam is directed, or also relative to the workpiece support. If the workpiece is in the divergent area of the beam cone (focus above the workpiece surface where the processing beam hits), increasing the distance between the focus and the workpiece can increase the beam diameter on the workpiece, and vice versa. Thus, by changing the beam diameter on the workpiece by changing the focus position, the energy density of the laser beam and thus the energy absorbed by the workpiece, which is included in the path energy, can be changed in a targeted manner. The larger the beam diameter, the smaller the energy absorbed by the workpiece, and vice versa. With a laser, the beam intensity is not constant outside the focus, based on the cross-section. Ideally, the power intensity is a Gaussian profile. In any case, the energy density is relatively low towards the edge, especially out of focus.
Die Streckenenergie hängt auch von der Geschwindigkeit des Laserstrahls, d.h. der Verfahrgeschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfs, auch als "Vorschubgeschwindigkeit" bezeichnet, ab. Je größer die Vorschubgeschwindigkeit, desto kürzer wird eine bestimmte Fläche des Werkstücks bestrahlt, und umgekehrt. Somit wird mit einer Vergrößerung der Vorschubgeschwindigkeit die Streckenenergie des Laserstrahls verringert, und umgekehrt. The energy per line also depends on the speed of the laser beam, i.e. the traversing speed of the laser processing head, also known as "feed speed". The greater the feed rate, the shorter a given area of the workpiece is irradiated, and vice versa. Thus, as the feed rate increases, the line energy of the laser beam decreases, and vice versa.
Es versteht sich, dass die Energiedichte und die damit auch die Streckenenergie durch eine Änderung der Leistung des Laserstrahls selbst verändert werden kann. It goes without saying that the energy density and thus also the distance energy can be changed by changing the power of the laser beam itself.
Dem Fachmann sind weitere Möglichkeiten bekannt, die in das Werkstück eingebrachte Energie zu ändern, insbesondere durch eine Änderung von Art und/oder Zusammensetzung des bei der Laserbearbeitung eingesetzten Prozessgases. The person skilled in the art is aware of further options for changing the energy introduced into the workpiece, in particular by changing the type and/or Composition of the process gas used in laser processing.
Erfindungsgemäß wird das Werkstück so bearbeitet, dass mit dem Laserstrahl an- bzw. eingesenkte Löcher, d.h. Löcher mit Senkungen, im Werkstück erzeugt werden. Die angesenkten Löcher gehören in aller Regel zu einem auszuschneidenden Werkstückteil, das gemeinsam mit vielen anderen Werkstückteilen aus einem Werkstück (z.B. Blechplatte) auszuschneiden ist, d.h. das Werkstückteil ist bei der Herstellung der angesenkten Löcher noch mit dem Restgitter verbunden. Denkbar ist jedoch auch, dass das Werkstück selbst ein bereits früher durch einen Laserstrahl (z.B. Laserstrahl) ausgeschnittenes Werkstückteil ist. According to the invention, the workpiece is processed in such a way that the laser beam is used to produce countersunk or countersunk holes, i.e. holes with countersinks, in the workpiece. The countersunk holes usually belong to a workpiece part to be cut out, which is to be cut out of a workpiece (e.g. sheet metal) together with many other workpiece parts, i.e. the workpiece part is still connected to the residual skeleton when the countersunk holes are produced. However, it is also conceivable that the workpiece itself is a workpiece part that has already been cut out by a laser beam (e.g. laser beam).
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks mit einem fokussierten Laserstrahl wird der Laserstrahl in einem das Werkstück "schneidenden Modus" oder in einem "nicht-schneidenden Modus" eingesetzt. Im schneidenden Modus ist die Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück so groß, dass der Laserstrahl das Werkstück schneidend (trennend) bearbeitet, so dass das Werkstück penetriert wird, z.B. um einen Schnittspalt zu erzeugen. Im nicht-schneidenden Modus ist die Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück so gering, dass der Laserstrahl das Werkstück nicht-schneidend (nicht-trennend) bearbeitet, so dass das Werkstück nicht penetriert wird, wodurch eine Senkung erzeugt werden kann. In the method according to the invention for laser beam machining of a workpiece with a focused laser beam, the laser beam is used in a "cutting mode" or in a "non-cutting mode" the workpiece. In the cutting mode, the distance energy of the laser beam on the workpiece is so great that the laser beam cuts (separates) the workpiece so that the workpiece is penetrated, e.g. to create a kerf. In the non-cutting mode, the line energy of the laser beam on the workpiece is so small that the laser beam non-cutting (non-cutting) the workpiece, so that the workpiece is not penetrated, which can generate a countersink.
Die Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück bzw. Streckenenergie des Laserstrahls kann geändert werden durch eine Änderung der Energie bzw. Leistung des Laserstrahls, eine Änderung der Vorschubgeschwindigkeit des Laserbearbeitungskopfs, ein Fokussieren/Defokussieren des Laserstrahls, und insbesondere durch eine Änderung des Strahldurchmessers auf der Werkstückoberfläche, insbesondere durch Ändern der Fokuslage relativ zum Werkstück. Um die in das Werkstück eingebrachte Energie zu ändern, können ergänzend die Art und/oder Zusammensetzung des bei Laserbearbeitung eingesetzten Prozessgases verändert werden. The distance energy of the laser beam on the workpiece or the distance energy of the laser beam can be changed by changing the energy or power of the laser beam, changing the feed speed of the laser processing head, focusing/defocusing the laser beam, and in particular by changing the beam diameter on the workpiece surface , in particular by changing the focus position relative to the workpiece. In order to change the energy introduced into the workpiece, the type and/or composition of the process gas used in laser processing can also be changed.
Vorzugsweise erfolgt eine Änderung der Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück durch Ändern der Fokuslage relativ zum Werkstück, was bevorzugt durch Ändern der Höhe des Laserbearbeitungskopfs über dem Werkstück bzw. der dem Laserbearbeitungskopf zugewandten Werkstückoberfläche bewirkt wird, d.h. der Laserbearbeitungskopf wird mit einer zur Werkstückoberfläche senkrechten Bewegungskomponente typischer Weise in vertikaler Richtung verfahren. In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden folgende Verfahrensschritte sukzessiv, jedoch nicht zwingend zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgend, ausgeführt: Preferably, the distance energy of the laser beam on the workpiece is changed by changing the focus position relative to the workpiece, which is preferably caused by changing the height of the laser processing head above the workpiece or the workpiece surface facing the laser processing head, i.e. the laser processing head is moved with a movement component perpendicular to the workpiece surface typically move in the vertical direction. In the method according to the invention, the following method steps are carried out successively, but not necessarily in immediate succession:
In einem ersten Schritt wird der Laserstrahl im schneidenden Modus entlang einer geschlossenen, vorzugsweise kreisförmig-geschlossenen Schnittlinie geführt, wodurch ein geschlossener, vorzugsweise kreisförmig-geschlossener Schnittspalt erzeugt wird. Hierbei wird ein Teil (Butzen) aus dem Werkstück ausgeschnitten. Durch Entfernen des Butzens vom Werkstück wird ein vorzugsweise im Querschnitt kreisrundes Loch (Durchbrechung) im Werkstück erzeugt. In aller Regel fällt der Butzen schon durch sein Eigengewicht nach unten weg, wodurch das Loch im Werkstück erzeugt wird. Der Querschnitt des Lochs bezieht sich auf die Ebene des planen Werkstücks oder der der Strahldüse zugewandten Werkstückoberfläche. Das Loch wird vorzugsweise innerhalb der Kontur eines aus dem Werkstück auszuschneidenden Werkstückteils erzeugt. Die Schnittlinie ist eine prozesstechnische Linie bzw. Bahn, entlang welcher der Laserstrahl geführt wird, wobei es sich versteht, dass die Schnittlinie am Werkstück nicht ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die Schnittlinie eine kreisförmige Linie (Kreisbahn). In a first step, the laser beam is guided in the cutting mode along a closed, preferably circular-closed cutting line, as a result of which a closed, preferably circular-closed cutting gap is produced. A part (slug) is cut out of the workpiece. By removing the slug from the workpiece, a hole (perforation) with a preferably circular cross-section is produced in the workpiece. As a rule, the slug falls down due to its own weight, creating a hole in the workpiece. The cross section of the hole refers to the plane of the flat work piece or the work piece surface facing the jet nozzle. The hole is preferably created within the contour of a workpiece part to be cut out of the workpiece. The cutting line is a process engineering line or path along which the laser beam is guided, it being understood that the cutting line is not formed on the workpiece. The cutting line is preferably a circular line (orbit).
Wird das Loch kreisrund ausgebildet, definieren dessen Symmetrie- bzw. Mittenachse eine radiale Richtung, wobei, ausgehend von der Mittenachse, "radial einwärts" zur Mittenachse und "radial auswärts" von der Mittenachse weg gerichtet ist. If the hole is circular, its axis of symmetry or central axis defines a radial direction, starting from the central axis, "radially inwards" being directed towards the central axis and "radially outwards" away from the central axis.
Anschließend wird in einem zweiten Schritt der Laserstrahl im nicht-schneidenden Modus entlang mindestens einer geschlossenen, vorzugsweise kreisförmigen oder spiralförmigen Linie (Bahn), im Weiteren als "Senkungserzeugungslinie" bezeichnet, ein- oder mehrmalig geführt. Hierzu wird vorzugsweise die Fokuslage des Laserstrahls vor dem erstmaligen Führen entlang der Senkungserzeugungslinie so geändert, dass der Laserstrahl einen größeren Strahldurchmesser auf dem Werkstück hat als beim Erzeugen des Lochs. Die mindestens eine Senkungserzeugungslinie ist so angeordnet, dass eine Senkung um das Loch erzeugt wird, welche stets in das Loch mündet. Mithin vertieft sich die Senkung zum Loch hin und geht unmittelbar in das Loch über. Wie die Schnittlinie ist die Senkungserzeugungslinie eine prozesstechnische Linie bzw. Bahn, entlang welcher der Laserstrahl geführt wird, wobei die Senkungserzeugungslinie am Werkstück nicht ausgebildet ist. Subsequently, in a second step, the laser beam is guided once or several times in the non-cutting mode along at least one closed, preferably circular or spiral line (path), referred to below as the “sink generation line”. For this purpose, the focus position of the laser beam is preferably changed before it is guided for the first time along the countersinking production line in such a way that the laser beam has a larger beam diameter on the workpiece than when the hole was produced. The at least one countersink generation line is arranged such that a countersink is generated around the hole, which countersink always flows into the hole. Consequently, the depression deepens towards the hole and merges directly into the hole. Like the cutting line, the countersink generation line is a process line or path along which the laser beam is guided, the countersink generation line not being formed on the workpiece.
Die mindestens eine Senkungserzeugungslinie umgibt die Schnittlinie und ist stets von dieser beabstandet. Vorzugsweise sind die Schnittlinie und die mindestens eine Senkungserzeugungslinie jeweils kreisförmige Linien (Kreisbahnen), wobei die mindestens eine Senkungserzeugungslinie konzentrisch und mit radialem Abstand zur Schnittlinie angeordnet ist. Die mindestens eine Senkungserzeugungslinie ist dann radial auswärts der Schnittlinie angeordnet, d.h. der Durchmesser der Senkungserzeugungslinie ist größer als der Durchmesser der Schnittlinie. The at least one counterbore generation line surrounds and is always spaced from the line of intersection. Preferably, the line of intersection and the at least one Lowering generation line each circular lines (orbits), wherein the at least one lowering generation line is arranged concentrically and at a radial distance from the cutting line. The at least one countersink generation line is then arranged radially outwards of the line of intersection, ie the diameter of the countersink generation line is larger than the diameter of the line of intersection.
Die mindestens eine Senkungserzeugungslinie erstreckt sich vorzugsweise entlang der Schnittkante des Lochs, welche das Loch an der der Strahldüse gegenüberliegenden Werkstückoberfläche umgrenzt. Die mindestens eine Senkungserzeugungslinie kann innerhalb und/oder außerhalb der geschlossenen Schnittkante des Lochs verlaufen. Die mindestens eine Senkungserzeugungslinie kann insbesondere einen identischen Verlauf zur Schnittkante des Lochs haben. Bei kreisförmigen Bahnen kann die mindestens eine Senkungserzeugungslinie radial auswärts oder radial einwärts der dann ebenfalls kreisrunden Schnittkante des Lochs angeordnet sein. Vorzugsweise ist die mindestens eine Senkungserzeugungslinie radial auswärts der kreisrunden Schnittkante des Lochs angeordnet. The at least one countersink generation line preferably extends along the cut edge of the hole, which delimits the hole on the workpiece surface opposite the jet nozzle. The at least one countersink generation line may run inside and/or outside the closed cut edge of the hole. The at least one countersink generation line can, in particular, run identically to the cutting edge of the hole. In the case of circular paths, the at least one countersink generation line can be arranged radially outwards or radially inwards of the cutting edge of the hole, which is then likewise circular. Preferably, the at least one countersink generating line is located radially outward of the circular cutting edge of the hole.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines platten- oder rohrförmigen Werkstücks werden angesenkte Löcher im Werkstück erzeugt. Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass angesenkte Löcher in besonders einfacher, zuverlässiger und effizienter Weise mit hoher Kantenqualität in einem metallischen Werkstück erzeugt werden können. In the method according to the invention for laser beam machining of a plate-shaped or tubular workpiece, countersunk holes are produced in the workpiece. According to the invention, it was recognized that countersunk holes can be produced in a metal workpiece in a particularly simple, reliable and efficient manner with high edge quality.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen von angesenkten Löchern ist vorzugsweise T eil eines Verfahrens, bei dem Werkstückteile aus dem Werkstück ausgeschnitten werden, wobei die angesenkten Löcher in den noch mit dem Restgitter verbundenen auszuschneidenden Werkstückteilen erzeugt werden. Die Werkstückteile werden nach Erzeugen der angesenkten Löcher vom Werkstück entfernt, wobei die Werkstückteile beim Erzeugen der angesenkten Löcher bereits teilweise ausgeschnitten sein können, stets aber noch mit dem übrigen Werkstück (Restgitter) fest verbunden sind, beispielsweise durch einen oder mehrere Stege mit geringer Abmessung (Micro- oder Nanojoints). The method according to the invention for producing countersunk holes is preferably part of a method in which workpiece parts are cut out of the workpiece, the countersunk holes being produced in the workpiece parts to be cut out which are still connected to the residual skeleton. After the countersunk holes have been created, the workpiece parts are removed from the workpiece. The workpiece parts can already be partially cut out when the countersunk holes are created, but are always firmly connected to the rest of the workpiece (residual grid), for example by one or more webs with small dimensions ( micro or nanojoints).
Das vorstehend beschriebene Verfahren dient zum Erzeugen angesenkter Löcher in einem Werkstück, wobei bei der Erzeugung eines einzelnen angesenkten Lochs in einem ersten Schritt das Loch im Werkstück erzeugt wird, und nach Erzeugung des Lochs, in einem zweiten Schritt, die Senkung um das Loch erzeugt wird. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Loch einen Durchmesser auf, der gleich groß wie oder kleiner als eine Werkstückdicke des Werkstücks ist. Wie die Erfinder zeigen konnten, können durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders kleine angesenkte Löcher erzeugt werden. Es besteht wie bei einem Schrägschnitt zur Erzeugung einer Senkung nicht die Gefahr, dass benachbarte Löcher bei der Ausbildung der Senkung beschädigt werden. The method described above is for creating countersunk holes in a workpiece, wherein when creating a single countersunk hole, the hole is created in the workpiece in a first step, and after the hole has been created, in a second step, the countersink is created around the hole . In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the hole has a diameter which is equal to or smaller than a workpiece thickness of the workpiece. As the inventors were able to show, particularly small countersunk holes can be produced by the method according to the invention. As with an oblique cut to create a countersink, there is no risk of neighboring holes being damaged when the countersink is formed.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Erzeugung angesenkter Löcher in drei Schritten, wobei die vorstehend beschriebenen beiden Schritte zur Erzeugung angesenkter Löcher enthalten sind. Hierbei wird - ein einzelnes angesenktes Loch betrachtet - in einem ersten Schritt das Loch im Werkstück erzeugt, in einem zweiten Schritt die Senkung um das Loch erzeugt und in einem zusätzlichen dritten Schritt das bereits erzeugte Loch aufgeweitet bzw. verbreitert. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the production of countersunk holes takes place in three steps, the two steps described above for producing countersunk holes being included. Considering a single countersunk hole, the hole is produced in the workpiece in a first step, the countersink around the hole is produced in a second step and the hole already produced is widened or widened in an additional third step.
Das Verfahren mit drei Schritten zur Erzeugung angesenkter Löcher wird im Weiteren näher erläutert, wobei für eine leichtere Bezugnahme das im ersten Schritt im Werkstück erzeugte Loch als "Vorloch" und das im dritten Schritt aufgeweitete bzw. verbreiterte Loch als "Endloch" bezeichnet werden. Entsprechend wird für die Schnittlinie zum Erzeugen des Vorlochs der Begriff "Vorloch-Schnittlinie" und für die Schnittlinie zum Erzeugen des Endlochs der Begriff "Endloch-Schnittlinie" verwendet. The three-step method of creating countersunk holes is further described below, for ease of reference the hole created in the workpiece in the first step is referred to as the "pre-hole" and the hole widened in the third step is referred to as the "final hole". Correspondingly, the term “pre-hole cutting line” is used for the cutting line for producing the pilot hole, and the term “end hole cutting line” is used for the cutting line for producing the final hole.
In einem ersten Schritt wird der Laserstrahl im schneidenden Modus entlang einer geschlossenen, vorzugsweise kreisförmig-geschlossenen Schnittlinie, wie bereits ausgeführt im Weiteren als "Vorloch-Schnittlinie" bezeichnet, geführt, wodurch ein geschlossener, vorzugsweise kreisförmig-geschlossener Schnittspalt erzeugt wird. Hierbei wird ein Teil (Butzen) aus dem Werkstück ausgeschnitten. Durch Entfernen des Butzens vom Werkstück wird ein vorzugsweise im Querschnitt kreisrundes Loch (Durchbrechung), wie bereits ausgeführt im Weiteren als "Vorloch" bezeichnet, im Werkstück erzeugt. In aller Regel fällt der Butzen schon durch sein Eigengewicht nach unten weg, wodurch das Vorloch im Werkstück erzeugt wird. Der Querschnitt des Vorlochs bezieht sich auf die Ebene des planen Werkstücks oder der der Strahldüse zugewandten Werkstückoberfläche. Das Vorloch wird vorzugsweise innerhalb der Kontur eines aus dem Werkstück auszuschneidenden Werkstückteils erzeugt. Die Vorloch-Schnittlinie ist eine prozesstechnische Linie bzw. Bahn, entlang welcher der Laserstrahl geführt wird, wobei es sich versteht, dass die Vorloch-Schnittlinie am Werkstück nicht ausgebildet ist. Wird das Vorloch kreisrund ausgebildet, definieren dessen Symmetrie- bzw. Mittenachse eine radiale Richtung, wobei, ausgehend von der Mittenachse, "radial einwärts" zur Mittenachse und "radial auswärts" von der Mittenachse weg gerichtet ist. In a first step, the laser beam is guided in the cutting mode along a closed, preferably circular-closed cutting line, as already stated hereinafter referred to as "pre-hole cutting line", whereby a closed, preferably circular-closed cutting gap is produced. A part (slug) is cut out of the workpiece. By removing the slug from the workpiece, a hole (perforation) with a preferably circular cross-section, referred to below as the “pre-hole”, as already explained, is produced in the workpiece. As a rule, the slug falls down due to its own weight, which creates the pilot hole in the workpiece. The cross-section of the pilot hole refers to the plane of the flat workpiece or the workpiece surface facing the jet nozzle. The pilot hole is preferably produced within the contour of a workpiece part to be cut out of the workpiece. The pre-hole cutting line is a process engineering line or path along which the laser beam is guided, it being understood that the pre-hole cutting line is not formed on the workpiece. If the pilot hole is circular, its axis of symmetry or central axis defines a radial direction, starting from the central axis, "radially inwards" being directed towards the central axis and "radially outwards" away from the central axis.
Anschließend wird in einem zweiten Schritt der Laserstrahl im nicht-schneidenden Modus entlang mindestens einer geschlossenen, vorzugsweise kreisförmigen oder spiralförmigen Linie (Bahn), wie bereits ausgeführt im Weiteren als "Senkungserzeugungslinie" bezeichnet, ein- oder mehrmalig geführt. Hierzu wird vorzugsweise die Fokuslage des Laserstrahls vor dem erstmaligen Führen entlang der Senkungserzeugungslinie so geändert, dass der Laserstrahl einen größeren Strahldurchmesser auf dem Werkstück hat als beim Erzeugen des Vorlochs. Die mindestens eine Senkungserzeugungslinie ist so angeordnet, dass eine Senkung um das Vorloch erzeugt wird, welche stets in das Vorloch mündet. Mithin vertieft sich die Senkung zum Vorloch hin und geht unmittelbar in das Vorloch über. Wie die Vorloch-Schnittlinie ist die Senkungserzeugungslinie eine prozesstechnische Linie bzw. Bahn, entlang welcher der Laserstrahl geführt wird, wobei die Senkungserzeugungslinie am Werkstück nicht ausgebildet ist. Then, in a second step, the laser beam is guided once or several times in the non-cutting mode along at least one closed, preferably circular or spiral line (path), as already stated, referred to below as the "sinking generation line". For this purpose, the focal position of the laser beam is preferably changed before it is first guided along the countersinking production line in such a way that the laser beam has a larger beam diameter on the workpiece than when the pilot hole was produced. The at least one countersink generation line is arranged in such a way that a countersink is generated around the pre-hole, which always ends in the pre-hole. Consequently, the countersinking deepens towards the forehole and goes directly into the forehole. Like the pre-punch cut line, the countersink generation line is a process line or path along which the laser beam is guided, and the countersink generation line is not formed on the workpiece.
Die mindestens eine Senkungserzeugungslinie umgibt die Vorloch-Schnittlinie und ist stets von dieser beabstandet. Vorzugsweise sind die Vorloch-Schnittlinie und die mindestens eine Senkungserzeugungslinie jeweils kreisförmige Linien (Kreisbahnen), wobei die mindestens eine Senkungserzeugungslinie konzentrisch und mit radialem Abstand zur Vorloch-Schnittlinie angeordnet ist. Die mindestens eine Senkungserzeugungslinie ist dann radial auswärts der Vorloch-Schnittlinie angeordnet, d.h. der Durchmesser der Senkungserzeugungslinie ist größer als der Durchmesser der Vorloch-Schnittlinie. The at least one counterbore generation line surrounds and is always spaced from the prehole cutting line. Preferably, the pre-hole cutting line and the at least one countersink generation line are each circular lines (orbits), the at least one countersink generation line being arranged concentrically and at a radial distance from the pre-hole cutting line. The at least one countersink generation line is then arranged radially outwards of the pre-hole intersection line, i.e. the diameter of the countersink generation line is larger than the diameter of the pre-hole intersection line.
Die mindestens eine Senkungserzeugungslinie erstreckt sich vorzugsweise entlang der Schnittkante des Vorlochs, welche das Vorloch an der der Strahldüse gegenüberliegenden Werkstückoberfläche umgrenzt. Die mindestens eine Senkungserzeugungslinie kann innerhalb und/oder außerhalb der geschlossenen Schnittkante des Vorlochs verlaufen. Die mindestens eine Senkungserzeugungslinie kann insbesondere einen identischen Verlauf zur Schnittkante des Vorlochs haben. Bei kreisförmigen Bahnen kann die mindestens eine Senkungserzeugungslinie radial auswärts oder radial einwärts der dann ebenfalls kreisrunden Schnittkante des Vorlochs angeordnet sein. Vorzugsweise ist die mindestens eine Senkungserzeugungslinie radial auswärts der kreisrunden Schnittkante des Vorlochs angeordnet. Anschließend wird in einem dritten Schritt der Laserstrahl im schneidenden Modus entlang einer geschlossenen, vorzugsweise kreisförmigen, Schnittlinie, wie bereits ausgeführt im Weiteren als "Endloch-Schnittlinie" bezeichnet, geführt, wodurch ein geschlossener, vorzugsweise kreisförmig-geschlossener Schnittspalt erzeugt wird. Hierdurch wird ein vorzugsweise im Querschnitt hohlzylindrisches Teil aus dem Werkstück ausgeschnitten. Vor Beginn des Führens des Laserstrahls entlang der Endloch-Schnittlinie wird vorzugsweise die Fokuslage des Laserstrahls so geändert, dass der Laserstrahl einen kleineren Strahldurchmesser auf dem Werkstück hat als beim Erzeugen der Senkung. Die Endloch-Schnittlinie ist eine prozesstechnische Linie bzw. Bahn, entlang welcher der Laserstrahl geführt wird, wobei die Endloch-Schnittlinie am Werkstück nicht ausgebildet ist. In aller Regel fällt das ausgeschnittene Teil durch das Eigengewicht nach unten weg. Durch Entfernen dieses Teils vom Werkstück wird das Vorloch innerhalb der Senkung verbreitert. Hierbei wird aus dem Vorloch ein verbreitertes Loch, wie bereits ausgeführt im Weiteren als "Endloch" bezeichnet, erzeugt. The at least one countersink generation line preferably extends along the cutting edge of the pilot hole, which delimits the pilot hole on the workpiece surface opposite the jet nozzle. The at least one countersink generation line can run inside and/or outside of the closed cutting edge of the pilot hole. The at least one countersink generation line can, in particular, run identically to the cutting edge of the pilot hole. In the case of circular paths, the at least one countersink generation line can be arranged radially outwards or radially inwards of the cutting edge of the pilot hole, which is then also circular. The at least one countersink generating line is preferably arranged radially outward of the circular cutting edge of the pilot hole. Then, in a third step, the laser beam is guided in the cutting mode along a closed, preferably circular, cutting line, referred to below as the "end hole cutting line", as already explained, whereby a closed, preferably circular-closed cutting gap is produced. As a result, a part that is preferably hollow-cylindrical in cross section is cut out of the workpiece. Before the laser beam begins to be guided along the end hole cutting line, the focus position of the laser beam is preferably changed in such a way that the laser beam has a smaller beam diameter on the workpiece than when the countersink was produced. The end hole cutting line is a process engineering line or path along which the laser beam is guided, the end hole cutting line not being formed on the workpiece. As a rule, the cut-out part falls away under its own weight. Removing this part from the workpiece widens the pilot hole inside the countersink. In this case, a widened hole, referred to below as the "final hole", as already explained, is produced from the preliminary hole.
Die Endloch-Schnittlinie ist so zur Vorloch-Schnittlinie angeordnet, dass das Vorloch verbreitert wird. Somit wird, bezogen auf eine senkrechte Sicht durch das plane Werkstück, das Vorloch innerhalb der Senkung verbreitert, so dass sich auch das Endloch innerhalb der Senkung bzw. innerhalb eines die Senkung an der der Strahldüse zugewandten Werkstückoberfläche (erste Werkstückoberfläche) begrenzenden Rands der Senkung befindet. Die Sicht senkrecht durch die erste Werkstückoberfläche entspricht einer Projektion von Vor- und Endloch sowie Senkung in die Ebene der ersten Werkstückoberfläche. Bei der Verbreiterung des Vorlochs wird eine in der Ebene des Werkstücks sich bemessende kürzeste Abmessung des Vorlochs vergrößert. The final hole cutting line is arranged in relation to the pre-hole cutting line in such a way that the pre-hole is widened. Thus, based on a vertical view through the flat workpiece, the pilot hole within the countersink is widened, so that the final hole is also within the countersink or within an edge of the countersink delimiting the countersink on the workpiece surface facing the jet nozzle (first workpiece surface). . The vertical view through the first workpiece surface corresponds to a projection of the pilot hole and end hole and countersinking in the plane of the first workpiece surface. When the pilot hole is widened, a shortest dimension of the pilot hole measured in the plane of the workpiece is increased.
Der dritte Verfahrensschritt betrifft somit das Führen des Laserstrahls im schneidenden Modus entlang einer geschlossenen Endloch-Schnittlinie, wobei die Endloch-Schnittlinie so zur Vorloch-Schnittlinie angeordnet ist, dass, in senkrechter Sicht durch das (plane) Werkstück, bzw. durch die Ebene der der Strahldüse zugewandten Werkstückoberfläche (erste Werkstückoberfläche), das Vorloch innerhalb der Senkung, bzw. innerhalb eines die Senkung an der der Strahldüse zugewandten Werkstückoberfläche (erste Werkstückoberfläche) begrenzenden Rands der Senkung, zur Erzeugung eines Endlochs verbreitert wird. In senkrechter Sicht durch das Werkstück befindet somit auch das durch Verbreitern des Vorlochs erzeugte Endloch innerhalb der Senkung bzw. innerhalb eines die Senkung an der der Strahldüse zugewandten Werkstückoberfläche (erste Werkstückoberfläche) begrenzenden Rands der Senkung. The third method step thus relates to guiding the laser beam in cutting mode along a closed end hole cutting line, with the end hole cutting line being arranged in relation to the pre-hole cutting line in such a way that, when viewed perpendicularly through the (flat) workpiece or through the plane of the the workpiece surface facing the jet nozzle (first workpiece surface), the pilot hole within the countersink, or within an edge of the countersink delimiting the countersink on the workpiece surface facing the jet nozzle (first workpiece surface), is widened to produce an end hole. In a vertical view through the workpiece, the end hole created by widening the pilot hole is therefore also located within the countersink or within a countersink on the workpiece surface facing the blasting nozzle (first workpiece surface) delimiting edge of the countersink.
Die Endloch-Schnittlinie umgibt die Vorloch-Schnittlinie, wobei die Endloch-Schnittlinie stets einen von Null verschiedenen Abstand von der Vorloch-Schnittlinie aufweist. Zudem ist die Endloch-Schnittlinie innerhalb eines geschlossenen, die Senkung an der der Strahldüse zugewandten Werkstückoberfläche umgrenzenden Rands angeordnet. The end-hole cutting line surrounds the pre-hole cutting line, with the end-hole cutting line always having a non-zero distance from the pre-hole cutting line. In addition, the end hole cutting line is arranged within a closed edge that delimits the countersink on the workpiece surface facing the jet nozzle.
Vorzugsweise sind die Vorloch-Schnittlinie und die Endloch-Schnittlinie jeweils kreisförmige Linien (Kreisbahnen), wobei die Endloch-Schnittlinie konzentrisch und mit radialem Abstand zur Vorloch-Schnittlinie so angeordnet ist, dass ein Durchmesser des Vorlochs vergrößert und hierbei das im Querschnitt kreisrunde Endloch innerhalb der Senkung erzeugt wird. Die Endloch-Schnittlinie ist somit radial auswärts der Vorloch-Schnittlinie angeordnet, d.h. der Durchmesser der Endloch-Schnittlinie ist größer als der Durchmesser der Vorloch-Schnittlinie, so dass der Durchmesser des Endlochs größer ist als der Durchmesser des Vorlochs. Zudem ist die Endloch-Schnittlinie radial einwärts eines die Senkung an der der Strahldüse zugewandten Werkstückoberfläche umgrenzenden, vorzugsweise kreisförmigen, Rands angeordnet. Preferably, the pre-hole intersection line and the final hole intersection line are each circular lines (orbits), the end hole intersection line being arranged concentrically and at a radial distance from the pre-hole intersection line in such a way that a diameter of the pre-hole is increased and the end hole, which is circular in cross section, is inside of the subsidence is generated. The final hole cut line is thus located radially outward of the pre-hole cut line, i.e. the diameter of the final hole cut line is larger than the diameter of the pre-hole cut line, so that the diameter of the final hole is larger than the diameter of the pre-hole. In addition, the end hole cutting line is arranged radially inwards of a preferably circular edge delimiting the countersink on the workpiece surface facing the jet nozzle.
Im dritten Verfahrensschritt wird das angesenkte Loch auf ein vorbestimmtes (gewünschtes) Endmaß, insbesondere Durchmesser, gebracht. In the third method step, the countersunk hole is brought to a predetermined (desired) final dimension, in particular diameter.
Die Endloch-Schnittlinie ist so ausgestaltet, dass bei der Erzeugung des Endlochs ein Teil der Senkung entfernt wird, wobei die Senkung hierbei aber nicht vollständig entfernt wird. Vielmehr verbleibt beim Erzeugen des Endlochs ein Teil der Senkung. Demzufolge ist das Endloch in senkrechter Sicht durch das plane Werkstück bzw. die Ebene der ersten Werkstückoberfläche innerhalb der Senkung angeordnet. Bei einer kreisrunden Senkung und einem kreisrunden Endloch ist der Durchmesser der Senkung stets größer als der Durchmesser des Endlochs. The end hole cut line is designed such that when the end hole is created, some of the countersink is removed, but the countersink is not completely removed at the same time. Rather, part of the countersink remains when the end hole is created. Accordingly, the end hole is located within the countersink when viewed perpendicularly through the planar workpiece or the plane of the first workpiece surface. With a circular countersink and a circular end hole, the diameter of the countersink is always larger than the diameter of the end hole.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Endloch einen Durchmesser auf, der gleich groß wie oder kleiner als eine Werkstückdicke des Werkstücks ist. Wie bereits ausgeführt, können durch das erfindungsgemäße Verfahren besonders kleine angesenkte Löcher erzeugt werden. In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the end hole has a diameter which is equal to or smaller than a workpiece thickness of the workpiece. As already explained, particularly small countersunk holes can be produced by the method according to the invention.
Die bei der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erzeugung angesenkter Löcher mit drei Schritten verwendeten Bezeichnungen "Vorloch" und "Endloch" dienen lediglich zur Unterscheidung verschiedener Phasen des Verfahrens zur Herstellung eines angesenkten Lochs, wobei sich das Endloch aus einer Verbreiterung des Vorlochs ergibt. Mit der Erzeugung des Endlochs innerhalb der Senkung wird das angesenkte Loch hergestellt. The terminology used in the three-step embodiment of the inventive method for producing countersunk holes described above "Pre-hole" and "final hole" are used only to distinguish different phases of the process of making a countersunk hole, where the final hole results from an enlargement of the pre-hole. With the creation of the final hole within the countersink, the countersunk hole is made.
Die Erfinder haben erkannt, dass angesenkte Löcher in besonders einfacher, zuverlässiger und effizienter Weise mit hoher Kantenqualität in einem metallischen Werkstück erzeugt werden können, wenn zunächst ein Vorloch erzeugt wird, so dass die bei der Erzeugung der Senkung gebildete Schmelze (Schlacke) mittels des Arbeitsgasstrahls durch das Vorloch nach unten aus dem Werkstück ausgetrieben werden kann. Hierdurch kann in vorteilhafter Weise vermieden werden, dass sich Grat an der der Strahldüse zugewandten Werkstückoberfläche bildet. Dieser beeinträchtigt nicht nur die spätere Verwendung der Senkung und kann eine aufwändige Nachbearbeitung der Senkung erfordern, sondern kann im schlimmsten Fall auch zu einer Kollision mit der Strahldüse führen. Zudem kann in vorteilhafter Weise an den Wänden des Vorlochs und an dessen Schnittkante an der der Strahldüse abgewandten Werkstückoberfläche anhaftende Schlacke bei der Verbreiterung der Vorlochs mit entfernt werden, so dass das Endloch mit Senkung (d.h. abgesenkte Loch) gratfrei erzeugt werden kann. The inventors have recognized that countersunk holes can be produced in a metallic workpiece in a particularly simple, reliable and efficient manner with high edge quality if a pilot hole is first produced so that the melt (slag) formed when the countersink is produced can be removed by means of the working gas jet can be expelled downwards from the workpiece through the pilot hole. In this way, it is advantageously possible to prevent burrs from forming on the workpiece surface facing the jet nozzle. This not only impairs the later use of the countersink and can require complex post-processing of the countersink, but in the worst case can also lead to a collision with the blasting nozzle. In addition, slag adhering to the walls of the pilot hole and to its cutting edge on the workpiece surface facing away from the blasting nozzle can advantageously be removed when the pilot hole is widened, so that the final hole with a countersink (i.e. countersunk hole) can be produced without burrs.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Erzeugen von angesenkten Löchern ist vorzugsweise T eil eines Verfahrens, bei dem Werkstückteile aus dem Werkstück ausgeschnitten werden, wobei die angesenkten Löcher in den noch mit dem Restgitter verbundenen auszuschneidenden Werkstückteilen erzeugt werden. Die Werkstückteile werden nach Erzeugen der angesenkten Löcher vom Werkstück entfernt, wobei die Werkstückteile beim Erzeugen der angesenkten Löcher bereits teilweise ausgeschnitten sein können, stets aber noch mit dem übrigen Werkstück (Restgitter) fest verbunden sind, beispielsweise durch einen oder mehrere Stege mit geringer Abmessung (Micro- oder Nanojoints). The method according to the invention for producing countersunk holes is preferably part of a method in which workpiece parts are cut out of the workpiece, the countersunk holes being produced in the workpiece parts to be cut out which are still connected to the residual skeleton. After the countersunk holes have been created, the workpiece parts are removed from the workpiece. The workpiece parts can already be partially cut out when the countersunk holes are created, but are always firmly connected to the rest of the workpiece (residual grid), for example by one or more webs with small dimensions ( micro or nanojoints).
Wie hier und im Weiteren verwendet, bezeichnet der Begriff "Senkung" eine Vertiefung des Werkstücks an der ersten Werkstückoberfläche. Die Senkung durchbricht das Werkstück nicht. Im Unterschied hierzu bezeichnen die Begriffe "Spalt", "Loch", "Vorloch" und "Endloch" jeweils Öffnungen bzw. Durchbrechungen des Werkstücks. As used herein and hereinafter, the term "countersink" refers to a depression in the workpiece at the first workpiece surface. The countersink does not break through the workpiece. In contrast to this, the terms "gap", "hole", "pre-hole" and "end hole" each refer to openings or openings in the workpiece.
Bei der Erzeugung eines Lochs, insbesondere Vorlochs oder Endlochs, und einer Senkung wird die Strahlachse des Laserstrahls mit zwei zueinander senkrechten, zur Ebene des Werkstücks bzw. der ersten Werkstückoberfläche parallelen Bewegungs- Komponenten entlang von Kreisbahnen bewegt. When creating a hole, in particular a pilot hole or end hole, and a countersink, the beam axis of the laser beam is moved with two mutually perpendicular movement axes parallel to the plane of the workpiece or the first workpiece surface. Components moved along circular paths.
Der Laserstrahl zum Erzeugen einer Senkung und der Laserstrahl zum Erzeugen eines Lochs, insbesondere Vor- oder Endlochs, weisen vorzugsweise voneinander verschiedene Fokuslagen auf. Konkret wird die Fokuslage des Laserstrahls hierbei so geändert, dass der Strahldurchmesser auf dem Werkstück beim Erzeugen eines Lochs, insbesondere Vor- oder Endlochs, kleiner ist als beim Erzeugen einer Senkung. Durch eine solche Änderung des Strahldurchmessers auf dem Werkstück aufgrund einer Änderung der Fokuslage kann erreicht werden, dass die Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück und somit die in das Werkstück eingebrachte Energie beim Erzeugen einer Senkung kleiner ist als beim Erzeugen eines Lochs, insbesondere Vor- oder Endlochs. Die Fokuslage wird vorzugsweise durch Verfahren des Strahlkopfes senkrecht zur Werkstückunterlage bzw. senkrecht zur ersten Werkstückoberfläche in gewünschter Weise eingestellt und so verändert, dass eine geeignete Streckenenergie am Werkstück zum Erzeugen einer Senkung oder eines Lochs, insbesondere Vor- bzw. Endlochs vorliegt. Typischer Weise wird der Strahlkopf in vertikaler Richtung verfahren. Befindet sich das Werkstück im divergenten Bereich des Laserstrahls (Fokus ist oberhalb des Werkstücks) kann durch Verfahren des Strahlkopfs hin zum Werkstück (Abstand zwischen Strahlkopf und Werkstück wird verringert) der Strahldurchmesser auf dem Werkstück verringert werden. Umgekehrt kann durch Verfahren des Strahlkopfs weg vom Werkstück (Abstand zwischen Strahlkopf und Werkstück wird vergrößert) der Strahldurchmesser auf dem Werkstück vergrößert werden. Beim Erzeugen eines Lochs, insbesondere Vor- oder Endlochs, befindet sich der Fokus typischer Weise nah am oder innerhalb des Werkstücks. Zusätzlich oder alternativ zum Verfahren des Strahlkopfes kann die Fokuslage des Laserstrahls optisch geändert werden. The laser beam for producing a countersink and the laser beam for producing a hole, in particular a preliminary or final hole, preferably have different focus positions. In concrete terms, the focus position of the laser beam is changed here in such a way that the beam diameter on the workpiece when creating a hole, in particular a preliminary or final hole, is smaller than when creating a countersink. Such a change in the beam diameter on the workpiece due to a change in the focus position can ensure that the energy per line of the laser beam on the workpiece and thus the energy introduced into the workpiece when creating a countersink is smaller than when creating a hole, in particular a pre- or end hole. The focus position is preferably set in the desired manner by moving the beam head perpendicular to the workpiece support or perpendicular to the first workpiece surface and changed in such a way that there is a suitable energy per unit area on the workpiece to produce a countersink or a hole, in particular a preliminary or final hole. The beam head is typically moved in the vertical direction. If the workpiece is in the divergent area of the laser beam (focus is above the workpiece), the beam diameter on the workpiece can be reduced by moving the blasting head towards the workpiece (the distance between the blasting head and the workpiece is reduced). Conversely, by moving the blasting head away from the workpiece (the distance between the blasting head and the workpiece is increased), the blasting diameter on the workpiece can be increased. When creating a hole, in particular a preliminary or final hole, the focus is typically close to or within the workpiece. In addition or as an alternative to moving the beam head, the focus position of the laser beam can be changed optically.
Vorzugsweise beträgt die Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück zum Erzeugen einer Senkung weniger als 50%, weniger als 40%, weniger als 30%, weniger als 20%, weniger als 10% oder sogar weniger als 1% der Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück zum Erzeugen eines Lochs, insbesondere Vor- oder Endlochs. Dieser Unterschied in der Streckenenergie spiegelt sich vorzugsweise in einer Änderung des Strahldurchmessers auf dem Werkstück wider. Vorzugsweise beträgt der Strahldurchmesser auf dem Werkstück zum Erzeugen eines Lochs, insbesondere Vor- oder Endlochs weniger als 50%, weniger als 40%, weniger als 30%, weniger als 20%, weniger als 10% oder sogar weniger als 1 % des Strahldurchmessers zum Erzeugen einer Senkung. In derzeit gängigen Laserschneidvorrichtungen beträgt der Strahldurchmesser auf dem Werkstück bei der trennenden Bearbeitung typischer Weise 1/10 bis 5/10 mm. Zum Erzeugen einer Senkung durch einen Laserstrahl beträgt der Strahldurchmesser auf dem Werkstück vorzugsweise mindestens 1 ,5 mm und liegt beispielsweise im Bereich von 3 bis 25 mm. Preferably, the energy per radius of the laser beam on the workpiece to produce a countersink is less than 50%, less than 40%, less than 30%, less than 20%, less than 10% or even less than 1% of the energy per radius of the laser beam on the workpiece for creating a hole, in particular a preliminary or final hole. This difference in energy per unit area is preferably reflected in a change in beam diameter on the workpiece. Preferably, the beam diameter on the workpiece for creating a hole, in particular a preliminary or final hole, is less than 50%, less than 40%, less than 30%, less than 20%, less than 10% or even less than 1% of the beam diameter for creating a countersink. In currently common laser cutting devices, the beam diameter is up to typically 1/10 to 5/10 mm on the workpiece during cutting. In order to produce a countersink using a laser beam, the beam diameter on the workpiece is preferably at least 1.5 mm and is, for example, in the range from 3 to 25 mm.
Eine Senkung wird an der der Strahldüse zugewandten Werkstückoberfläche von einem Senkungsrand begrenzt. Der Senkungsrand ist der Bereich des Werkstücks, in dem sich die Senkung zu vertiefen beginnt. Das in senkrechter Sicht durch das plane Werkstück innerhalb der Senkung befindliche Loch, insbesondere Vor- oder später Endloch, weist stets einen von Null verschiedenen Abstand zum Senkungsrand auf. Die Senkung vertieft sich zum Loch, insbesondere sowohl zum Vorloch als auch zum später erzeugten Endloch, hin. Das Loch, insbesondere sowohl das Vorloch als auch das später erzeugte Endloch, hat somit eine tiefste Position innerhalb der Senkung und ist gleichsam am Grund der Senkung angeordnet, wobei es vorzugsweise auch eine zentrierte Position innerhalb der Senkung einnehmen kann. A countersink is delimited by a countersink edge on the workpiece surface facing the jet nozzle. The countersink edge is the area of the workpiece where the countersink begins to deepen. The hole located in the vertical view through the flat workpiece within the countersink, in particular the pre-hole or later the end hole, always has a non-zero distance from the edge of the countersink. The sinking deepens towards the hole, in particular both towards the pre-hole and towards the end hole produced later. The hole, in particular both the preliminary hole and the final hole produced later, thus has a deepest position within the countersink and is arranged at the bottom of the countersink, so to speak, whereby it can preferably also assume a centered position within the countersink.
Vorzugsweise beträgt in senkrechter Sicht durch das Werkstück (d.h. in Projektion auf die erste Werkstückoberfläche) ein kürzester Abstand zwischen dem Loch, insbesondere Endloch, und dem die Senkung begrenzenden Senkungsrand an der der Strahldüse zugewandten Werkstückstückoberfläche stets mindestens 0,5 mm, insbesondere mindestens 1 mm, und liegt beispielsweise im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm. In a vertical view through the workpiece (i.e. in projection onto the first workpiece surface), the shortest distance between the hole, in particular the end hole, and the edge of the countersink delimiting the countersink on the surface of the workpiece facing the jet nozzle is preferably always at least 0.5 mm, in particular at least 1 mm , and is, for example, in the range from 0.5 mm to 10 mm.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden eine Senkung und/oder ein Loch, insbesondere Vorloch, vorzugsweise durch einen Laserstrahl im Dauerstrich erzeugt. Dies heißt, dass der Laserstrahl während der Erzeugung von Senkung und/oder Loch, insbesondere Vorloch, nicht ausgeschaltet wird. Im Unterschied hierzu wird die Verbreiterung des Vorlochs, insbesondere eine Vergrößerung des Durchmessers eines runden Vorlochs, vorzugsweise mit einem gepulst betriebenen Laserstrahl durchgeführt. Dies hat den Vorteil, dass das Material des Werkstücks beim Verbreitern des Vorlochs nicht so stark erhitzt wird, so dass die hierbei erzeugte Schmelze an einer scharfen bzw. gut definierten Kante des Vorlochs gut abfließen kann. In the method according to the invention, a countersink and/or a hole, in particular a pre-hole, is preferably produced by a continuous-wave laser beam. This means that the laser beam is not switched off while the countersink and/or hole, in particular the pre-hole, is being produced. In contrast to this, the widening of the pilot hole, in particular an increase in the diameter of a round pilot hole, is preferably carried out with a pulsed laser beam. This has the advantage that the material of the workpiece is not heated so much when the pilot hole is widened, so that the melt produced in this way can flow off easily at a sharp or well-defined edge of the pilot hole.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird während der Erzeugung der Senkung eine Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück verändert. Durch diese Maßnahme können Tiefe und/oder Form der Senkung gezielt eingestellt werden. Typischer Weise ist die Strahlachse des Laserstrahls während der Erzeugung von Senkung oder Loch, insbesondere Vor- oder Endloch, stets senkrecht zur ebenen Werkstückauflage bzw. senkrecht zur Ebene der bestrahlten ersten Werkstückoberfläche gerichtet, d.h. der Winkel zwischen Strahlachse und Werkstückauflage beträgt 90°. Dies bringt steuerungstechnische Vorteile mit sich. Zudem können Kosten für die technische Umsetzung einer entsprechenden Verschwenkbarkeit des Laserstrahls relativ zur Ebene der Werkstückauflage eingespart werden. Denkbar ist jedoch auch, dass die Strahlachse beim Bestrahlen des Werkstücks verändert wird, wobei die Strahlachse zumindest zeitweilig einen von 90° verschiedenen Winkel zur Werkstückauflage bzw. zur Ebene der bestrahlten ersten Werkstückoberfläche einnimmt. Die Ausrichtung des Laserstrahls kann durch eine Verschwenkbarkeit des Strahlkopfs (mechanisch) und/oder eine Verschwenkbarkeit des Laserstrahls (optisch) erreicht werden. Beispielsweise kann durch ein Verschwenken des Laserstrahls während der Erzeugung der Senkung ein größerer Bereich des Werkstücks überstrichen werden, was vorteilhaft sein kann. According to an advantageous embodiment of the method according to the invention, a path energy of the laser beam on the workpiece is changed during the production of the countersink. This measure allows the depth and/or shape of the depression to be adjusted in a targeted manner. Typically, the beam axis of the laser beam is always directed perpendicular to the flat workpiece support or perpendicular to the plane of the irradiated first workpiece surface during the production of a countersink or hole, in particular a preliminary or final hole, ie the angle between the beam axis and the workpiece support is 90°. This entails technical control advantages. In addition, costs for the technical implementation of a corresponding pivotability of the laser beam relative to the plane of the workpiece support can be saved. However, it is also conceivable for the beam axis to be changed when the workpiece is irradiated, with the beam axis at least temporarily assuming an angle other than 90° to the workpiece support or to the plane of the irradiated first workpiece surface. The laser beam can be aligned by pivoting the beam head (mechanically) and/or by pivoting the laser beam (optically). For example, a larger area of the workpiece can be covered by pivoting the laser beam while the countersinking is being produced, which can be advantageous.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Strahldüse zeitlich nach dem Erzeugen der Senkung und vor dem Verbreitern des Vorlochs zum Erzeugen des Endlochs mit zumindest einer zum Werkstück hin gerichteten Bewegungskomponente so verfahren, dass sich während der Verbreiterung des Vorlochs eine Düsenspitze der Strahldüse, aus welcher der Laserstrahl austritt, innerhalb der Senkung befindet und somit auch unterhalb der durch die der Strahldüse zugewandten Werkstückoberfläche definierten Ebene. Diese nahe Platzierung der Strahldüse am Vorloch bzw. an dem nach Erzeugen der Senkung verbliebenen Teil hiervon hat den besonderen Vorteil, dass das Endloch mit sehr genauer Geometrie herstellt werden kann und die beim Erzeugen des Endlochs auftretende Schmelze besonders wirksam durch das Vorloch aus dem Werkstück getrieben werden kann. According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, after the creation of the countersink and before the widening of the pilot hole to produce the end hole, the blasting nozzle is moved with at least one movement component directed towards the workpiece in such a way that during the widening of the pilot hole a nozzle tip of the blasting nozzle, from which the laser beam exits, is located within the depression and thus also below the plane defined by the workpiece surface facing the jet nozzle. This close placement of the jet nozzle to the pilot hole or to the part of it that remains after the countersink has been created has the particular advantage that the end hole can be produced with a very precise geometry and the melt that occurs when the end hole is created is driven particularly effectively through the pilot hole out of the workpiece can be.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das Vorloch (und auch die Senkung) zeitlich vor der Verbreiterung des Vorlochs durch Kontakt mit einem fluiden Kühlmedium aktiv gekühlt. Vorzugsweise wird zu diesem Zweck der Arbeitsgasstrahl aus komprimiertem Arbeitsgas, welcher im schneidenden und nicht-schneidenden Modus mit dem Laserstrahl zusammenwirkt, ohne eingeschalteten Laserstrahl, auf das Werkstück gerichtet. Auch durch diese Maßnahme kann erreicht werden, dass das metallische Material der Vorlochkante an der von Strahldüse abgewandten Werkstückoberfläche fester ist, so dass die Vorlochkante scharf definiert ist, was das Abließen der Schmelze beim Erzeugen des Endlochs verbessert. In dieser Hinsicht ist es besonders vorteilhaft, wenn die aktive Kühlung des Vorlochs mit der Erzeugung des Endlochs mittels eines gepulst betriebenen Laserstrahls kombiniert wird, da beide Maßnahmen denselben vorteilhaften Effekt mit sich bringen. Dies gilt erst recht, wenn die Strahldüse während der Erzeugung des Endlochs in die Senkung eintaucht, was eine noch weitere Verbesserung mit sich bringt. According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the pilot hole (and also the countersink) are actively cooled by contact with a fluid cooling medium before the widening of the pilot hole. For this purpose, the working gas jet made of compressed working gas, which interacts with the laser beam in the cutting and non-cutting mode, is preferably directed onto the workpiece without the laser beam being switched on. This measure can also be used to ensure that the metallic material of the pre-hole edge is firmer on the workpiece surface facing away from the jet nozzle, so that the pre-hole edge is sharply defined is, which improves the drainage of the melt when creating the end hole. In this regard, it is particularly advantageous if the active cooling of the preliminary hole is combined with the production of the final hole by means of a pulsed laser beam, since both measures have the same advantageous effect. This applies all the more if the blasting nozzle dips into the countersink during the production of the end hole, which entails an even further improvement.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird mindestens eine Senkungserzeugungslinie ein- oder mehrfach von der Strahldüse überfahren, wobei der Laserstrahl entlang der Senkungserzeugungslinie geführt ist. Hierbei kann eine einzige Senkungserzeugungslinie vorgesehen sein. Vorteilhaft wird der Laserstrahl zum Erzeugen der Senkung mehrmals entlang der einzigen Senkungserzeugungslinie geführt. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung sind zum Erzeugen der Senkung mehrere vorzugsweise konzentrische Senkungserzeugungslinien mit einem von Null verschiedenen Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Senkungserzeugungslinien vorgesehen. Vorteilhaft wird der Laserstrahl zum Erzeugen der Senkung mehrmals entlang einer jeden der mehreren Senkungserzeugungslinien geführt. Dies kann insbesondere bei der Herstellung von Senkungen mit großem Durchmesser vorteilhaft sein. In the method according to the invention, the blasting nozzle runs over at least one line of depression generation one or more times, with the laser beam being guided along the line of depression generation. Here, a single countersink generation line can be provided. Advantageously, the laser beam is guided several times along the single line for producing the countersink to produce the countersink. According to an advantageous embodiment, a plurality of preferably concentric countersink generation lines with a non-zero distance between two directly adjacent countersink generation lines are provided for generating the countersink. Advantageously, the laser beam is guided several times along each of the several lines for producing the countersink in order to produce the countersink. This can be particularly beneficial when making large diameter countersinks.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zeitlich vor dem Führen des Laserstrahls entlang der Schnittlinie, insbesondere Vor- loch-Schnittlinie, ein zum Erzeugen des Lochs, insbesondere Vorlochs, auszuschneidender Butzen durch den Laserstrahl im schneidenden Modus zerteilt. Durch diese Maßnahme kann sichergestellt werden, dass der ausgeschnittene Butzen bzw. dessen Teile stets durch ihr Eigengewicht nach unten fallen und das Vorloch zuverlässig frei ist, so dass die später bei der Erzeugung der Senkung auftretende Schmelze aus dem Werkstück getrieben werden kann. According to a further advantageous embodiment of the method according to the invention, before the laser beam is guided along the cutting line, in particular the pre-hole cutting line, a slug to be cut out to produce the hole, in particular the pre-hole, is divided by the laser beam in the cutting mode. This measure ensures that the cut-out slug or its parts always fall down under their own weight and the pilot hole is reliably free, so that the melt that occurs later when the depression is created can be driven out of the workpiece.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann es vorteilhaft sein, wenn ein rundes Vorloch erzeugt wird, das einen Durchmesser aufweist, der um 0,5 bis 2 mm, vorzugsweise ca. In the method according to the invention it can be advantageous if a round pilot hole is produced which has a diameter which is 0.5 to 2 mm, preferably approx.
1 mm, kleiner ist als ein Durchmesser des Endlochs. Durch diese Maßnahme kann sichergestellt werden, dass bei der Erzeugung der Senkung erzeugter Grat im Bereich des Vorlochs bei der Erzeugung des Endlochs zuverlässig und sicher entfernt wird. 1 mm smaller than a diameter of the end hole. This measure can ensure that any burr produced in the area of the pre-hole during the production of the countersink is reliably and safely removed when the end hole is produced.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn eine kreisförmige ausgestaltete Senkungserzeugungslinie in der Ebene der der Strahldüse zugewandten Werkstückoberfläche einen radialen Versatz (radial auswärts) von der Schnittkante des rund ausgebildeten Vorlochs aufweist, der mindestens 0,5 mm, vorzugsweise mindestens 1 mm, und insbesondere ca. 2 mm, beträgt. Vorteilhaft wird die Senkungserzeugungslinie zum Erzeugen der Senkung von der Strahldüse bzw. dem Laserstrahl mehrfach überfahren (vorzugsweise 2 bis 25 Überfahrten). Furthermore, it can be advantageous if a circular designed countersink generation line in the plane of the workpiece surface facing the jet nozzle radial offset (radially outwards) from the cutting edge of the round pre-hole, which is at least 0.5 mm, preferably at least 1 mm, and in particular approx. 2 mm. Advantageously, the jet nozzle or the laser beam passes over the lowering generation line several times (preferably 2 to 25 passes) to generate the lowering.
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn eine Mehrzahl kreisförmiger konzentrischer Senkungserzeugungslinien vorgesehen ist, deren Durchmesser nach radial außen jeweils um 0,5 bis 2 mm zunimmt. Vorteilhaft weist die radial innerste Senkungserzeugungslinie in der Ebene der der Strahldüse zugewandten Werkstückoberfläche einen radialen Versatz (radial auswärts) von der Schnittkante des Vorlochs auf, der von 0,25 bis 1 mm beträgt, wobei ein radialer Versatz unmittelbar benachbarter Senkungserzeugungslinien gleichermaßen von 0,25 bis 1 mm beträgt. Vorteilhaft werden die Senkungserzeugungslinien zum Erzeugen der Senkung jeweils mehrfach überfahren (vorzugsweise 2 bis 25 Überfahrten). Furthermore, it can be advantageous if a plurality of circular, concentric reduction generation lines are provided, the diameter of which increases by 0.5 to 2 mm in each case radially outward. Advantageously, the radially innermost countersink generation line in the plane of the workpiece surface facing the blasting nozzle has a radial offset (radially outward) from the cutting edge of the pilot hole, which is from 0.25 to 1 mm, with a radial offset of immediately adjacent countersink generation lines likewise of 0.25 is up to 1 mm. Advantageously, the lowering generation lines are each passed several times to generate the lowering (preferably 2 to 25 passes).
Weiterhin kann es vorteilhaft sein, wenn eine spiralförmige Senkungserzeugungslinie vorgesehen ist, die bei erfolgtem vollständigem Umlauf eine Vergrößerung des Durchmessers von 0,25 bis 1 mm aufweist. Vorteilhaft wird nach Erreichen des Zieldurchmessers diese Bahn mehrfach überfahren (vorzugsweise 2 bis 25 Überfahrten). Insbesondere zur Erzeugung vergleichsweise großer Senklöcher, z.B. für Senkschrauben ab der Größe M8 (vgl. z.B. DIN-EN-ISO 10642) kann es vorteilhaft sein, den Laserstrahl im zweiten Verfahrensschritt im nicht-schneidenden Modus entlang einer spiralförmigen Senkungserzeugungslinie zu führen. Dabei kann die spiralförmige Senkungserzeugungslinie vom Laserstrahl zunächst von innen nach außen abgefahren werden, und anschließend, vorzugsweise mit halber Laserleistung, nochmals von außen nach innen. Durch das abschließende Abfahren der spiralförmigen Senkungserzeugungslinie von außen nach innen bei halbierter Laserleistung, kann die Oberflächenqualität der Senkung verbessert, insbesondere die Rauheit an der Oberfläche der Senkung reduziert werden. Furthermore, it can be advantageous if a spiral-shaped countersinking line is provided, which has an increase in diameter of 0.25 to 1 mm when it has completed a complete revolution. Advantageously, after reaching the target diameter, this path is traversed several times (preferably 2 to 25 passages). In particular for the production of comparatively large countersunk holes, e.g. for countersunk screws from size M8 (cf. e.g. DIN-EN-ISO 10642), it can be advantageous to guide the laser beam in non-cutting mode along a spiral countersink generation line in the second process step. In this case, the laser beam can first traverse the spiral-shaped lowering generation line from the inside to the outside, and then again, preferably with half the laser power, from the outside to the inside. The surface quality of the countersink can be improved, in particular the roughness on the surface of the countersink can be reduced, by finally traversing the spiral countersink generation line from the outside inwards with half the laser power.
Falls die Senkung zur Aufnahme des Kopfes einer Senkkopfschraube dient, kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn die radial-äußerste, kreisförmig gestaltete Senkungserzeugungslinie einen Durchmesser aufweist, der etwas kleiner ist als der maximale Durchmesser des Kopfs der in der Bohrung anzuordnenden Senkkopfschraube. Generell hängt die Zahl der Senkungserzeugungslinien vom Durchmesser des Lochs bzw. Vorlochs bzw. dem Gewindedurchmesser der einzubringenden Senkkopfschraube und der gewünschten Tiefe der Senkung ab. Für Senkkopfschrauben mit einem metrischen Gewinde M3 bis M6 (d.h. mit einem Durchmesser des Vorlochs von 3 bis 6 mm) sind typischerweise mindestens zwei Überfahrten erforderlich, wobei eine typische Zahl von Überfahrten zwischen zwei und 25 liegt. Für Senkkopfschrauben mit einem metrischen Gewinde M8 bis M12 (d.h. mit einem Durchmesser des Lochs bzw. Vorlochs von 8 bis 12 mm) sind typischerweise mindestens fünf Überfahrten erforderlich, vorzugsweise mindestens 10, wobei eine typische Zahl von Überfahrten zwischen 10 und 25 liegt. If the countersink serves to receive the head of a countersunk screw, it can also be advantageous if the radially outermost, circular countersink generation line has a diameter that is slightly smaller than the maximum diameter of the head of the countersunk screw to be arranged in the bore. In general, the number of countersink generation lines depends on the diameter of the hole or pilot hole or the thread diameter of the countersunk screw to be inserted and the desired depth of the countersink. For countersunk screws with a metric thread M3 to M6 (ie with a pilot hole diameter of 3 to 6 mm) at least two passes are typically required, with a typical number of passes being between two and 25 passes. For countersunk screws with a metric thread M8 to M12 (ie with a hole or pilot hole diameter of 8 to 12 mm) at least five passes are typically required, preferably at least 10, with a typical number of passes being between 10 and 25 passes.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird der Laserstrahl vorzugsweise durch Ändern der Fokuslage in den schneidenden oder nicht-schneidenden Modus gebracht. Im schneidenden Modus hat die Düsenspitze, an der der Laserstrahl austritt, vorzugsweise einen Abstand von der der Strahldüse zugewandten ersten Werkstückoberfläche bzw. von der hiervon definierten Ebene der weniger als 2 mm beträgt. Bevorzugt erfolgt das Erzeugen der Senkung im nicht-schneidenden Modus mit einem viel größeren großen Abstand der Strahldüse von der ersten Werkstückoberfläche, der mindestens 30 mm, insbesondere mindestens 40 mm und besonders bevorzugt etwa 50 mm beträgt. Einerseits ist der Laserstrahl somit ausreichend defokussiert und kann mit einem großen Strahldurchmesser auf der Werkstückoberfläche auftreffen, wobei ein relativ geringer Arbeitsgasdruck (z.B. Sauerstoffdruck) mit hoher Überdeckung der Bearbeitungszone entsteht. Andererseits kann sichergestellt werden, dass keine Verschmutzung der Düsenspitze und des Schutzglases durch nach oben spritzende Schlacke auftritt. In the method according to the invention, the laser beam is preferably brought into the cutting or non-cutting mode by changing the focus position. In the cutting mode, the nozzle tip at which the laser beam emerges is preferably at a distance of less than 2 mm from the first workpiece surface facing the jet nozzle or from the plane defined by it. The countersinking is preferably produced in the non-cutting mode with a much greater distance between the jet nozzle and the first workpiece surface, which is at least 30 mm, in particular at least 40 mm and particularly preferably around 50 mm. On the one hand, the laser beam is thus sufficiently defocused and can hit the workpiece surface with a large beam diameter, with a relatively low working gas pressure (e.g. oxygen pressure) with a high coverage of the processing zone. On the other hand, it can be ensured that the nozzle tip and the protective glass are not soiled by slag splashing upwards.
Bei der Erzeugung von Senkungen kann es weiterhin vorteilhaft sein, wenn das Arbeitsgas (z.B. Sauerstoff) einen Gasdruck von weniger als 5 bar hat, welcher insbesondere von 2 bar bis 3,5 bar beträgt. Vorteilhaft kann es weiterhin sein, wenn die Vorschubgeschwindigkeit der Strahldüse beim Erzeugen der Senkung mindestens 4 m/min und die Leistung eines zur Bearbeitung eingesetzten Laserstrahls (z.B. Laser) mindestens 1500 W beträgt. When creating depressions, it can also be advantageous if the working gas (e.g. oxygen) has a gas pressure of less than 5 bar, which is in particular from 2 bar to 3.5 bar. It can also be advantageous if the feed rate of the jet nozzle when creating the countersink is at least 4 m/min and the power of a laser beam (e.g. laser) used for processing is at least 1500 W.
Beim Verbreitern des Vorlochs, insbesondere Vergrößern des Durchmessers eines rund ausgebildeten Vorlochs, kann es vorteilhaft sein, wenn ein im Pulsbetrieb eingesetzter Laserstrahl (z.B. Laserstrahl) eine mittlere Leistung von mindestens 200 W, eine Pulsspitzenleistung von mindestens 2000 W und eine Pulsfrequenz zwischen 10 Hz und 200 Hz aufweist. In den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in aller Regel viele angesenkte Löcher erzeugt. Hierbei ist es möglich, dass nach dem Erzeugen eines jeweiligen Lochs, insbesondere Vorlochs, unmittelbar darauffolgend die Einsenkung und gegebenenfalls anschließend unmittelbar darauffolgend das Endloch erzeugt werden. Möglich ist jedoch auch, dass zwischen den jeweiligen Verfahrensschritten zur Erzeugung eines selben Lochs, insbesondere Endlochs, mit zugehöriger Einsenkung (d.h. angesenktes Loch) jeweilige Verfahrensschritte für andere Löcher, insbesondere Endlöcher, mit zugehörigen Einsenkungen (d.h. angesenkte Löcher) durchgeführt werden. Beispielsweise kann es vorteilhaft sein, nach der Erzeugung einer Einsenkung an einem Vorloch zunächst mit einem Verfahrensschritt für ein anderes angesenktes Loch weiterzumachen (z.B. Erzeugen des Vorlochs für das andere angesenkte Loch), so dass das Vorloch mit Einsenkung Zeit zum Abkühlen hat. Insbesondere können unmittelbar aufeinanderfolgend vielen Vorlöcher erzeugt werden, gefolgt von einem unmittelbar aufeinanderfolgenden Erzeugen der Senkungen in den Vorlöchern, weiterhin gefolgt von einem unmittelbar aufeinanderfolgenden Erzeugen der Endlöcher. Es versteht sich, dass bei der Erzeugung einer Vielzahl von angesenkten Löchern die jeweiligen Verfahrensschritte zur Erzeugung der angesenkten Löcher in beliebiger Weise ausgeführt werden können, solange gewährleistet ist, dass bei einem selben angesenkten Loch, die Erzeugung von Vorloch, Senkung und Endloch in dieser Reihenfolge nacheinander erfolgt. When widening the pre-hole, in particular increasing the diameter of a round pre-hole, it can be advantageous if a laser beam used in pulse mode (e.g. laser beam) has an average power of at least 200 W, a pulse peak power of at least 2000 W and a pulse frequency between 10 Hz and has 200 Hz. In the above-described configurations of the method according to the invention, as a rule, many countersunk holes are produced. Here it is possible that after the production of a respective hole, in particular a pilot hole, the countersinking is produced immediately thereafter and, if necessary, the final hole is produced immediately thereafter. However, it is also possible that between the respective method steps for producing the same hole, in particular end hole, with associated depression (ie countersunk hole), respective method steps for other holes, in particular end holes, with associated depressions (ie countersunk holes) are carried out. For example, after countersinking one pilot hole, it may be advantageous to first proceed with a process step for another countersinking hole (eg, producing the pilot hole for the other countersinking hole) so that the countersunk pilot hole has time to cool. In particular, many pre-holes can be produced in immediate succession, followed by the countersinks in the pre-holes being produced in immediate succession, further followed by the end holes being produced in immediate succession. It goes without saying that when producing a plurality of countersunk holes, the respective method steps for producing the countersunk holes can be carried out in any manner, as long as it is ensured that in the case of the same countersunk hole, the production of the pilot hole, countersink and final hole are produced in this order done one after the other.
Die Erfindung erstreckt sich auch auf ein Verfahren, bei dem eine Mehrzahl von Werkstückteilen aus einem Werkstück durch einen im Schneidmodus befindlichen Laserstrahl ausgeschnitten werden, wobei in mindestens einem Werkstückteil vor dessen Ausschneiden aus dem Werkstück ein oder mehrere angesenkte Löcher durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt werden. In aller Regel werden in mehreren Werkstückteilen vor deren Ausschneiden aus dem Werkstück jeweils ein oder mehrere angesenkte Löcher durch das erfindungsgemäße Verfahren erzeugt. The invention also extends to a method in which a plurality of workpiece parts are cut out of a workpiece by a laser beam in the cutting mode, one or more countersunk holes being produced by the method according to the invention in at least one workpiece part before it is cut out of the workpiece. As a rule, one or more countersunk holes are produced in each case by the method according to the invention in a plurality of workpiece parts before they are cut out of the workpiece.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf eine Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung mit einem von einem Strahlkopf geführten Laserstrahl zur Laserstrahlbearbeitung eines beispielsweise platten- oder rohrförmigen Werkstücks, welche eine elektronische Steuereinrichtung zur Steuerung/Regelung der Laserstrahlbearbeitung des Werkstücks aufweist, welche zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens (programmtechnisch) eingerichtet ist. Ferner erstreckt sich die Erfindung auf einen Programmcode für eine zur Datenverarbeitung geeignete elektronische Steuereinrichtung für eine solche Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung, welcher Steuerbefehle enthält, die die Steuereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranlassen. The invention also extends to a laser beam processing device with a laser beam guided by a beam head for laser beam processing of a plate-shaped or tubular workpiece, for example, which has an electronic control device for controlling/regulating the laser beam processing of the workpiece, which is set up (in terms of programming) to carry out the method according to the invention . Furthermore, the invention extends to a program code for an electronic control device suitable for data processing for such a laser beam processing device, which contains control commands that cause the control device to carry out the method according to the invention.
Des Weiteren erstreckt sich die Erfindung auf ein Computerprogrammprodukt (Speichermedium) mit einem gespeicherten Programmcode für eine zur Datenverarbeitung geeignete elektronische Steuereinrichtung für eine solche Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung, welcher Steuerbefehle enthält, die die Steuereinrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranlassen. The invention also extends to a computer program product (storage medium) with a stored program code for an electronic control device suitable for data processing for such a laser beam machining device, which contains control commands that cause the control device to carry out the method according to the invention.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten Ausgestaltungen der Erfindung in Alleinstellung oder in beliebiger Kombination einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It goes without saying that the above-mentioned configurations of the invention can be used alone or in any combination without departing from the scope of the present invention.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Figuren genommen wird. Es zeigen: The invention will now be explained in more detail using exemplary embodiments, reference being made to the accompanying figures. Show it:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Laserstrahlbearbeitung eines platten- oder rohrförmigen Werkstücks; 1 shows a schematic representation of an exemplary laser beam processing device for carrying out the method according to the invention for laser beam processing of a plate-shaped or tubular workpiece;
Fig. 2A-2C Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks, bei dem angesenkte Löcher erzeugt werden; 2A-2C embodiments of the method according to the invention for laser beam machining of a workpiece in which countersunk holes are produced;
Fig. 3A-3D weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks, bei dem angesenkte Löcher erzeugt werden; 3A-3D further embodiments of the method according to the invention for laser beam machining of a workpiece in which countersunk holes are produced;
Fig. 4 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks, bei dem angesenkte Löcher erzeugt werden. Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen 4 shows a flow chart of the method according to the invention for laser beam machining of a workpiece, in which countersunk holes are produced. Detailed description of the drawings
Sei zunächst Figur 1 betrachtet, worin eine an sich bekannte Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung zum Strahlschneiden von plattenartigen Werkstücken veranschaulicht ist. Die insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung umfasst eine Strahlschneideinrichtung 2 mit einem Strahlkopf 3, sowie einen Arbeitstisch 4 mit einer ebenen Werkstückauflage 5 für ein Werkstück 9 (nicht gezeigt in Figur 1 , siehe Figuren 2A-2C, 3A-3D), beispielsweise eine ebene Blechtafel. Die Werkstückauflage 5 wird von einem Querträger 6 überspannt, der entlang einer ersten Achsrichtung (x-Richtung) verfahrbar geführt ist. First, consider FIG. 1, in which a laser beam machining device known per se for beam cutting of plate-like workpieces is illustrated. The laser beam processing device, designated overall by the reference number 1, comprises a beam cutting device 2 with a beam head 3, and a work table 4 with a flat workpiece support 5 for a workpiece 9 (not shown in Figure 1, see Figures 2A-2C, 3A-3D), for example a flat sheet metal. The workpiece support 5 is spanned by a crossbeam 6, which is guided to be movable along a first axial direction (x-direction).
Am Querträger 6 ist ein Führungsschlitten 7 für den Strahlkopf 3 montiert, der am Querträger 6 entlang einer zur ersten Achsrichtung senkrechten zweiten Achsrichtung (y- Richtung) verfahrbar geführt ist. Der Strahlkopf 3 kann somit in einer durch die beiden Achsrichtungen aufgespannten Ebene parallel und relativ zur beispielsweise horizontalen Werkstückauflage 5 verfahren werden. Der Strahlkopf 3 ist weiterhin in einer zu dieser Ebene senkrechten dritten Achsrichtung (z-Richtung) in seiner Höhe verfahrbar ausgebildet, wodurch der Abstand senkrecht zur Werkstückauflage 5 bzw. Werkstück 9 verändert werden kann. Bei einer horizontalen Werkstückauflage 5 entspricht die z-Rich- tung der Schwerkraftrichtung. Der Strahlkopf 3 weist auf seiner der Werkstückauflage 5 zugewandten Seite eine sich zur Werkstückauflage 5 hin kegelförmig verjüngende Strahldüse 13 auf. Der Strahlkopf 3 dient zum Führen eines Laserstrahls 14, sowie eines Prozess- bzw. Arbeitsgasstrahls 15, welche aus einer endständigen Düsenspitze 33 austreten (siehe z.B. Figur 2A). Der Laserstrahl 14 wird von einer Laserstrahlquelle 8 erzeugt und beispielsweise durch ein Strahlführungsrohr und mehrere Umlenkspiegel oder ein Lichtleitkabel zum Strahlkopf 3 geführt. Über eine Fokussierlinse oder adaptive Optik kann der Laserstrahl in gebündelter Form (d.h. fokussiert) auf das Werkstück 9 gerichtet werden. Aufgrund der Verfahrbarkeit des Strahlkopfs 3 entlang der ersten Achsrichtung (x-Richtung) und zweiten Achsrichtung (y-Richtung) kann mit dem Laserstrahl 14 jeder beliebige Punkt am Werkstück 9 angefahren werden. A guide carriage 7 for the blasting head 3 is mounted on the crossbeam 6 and is movably guided on the crossbeam 6 along a second axis direction (y-direction) perpendicular to the first axis direction. The blasting head 3 can thus be moved in a plane spanned by the two axial directions parallel and relative to the workpiece support 5, which is horizontal, for example. The height of the blasting head 3 is also designed to be movable in a third axial direction (z-direction) perpendicular to this plane, as a result of which the distance perpendicular to the workpiece support 5 or workpiece 9 can be changed. With a horizontal workpiece support 5, the z-direction corresponds to the direction of gravity. On its side facing the workpiece support 5 , the blasting head 3 has a blasting nozzle 13 that tapers conically towards the workpiece support 5 . The jet head 3 serves to guide a laser beam 14 and a process or working gas jet 15, which emerge from a terminal nozzle tip 33 (see, for example, FIG. 2A). The laser beam 14 is generated by a laser beam source 8 and guided to the beam head 3, for example, through a beam guiding tube and a plurality of deflection mirrors or a fiber optic cable. The laser beam can be directed onto the workpiece 9 in a bundled form (i.e. focused) via a focusing lens or adaptive optics. Due to the movability of the beam head 3 along the first axial direction (x-direction) and second axial direction (y-direction), any point on the workpiece 9 can be approached with the laser beam 14 .
Das Werkstück 9 weist zwei einander gegenüberliegende Werkstückoberflächen 10, 11 auf (siehe z.B. Figur 2A), wobei eine erste bzw. obere Werkstückoberfläche 10 der Strahldüse 13 zugewandt und eine zweite bzw. untere Werkstückoberfläche 11 von der Strahldüse 13 abgewandt ist. Durch die Höhenverfahrbarkeit des Strahlkopfs 3 in z-Rich- tung kann über eine Änderung des Abstands zur oberen Werkstückoberfläche 10 der Arbeitsabstand der Strahldüse 13 zum Werkstück 9 eingestellt werden. Der Abstand des Strahlkopfes 3 von der oberen Werkstückoberfläche 10 kann vor, während und nach der Laserstrahlbearbeitung eingestellt werden. Die Fokuslage des Laserstrahls 14 kann durch eine Änderung des Abstands der Strahldüse 13 von der ersten Werkstückoberfläche 10 sowie über optische Elemente im Strahlkopf 3, beispielsweise eine adaptive Optik, eingestellt werden. The workpiece 9 has two opposite workpiece surfaces 10, 11 (see, for example, FIG. 2A), a first or upper workpiece surface 10 facing the jet nozzle 13 and a second or lower workpiece surface 11 facing away from the jet nozzle 13. Due to the vertical mobility of the blasting head 3 in the z-direction, a change in the distance from the upper workpiece surface 10 of the Working distance of the jet nozzle 13 to the workpiece 9 can be adjusted. The distance of the beam head 3 from the upper workpiece surface 10 can be adjusted before, during and after the laser beam processing. The focal position of the laser beam 14 can be adjusted by changing the distance between the jet nozzle 13 and the first workpiece surface 10 and by means of optical elements in the jet head 3, for example adaptive optics.
Der Arbeitsgasstrahl 15 wird von einer nicht dargestellten Gasstrahlerzeugungseinrichtung erzeugt. Als inertes Prozess- bzw. Arbeitsgas wird beispielsweise Helium (He), Argon (Ar) oder Stickstoff (N2) eingesetzt. Als reaktives Arbeitsgas wird üblicherweise Sauerstoff (O2) verwendet. Bekannt ist auch die Verwendung von Gasgemischen. Der Arbeitsgasstrahl 15 tritt aus der Düsenspitze 33 der Strahldüse 13 aus und wird koaxial zum Laserstrahl 14 an die Bearbeitungsstelle geführt und trifft dort mit einem von der Gasstrahlerzeugungseinrichtung vorgegebenen (initialen) Gasdruck, welcher typischerweise im Bereich von 2 bis 20 bar liegt, auf dem Werkstück 9 auf. Der Arbeitsgasstrahl 15 dient dazu, mittels Gasdrucks die bei der Laserbearbeitung erzeugte Schmelze durch eine durch den Laserstrahl 14 erzeugte Durchbrechung (z.B. Vorloch 16, siehe z.B. Figur 2B) im Werkstück 9 zu treiben. The working gas jet 15 is generated by a gas jet generating device, not shown. Helium (He), argon (Ar) or nitrogen (N2), for example, is used as the inert process or working gas. Oxygen (O2) is usually used as the reactive working gas. The use of gas mixtures is also known. The working gas jet 15 emerges from the nozzle tip 33 of the jet nozzle 13 and is guided coaxially to the laser beam 14 to the processing point, where it hits the workpiece with an (initial) gas pressure specified by the gas jet generating device, which is typically in the range of 2 to 20 bar 9 on. The working gas jet 15 serves to drive the melt produced during the laser processing through an opening (e.g. pilot hole 16, see e.g. Figure 2B) in the workpiece 9 produced by the laser beam 14 by means of gas pressure.
Wie in Figur 1 gezeigt, besteht die ebene Werkstückauflage 5 beispielsweise aus einer Vielzahl von Auflageelementen mit beispielsweise dreieckig ausgebildeten Tragpunktspitzen, welche gemeinsam eine Auflageebene für das zu bearbeitende Werkstück 9 definieren. Die Auflageelemente sind hier beispielsweise als längliche Auflagestege ausgeführt, die sich jeweils entlang der y-Richtung erstrecken und mit einem beispielsweise konstanten Zwischenabstand in paralleler Anordnung entlang der x-Richtung nebeneinander liegend angeordnet sind. Nicht dargestellt ist eine Absaugeinrichtung, durch welche während des Strahlschneidens entstehender Schneidrauch, Schlackepartikel und kleine Abfallteile abgesaugt werden können. As shown in FIG. 1, the flat workpiece support 5 consists, for example, of a large number of support elements with, for example, triangular support point tips, which together define a support plane for the workpiece 9 to be machined. The support elements are designed here, for example, as elongate support webs, each of which extends along the y-direction and are arranged next to one another in a parallel arrangement along the x-direction, for example with a constant spacing between them. Not shown is a suction device, through which cutting smoke, slag particles and small pieces of waste produced during jet cutting can be sucked off.
Eine programmgesteuerte Steuereinrichtung 12 dient zur Steuerung/Regelung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Laserstrahlbearbeitung des Werkstücks 9 in der Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung 1. A program-controlled control device 12 is used to control/regulate the method according to the invention for laser beam machining of the workpiece 9 in the laser beam machining device 1.
Es wird nun Bezug auf die Figuren 2A bis 2C sowie 3A bis 3D genommen, worin beispielhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks 9 durch die Strahlvorrichtung 1 von Figur 1 veranschaulicht sind. Zum Zwecke einer vereinfachten Darstellung und da zum Verständnis der Erfindung ausreichend, sind jeweils nur die Strahldüse 13 sowie der Laserstrahl 14 und Arbeitsgasstrahl 15 in Kombination mit dem Werkstück 9 dargestellt. Das Werkstück 9 befindet sich, wie üblich, in einer horizontalen Lage auf der Werkstückauflage 5. Reference is now made to FIGS. 2A to 2C and 3A to 3D, in which exemplary configurations of the method according to the invention for laser beam machining of a workpiece 9 by the beam device 1 from FIG. 1 are illustrated. For the purpose of a simplified representation and because it is sufficient for understanding the invention, only the jet nozzle 13 and the laser beam 14 and working gas jet 15 are shown in combination with the workpiece 9. The workpiece 9 is, as usual, in a horizontal position on the workpiece support 5.
Seien zunächst die Figuren 2A bis 2C betrachtet, worin jeweils in den linken Abbildungen das plattenförmige Werkstück 9 mit den beiden ebenen Werkstückoberflächen 10, 11 und die Strahldüse 13 in einer vertikalen Schnittansicht in schematischer Weise gezeigt sind. Die rechten Abbildungen der Figuren 2A bis 2C veranschaulichen die Verfahrensschritte in schematischer Weise anhand jeweiliger Aufsichten. First consider FIGS. 2A to 2C, in which the plate-shaped workpiece 9 with the two flat workpiece surfaces 10, 11 and the jet nozzle 13 are shown schematically in a vertical sectional view in the illustrations on the left. The right-hand images in FIGS. 2A to 2C illustrate the process steps in a schematic manner using respective top views.
Die obere Werkstückoberfläche 10 ist der Strahldüse 13 zugewandt, die untere Werkstückoberfläche 11 von der Strahldüse 13 abgewandt. Der aus der Düsenspitze 33 der Strahldüse 13 austretende Laserstrahl 14 und der Arbeitsgasstrahl 15 treffen auf das Werkstück 9. Der Laserstrahl 14 hat die Form eines fokussierten Strahlkegels mit einer zentrischen Strahlachse 19. Die zentrische Strahlachse 19 und somit der Laserstrahl 14 ist senkrecht zur oberen Werkstückoberfläche 10 bzw. zur Ebene des plattenförmigen Werkstücks 9 gerichtet. The upper workpiece surface 10 faces the jet nozzle 13 and the lower workpiece surface 11 faces away from the jet nozzle 13 . The laser beam 14 emerging from the nozzle tip 33 of the jet nozzle 13 and the working gas jet 15 strike the workpiece 9. The laser beam 14 has the shape of a focused beam cone with a central beam axis 19. The central beam axis 19 and thus the laser beam 14 is perpendicular to the upper workpiece surface 10 or directed to the plate-shaped workpiece 9 level.
In Figur 2 A wurde die Strahldüse 13 von einer Ausgangsposition zumindest mit einer vertikalen Bewegungskomponente zum Werkstück 9 hin verfahren, so dass die Strahldüse 13 einen relativ kleinen Arbeitsabstand A vom Werkstück 9 hat. Vorzugsweise beträgt der Arbeitsabstand A der Strahldüse 13 von der oberen Werkstückoberfläche weniger als 2 mm. Die Fokuslage des Laserstrahls 14 resultiert in einem engen Strahlfleck mit einem kleinen Strahldurchmesser auf dem Werkstück 9. Die Fokuslage und damit der Strahldurchmesser sind so gewählt, dass die Streckenenergie des Laserstrahls 14 auf dem Werkstück 9 so groß ist, dass der Laserstrahl 14 zur schneidenden bzw. trennenden Bearbeitung des Werkstücks 9 geeignet ist. Mithin ist der Laserstrahl 14 in einem schneidenden Modus. In FIG. 2A, the jet nozzle 13 has been moved from a starting position towards the workpiece 9 with at least one vertical movement component, so that the jet nozzle 13 has a relatively small working distance A from the workpiece 9 . The working distance A of the jet nozzle 13 from the upper workpiece surface is preferably less than 2 mm. The focal position of the laser beam 14 results in a narrow beam spot with a small beam diameter on the workpiece 9. The focal position and thus the beam diameter are selected in such a way that the energy per unit length of the laser beam 14 on the workpiece 9 is large enough for the laser beam 14 to be used for cutting or separating machining of the workpiece 9 is suitable. Thus, the laser beam 14 is in a cutting mode.
Wie in Figur 2A gezeigt, wird der schneidende Laserstrahl 14 entlang einer kreisförmigen Vorloch-Schnittlinie 21 zur Erzeugung eines (Vor-)Lochs 16 geführt, wodurch ein kreis- förmig-geschlossener Schnittspalt erzeugt wird. Hierdurch wird ein im Querschnitt rundes bzw. scheibenförmiges Werkstückteil (Butzen) aus dem Werkstück 9 vollständig ausgeschnitten. Der ausgeschnittene Butzen fällt durch sein Eigengewicht nach unten weg. Durch Entfernen des Butzens vom Werkstück 9 wird ein im Querschnitt rundes Vorloch 16 mit einem bestimmten Durchmesser im Werkstück 9 erzeugt. Der Durchmesser des (Vor-)Lochs 16 bemisst sich in der Ebene des Werkstücks 9. Aus dem (Vor-)Loch 16 kann optional im weiteren Verfahren durch Verbreitern des Durchmessers ein verbreitertes Loch, nämlich ein Endloch 17 erzeugt werden (siehe Figur 2C). As shown in FIG. 2A, the cutting laser beam 14 is guided along a circular pre-hole cutting line 21 to produce a (pre-)hole 16, as a result of which a circular closed cutting gap is produced. As a result, a workpiece part (slug) with a round or disc-shaped cross section is completely cut out of the workpiece 9 . The cut-out slug falls away under its own weight. By removing the slug from the workpiece 9 is a round in cross-section Pilot hole 16 with a specific diameter in the workpiece 9 is generated. The diameter of the (pre)hole 16 is measured in the plane of the workpiece 9. A widened hole, namely a final hole 17, can optionally be produced from the (pre)hole 16 in the further process by widening the diameter (see Figure 2C). .
Das runde (Vor-)Loch 16 ist entsprechend seiner Herstellungsweise ein Durchgangsloch und durchbricht das Werkstück 9, wobei das (Vor-)Loch 16 von einer vom Werkstück 9 gebildeten Vorlochwandung 23 umgeben ist, die sich durchgehend von der oberen Werkstückoberfläche 10 bis zur unteren Werkstückoberfläche 11 erstreckt. An der oberen Werkstückoberfläche 10 wird das (Vor-)Loch 16 von einer kreisförmigen oberen (Vor- )Loch-Schnittkante 20 umgrenzt, an der unteren Werkstückoberfläche 11 von einer kreisförmigen unteren (Vor-)Loch-Schnittkante 21. Die beiden (Vor)Loch-Schnittkanten 21 , 22 sind jeweils Teil der (Vor-)Lochwandung 23. In Figur 2A sind die (Vorloch-)Schnittlinie 21 und die obere (Vor-)Loch-Schnittkante 20 aufgrund der besseren zeichnerischen Darstellung relativ weit voneinander beabstandet dargestellt, wobei es sich versteht, dass dies in der Praxis nicht der Fall sein muss. Das runde (Vor-)Loch 16 ist in Bezug auf seine Mittenachse 31 (siehe Figur 2B) radialsymmetrisch ausgebildet. In der Ebene des Werkstücks 9 ist in Bezug auf das (Vor-)Loch 16 und dessen Mittenachse 31 eine radiale Richtung definiert. The round (pre-)hole 16 is a through-hole according to its production method and breaks through the workpiece 9, the (pre-)hole 16 being surrounded by a pre-hole wall 23 formed by the workpiece 9, which extends continuously from the upper workpiece surface 10 to the lower one Workpiece surface 11 extends. On the upper workpiece surface 10, the (pre)hole 16 is delimited by a circular upper (pre)hole cutting edge 20, on the lower workpiece surface 11 by a circular lower (pre)hole cutting edge 21. The two (pre) Hole cutting edges 21, 22 are each part of the (pre)hole wall 23. In Figure 2A, the (pre)hole cutting line 21 and the upper (pre)hole cutting edge 20 are shown relatively far apart from each other due to the better graphic representation, it being understood that this need not be the case in practice. The round (pre-)hole 16 is radially symmetrical with respect to its central axis 31 (see FIG. 2B). A radial direction is defined in the plane of the workpiece 9 in relation to the (pilot) hole 16 and its central axis 31 .
Optional kann das Verfahren um einen Schritt ergänzt werden, der vor dem Schneiden des (Vor-)Lochs 16 durchgeführt wird. Dieser Schritt wird vorzugsweise dann eingesetzt, wenn (Vor-)Löcher 16 mit einem Durchmesser von mindestens 7 mm herzustellen sind und/oder eine Dicke des Werkstücks 9 von mindestens 4 mm vorliegt. Hierbei wird der später an seiner Kontur auszuschneidende Butzen durch ein oder mehrere Schnittspalte in kleinere Teile zerschnitten, wodurch stets erreicht werden kann, dass der Butzen zuverlässig und sicher nach unten aus dem Werkstück 9 fällt und das ausgeschnittene (Vor-)Loch 16 immer frei ist. Beispielsweise werden im Bereich des auszuschneidenden Butzens sich kreuzende Schnittspalte, gegebenenfalls überlagert durch einen Schnittspalt in Spiralform, eingebracht. Ein mögliches Verfahren zum Zerteilen des Butzens ist beispielsweise in US 8716625 B2 beschrieben. Optionally, the method can be supplemented by a step that is carried out before the (pre-)hole 16 is cut. This step is preferably used when (pre-)holes 16 are to be produced with a diameter of at least 7 mm and/or the workpiece 9 is at least 4 mm thick. Here, the slug to be cut later on its contour is cut into smaller parts by one or more cutting gaps, which can always ensure that the slug falls reliably and safely down out of the workpiece 9 and the cut (pre-)hole 16 is always free . For example, in the area of the slug to be cut out, intersecting kerfs are introduced, possibly superimposed by a kerf in spiral form. A possible method for dividing the slug is described, for example, in US Pat. No. 8,716,625 B2.
Nach Erzeugen des runden (Vor-)Lochs 16 wird eine zum (Vor-)Loch 16 konzentrische runde Senkung 18 erzeugt. Dies wird im Weiteren anhand von Figur 2B veranschaulicht. Für die Erzeugung der Senkung 18 hat die Strahldüse 13 einen relativ großen Arbeitsabstand A von der ersten Werkstückoberfläche 10 bzw. vom Werkstück 9, wobei sich das Werkstück 9 im divergenten Bereich des Laserstrahls 14 befindet, was zu einem breiten Strahlfleck mit einem großen Strahldurchmesser auf dem Werkstück 9 führt. Der Strahlkopf 3 bzw. die Strahldüse 13 wurden zu diesem Zweck zumindest mit einer vertikalen Bewegungskomponente vom Werkstück 9 weg verfahren, so dass im Vergleich zur Erzeugung des (Vor-)Lochs 16 ein größerer Arbeitsabstand A zwischen der Strahldüse 13 und der ersten Werkstückoberfläche 10 vorliegt. Der Arbeitsabstand A zur Herstellung der Senkung 18 ist beispielsweise mindestens 6-fach größer, insbesondere mindestens 10-fach größer, als der Arbeitsabstand A zur Erzeugung des (Vor-)Lochs 16 und beträgt vorzugsweise mindestens 30 mm, besonders bevorzugt mindestens 40 mm und insbesondere ca. 50 mm, wobei ein Bereich von 30 mm bis 50 mm bevorzugt ist. In entsprechender Weise sind der Strahlfleck und der Strahldurchmesser auf dem Werkstück 9 wesentlich größer. Beispielsweise ist die Querschnittfläche des Strahlflecks auf dem Werkstück 9 mindestens 6-fach größer, insbesondere mindestens 10-fach größer. Der Fokus des Laserstrahls 14 befindet sich weit oberhalb des Werkstücks 9. Die Fokuslage und der Strahldurchmesser des Laserstrahls 14 sind so gewählt, dass die Streckenenergie auf dem Werkstück 9 des Laserstrahls 14 relativ gering ist und der Laserstrahl 14 lediglich die Senkung 18 erzeugt und das Werkstück 9 hierbei nicht penetriert wird (nicht-trennende Bearbeitung). Der Laserstrahl 14 ist in einem nicht-schneidenden Modus. After the round (pre)hole 16 has been produced, a round countersink 18 concentric with the (pre)hole 16 is produced. This is illustrated below with reference to FIG. 2B. To create the countersink 18, the jet nozzle 13 has a relatively large working distance A from the first workpiece surface 10 or from the workpiece 9, with the workpiece 9 being in the divergent area of the laser beam 14, which results in a wide beam spot with a large beam diameter on the Workpiece 9 leads. For this purpose, the blasting head 3 or the blasting nozzle 13 was moved away from the workpiece 9 with at least one vertical movement component, so that there is a larger working distance A between the blasting nozzle 13 and the first workpiece surface 10 compared to the production of the (pre-)hole 16 . The working distance A for producing the countersink 18 is, for example, at least 6 times larger, in particular at least 10 times larger, than the working distance A for producing the (pre-)hole 16 and is preferably at least 30 mm, particularly preferably at least 40 mm and in particular about 50 mm, with a range of 30 mm to 50 mm being preferred. Correspondingly, the beam spot and the beam diameter on the workpiece 9 are significantly larger. For example, the cross-sectional area of the beam spot on the workpiece 9 is at least 6 times larger, in particular at least 10 times larger. The focus of the laser beam 14 is far above the workpiece 9. The focal position and the beam diameter of the laser beam 14 are selected in such a way that the energy per unit area on the workpiece 9 of the laser beam 14 is relatively low and the laser beam 14 only creates the depression 18 and the workpiece 9 is not penetrated here (non-separating processing). The laser beam 14 is in a non-cutting mode.
Beim Erzeugen der Senkung 18 wird der nicht-schneidende Laserstrahl 14 in einer zur Ebene der Werkstückauflage 5 parallelen (horizontalen) Ebene bewegt, wobei der Laserstrahl 14 entlang mindestens einer Senkungserzeugungslinie 29 bewegt wird. Die mindestens eine Senkungserzeugungslinie 29 ist konzentrisch zur (Vorloch-)Schnittlinie 21 und erstreckt sich entlang der oberen (Vor-)Loch-Schnittkante 20, wobei die Senkungserzeugungslinie 29 beispielsweise der oberen (Vor-)Loch-Schnittkante 20 entspricht oder vorzugsweise hierzu radial weiter nach außen versetzt ist. Dies bedeutet, dass die Senkungserzeugungslinie 29 einen Durchmesser hat, der gleich oder vorzugsweise größer ist als der Durchmesser der oberen (Vor-)Loch-Schnittkante 20. When producing the countersink 18 , the non-cutting laser beam 14 is moved in a (horizontal) plane parallel to the plane of the workpiece support 5 , the laser beam 14 being moved along at least one countersink production line 29 . The at least one countersink generation line 29 is concentric to the (pre)hole cutting line 21 and extends along the upper (pre)hole cutting edge 20, with the countersink generation line 29 corresponding, for example, to the upper (pre)hole cutting edge 20 or preferably further radially thereto is offset to the outside. This means that the countersink generating line 29 has a diameter equal to or preferably larger than the diameter of the upper (pre-)hole cut edge 20.
Für die Erzeugung der Senkung 18 kann eine einzige Senkungserzeugungslinie 29 vorgesehen sein, wobei der Laserstrahl 14 zur Erzeugung der Senkung 18 ein- oder mehrmals entlang der Senkungserzeugungslinie 29 verfahren wird. Vorzugsweise wird der Laserstrahl 14 zur Erzeugung der Senkung 18 mehrmals entlang der Senkungserzeugungslinie 29 verfahren (typischerweise 2 bis 20 Überfahrten der Strahldüse 13). Ein Versatz (d.h. radialer Abstand) der Senkungserzeugungslinie 29 von der oberen (Vor-)Loch-Schnittkante 20 beträgt vorzugsweise mindestens 0,5 mm, besonders bevorzugt mindestens 1 mm und insbesondere 2 mm. Die Senkungserzeugungslinie 29 musst so angeordnet werden, dass die erzeugte Senkung 18 unmittelbar an das (Vor-)Loch 16 angrenzt, d.h. in das (Vor-)Loch 16 mündet. A single line 29 for producing the countersink can be provided for producing the countersink 18 , with the laser beam 14 being moved one or more times along the line 29 for producing the countersink 18 . Preferably, the laser beam 14 for generating the reduction 18 several times along the Process reduction generation line 29 (typically 2 to 20 passes of the jet nozzle 13). An offset (ie radial distance) of the lowering generation line 29 from the upper (pre)hole cut edge 20 is preferably at least 0.5 mm, particularly preferably at least 1 mm and in particular 2 mm. The lowering generation line 29 must be arranged in such a way that the lowering 18 generated is directly adjacent to the (pre)hole 16 , ie opens into the (pre)hole 16 .
Für die Erzeugung der Senkung 18 können auch mehrere Senkungserzeugungslinien 29 vorgesehen sein, wobei der Laserstrahl 14 zur Erzeugung der Senkung 18 ein- oder mehrmals entlang einer jeden der Senkungserzeugungslinien 29 verfahren wird. Vorzugsweise wird der Laserstrahl 14 zur Erzeugung der Senkung 18 mehrmals entlang einer jeden der Senkungserzeugungslinien 29 verfahren (typischerweise 2 bis 20 Überfahrten der Strahldüse 13). Die mehreren Senkungserzeugungslinien 29 sind zueinander konzentrisch angeordnet. Ein Versatz (d.h. radialer Abstand) der Senkungserzeugungslinie 29 von der oberen (Vor-)Loch-Schnittkante 20 bzw. zwischen zwei unmittelbar benachbarten Senkungserzeugungslinien 29 beträgt vorzugsweise von 0,25 mm bis 1 mm. Die Vergrößerung des Durchmessers von zwei unmittelbar benachbarten Senkungserzeugungslinien 29 beträgt somit vorzugsweise 0,5 mm bis 1 mm. Die Senkungserzeugungslinien 29 müssen so angeordnet werden, dass die erzeugte Senkung 18 unmittelbar an das (Vor-)Loch 16 angrenzt, d.h. in das (Vor-)Loch 16 mündet. A plurality of lowering generation lines 29 can also be provided for the generation of the lowering 18, with the laser beam 14 being moved one or more times along each of the lowering generation lines 29 in order to generate the lowering 18. In order to produce the depression 18, the laser beam 14 is preferably moved several times along each of the depression production lines 29 (typically 2 to 20 passes of the jet nozzle 13). The multiple countersink generation lines 29 are arranged concentrically with each other. An offset (i.e. radial distance) of the countersink generation line 29 from the upper (pre)hole cut edge 20 or between two immediately adjacent countersink generation lines 29 is preferably from 0.25 mm to 1 mm. The increase in the diameter of two immediately adjacent countersink generation lines 29 is thus preferably 0.5 mm to 1 mm. The countersink generation lines 29 must be arranged in such a way that the countersink 18 produced is directly adjacent to the (pre)hole 16, i.e. opens into the (pre)hole 16.
In Figur 2B ist die kreisende Bewegung des Laserstrahls 14 entlang der mindestens einen Senkungserzeugungslinie 29 um die Mittenachse 31 des (Vor-)Lochs 16 in schematischer Weise durch einen Pfeil veranschaulicht. In FIG. 2B, the circular movement of the laser beam 14 along the at least one countersink generation line 29 around the center axis 31 of the (pre-)hole 16 is illustrated schematically by an arrow.
Denkbar wäre auch, dass der Laserstrahl 14 zur Erzeugung der Senkung 18 entlang einer spiralig ausgebildeten Senkungserzeugungslinie 29 verfahren wird. Vorzugsweise wird bei einem jeweiligen kompletten Umlauf eine Vergrößerung des Durchmessers der spiraligen Bahn von 0,25 mm bis 1 mm erzielt. Nach Erreichen des Zieldurchmessers ist es vorteilhaft, wenn dieser mehrmals überfahren wird. Auch in diesem Fall muss die Senkungserzeugungslinie 29 so angeordnet sein, dass die erzeugte Senkung 18 unmittelbar an das (Vor-)Loch 16 angrenzt, d.h. in das (Vor-)Loch 16 mündet. It would also be conceivable for the laser beam 14 to be moved along a countersinking production line 29 of spiral design in order to produce the countersink 18 . An increase in the diameter of the spiral track of 0.25 mm to 1 mm is preferably achieved with each complete revolution. After reaching the target diameter, it is advantageous if this is crossed several times. In this case, too, the line 29 for producing the countersink must be arranged in such a way that the countersink 18 produced is directly adjacent to the (pre)hole 16 , i.e. opens into the (pre)hole 16 .
Die Senkung 18 ist eine Vertiefung des Werkstücks 9 an der ersten Werkstückoberfläche 10. Die Senkung 18 umgibt das (Vor-)Loch 16 konzentrisch, wobei sich die Senkung 18, ausgehend von einem (radial-)äußeren Senkungsrand 27, von der oberen Werkstückoberfläche 10 aus in das Werkstück 9 hinein bis zu einem (radial-)inneren Senkungsrand 28 erstreckt, jedoch nicht bis zur unteren Werkstückoberfläche 11 , d.h. die Senkung 18 erstreckt sich nicht über die komplette Dicke des Werkstückteils. Der innere Senkungsrand 28 befindet sich somit zwischen der oberen Werkstückoberfläche 10 und der unteren Werkstückoberfläche 11. The countersink 18 is a depression of the workpiece 9 on the first workpiece surface 10. The countersink 18 surrounds the (pre)hole 16 concentrically, the countersink 18, starting from a (radial) outer countersink edge 27, from the top Workpiece surface 10 extends into the workpiece 9 up to a (radially) inner countersink edge 28, but not as far as the lower workpiece surface 11, ie the countersink 18 does not extend over the entire thickness of the workpiece part. The inner countersink edge 28 is thus located between the upper workpiece surface 10 and the lower workpiece surface 11.
Der äußere Senkungsrand 27 ist als jener Bereich des Werkstücks 9 definiert, an dem sich die Senkung 18 zum Innern des Werkstücks 9 hin beginnt zu vertiefen. Der innere Senkungsrand 28 ist als jener Bereich des Werkstücks 9 definiert, an dem die Senkung 18 in den verbleibenden Teil des (Vor-)Lochs 16 übergeht, wobei der innere Senkungsrand 28 von der (Vor-)Lochwandung 23 gebildet wird. Eine Flanke 30 der Senkung 18 erstreckt vom äußeren Senkungsrand 27 bis zum inneren Senkungsrand 28. The outer countersink edge 27 is defined as that area of the workpiece 9 at which the countersink 18 begins to deepen towards the interior of the workpiece 9 . The inner countersink edge 28 is defined as that area of the workpiece 9 where the countersink 18 merges into the remaining part of the (pre)hole 16 , the inner countersink edge 28 being formed by the (pre)hole wall 23 . A flank 30 of the countersink 18 extends from the outer countersink edge 27 to the inner countersink edge 28.
In radialer Richtung kann die Senkung 18 wahlfrei mit einer definierten Querschnittform versehen werden. Insbesondere können die Fokuslage und damit der Strahldurchmesser während der Erzeugung der Senkung 18 variiert werden, um Tiefe und/oder Querschnittform der Senkung 18 gezielt einzustellen. Bei einer Verringerung des Strahldurchmessers auf dem Werkstück 9 wird die Senkung 18 tiefer, d.h. die Flanke 30 der Senkung 18 wird steiler, wohingegen die Senkung 18 flacher wird, d.h. die Flanke 30 der Senkung 18 wird weniger steil, wenn der Strahldurchmesser auf dem Werkstück 9 vergrößert wird. In Figur 2B ist beispielhaft eine Senkung 18 mit einer schrägen Flanke 30 mit einer Neigung von ca. 45° dargestellt, wobei auch größere oder kleinere Flankenneigungen möglich sind. In the radial direction, the depression 18 can optionally be provided with a defined cross-sectional shape. In particular, the focus position and thus the beam diameter can be varied during the production of the countersink 18 in order to set the depth and/or cross-sectional shape of the countersink 18 in a targeted manner. When the beam diameter on the workpiece 9 decreases, the countersink 18 becomes deeper, i.e. the flank 30 of the countersink 18 becomes steeper, whereas the countersink 18 becomes flatter, i.e. the flank 30 of the countersink 18 becomes less steep when the beam diameter on the workpiece 9 is enlarged. FIG. 2B shows an example of a countersinking 18 with a sloping flank 30 with an inclination of approximately 45°, with larger or smaller flank inclinations also being possible.
Die Senkung 18 kann grundsätzlich in beliebiger Weise Anwendung finden, wobei sie in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise dazu vorgesehen ist, den Kopf einer Senkkopfschraube aufzunehmen. Vorzugsweise weist die radial äußerste Senkungserzeugungslinie 29 zur Erzeugung der Senkung 18 einen Durchmesser auf, der etwas kleiner ist als der maximale Durchmesser des Kopfs der in der Senkung 18 anzuordnenden Senkkopfschraube. Die Zahl der Senkungserzeugungslinien 29 hängt vom Durchmesser des (Vor-)Lochs 16 bzw. dem Gewindedurchmesser der einzubringenden Schraube und der gewünschten Tiefe der Senkung 18 ab. In aller Regel sind für (Vor-)Löcher 16 zur Aufnahme von Senkkopfschrauben mit einer metrischen Gewindegröße M3 - M6 (d.h. bei einem Durchmesser des (Vor-)Lochs 16 von 3 mm bis 6 mm) mindestens zwei Überfahrten der Strahldüse 13 über eine selbe Senkungserzeugungslinie 29 erforderlich, wobei eine typische Zahl von Überfahrten zwischen zwei und 25 liegt. Für Senkkopfschrauben mit einer metrischen Gewindegröße M8 - M12 beträgt die Zahl der Überfahrten in aller Regel mindestens 5, bevorzugt mindestens 10 und liegt typischerweise zwischen 10 und 25. Als Prozess- bzw. Arbeitsgas wird bei der Erzeugung der Senkung 18 beispielsweise Sauerstoff (O2) eingesetzt, mit einem Gasdruck von beispielsweise weniger als 5 bar, der insbesondere von 2 bis 3,5 bar beträgt. Die Vorschubgeschwindigkeit der Strahldüse 13 beim Erzeugen der Senkung 18 beträgt vorzugsweise mindestens 4 m/min und die Laserleistung des Laserstrahls 14 beträgt vorzugsweise mindestens 1500 W. In principle, the countersink 18 can be used in any desired manner, and in this exemplary embodiment it is preferably intended to accommodate the head of a countersunk screw. Preferably, the radially outermost countersink generation line 29 for producing the countersink 18 has a diameter that is slightly smaller than the maximum diameter of the head of the countersunk screw to be arranged in the countersink 18 . The number of lowering generating lines 29 depends on the diameter of the (pilot) hole 16 or the thread diameter of the screw to be inserted and the desired depth of the lowering 18 . As a rule, at least two passages of the jet nozzle 13 over a same Subsidence generation line 29 required with a typical number of passes being between two and 25. For For countersunk screws with a metric thread size M8 - M12, the number of passes is generally at least 5, preferably at least 10 and is typically between 10 and 25. Oxygen (O2), for example, is used as the process or working gas when creating the countersink 18, with a gas pressure of, for example, less than 5 bar, which is in particular from 2 to 3.5 bar. The feed speed of the jet nozzle 13 when creating the countersink 18 is preferably at least 4 m/min and the laser power of the laser beam 14 is preferably at least 1500 W.
Durch das (Vor-)Loch 16 kann die beim Erzeugen der Senkung 18 entstehende Schmelze (Schlacke) in vorteilhafter Weise sehr gut nach unten abfließen und es kann somit verhindert werden, dass die Schmelze an die obere Werkstückoberfläche 10 des Werkstücks 9 gelangt und sich dort verfestigt und einen Grat bildet. Dieser beeinträchtigt nicht nur die spätere Verwendung der Senkung 18 und kann eine aufwändige Nachbearbeitung der Senkung 18 erfordern, sondern kann im schlimmsten Fall auch zu einer Kollision mit der Strahldüse 13 führen. Durch das optionale Zerteilen des auszuschneidenden Butzens bei der Erzeugung des (Vor-)Lochs 16 kann stets sichergestellt werden, dass das (Vor-)Loch 16 frei ist und dass die Schmelze, welche bei der Erzeugung der Senkung 18 anfällt, zuverlässig und sicher mittels des Arbeitsgases durch das (Vor- )Loch 16 ausgetrieben wird. Dies ist ein großer Vorteil der Erfindung. Through the (pre-)hole 16, the melt (slag) produced when creating the depression 18 can advantageously flow downwards very well and it can thus be prevented that the melt reaches the upper workpiece surface 10 of the workpiece 9 and accumulates there hardens and forms a ridge. This not only impairs the later use of the countersink 18 and can require complex post-processing of the countersink 18, but can also lead to a collision with the jet nozzle 13 in the worst case. By optionally splitting up the slug to be cut out when creating the (pre)hole 16, it can always be ensured that the (pre)hole 16 is free and that the melt, which occurs when the countersink 18 is created, can be reliably and safely removed by means of of the working gas is expelled through the (pre)hole 16. This is a great advantage of the invention.
Gleichwohl kann sich Schmelze an der (Vor-)Lochwandung 23, insbesondere auch im Bereich der unteren (Vor-)Loch-Schnittkante 21 , absetzen und nach Abkühlung einen Grat 32 bilden, wie in Figur 2B veranschaulicht ist. Dieser Grat 32 wird aber in vorteilhafter Weise bei der optionalen Verbreiterung des (Vor-)Lochs 16 zur Erzeugung des Endlochs 17 (siehe Fig. 2C) mit entfernt, so dass ein Endloch 17 mit einer gratfreien Endlochwandung 24 erzeugt werden kann. Wenn ein solcher weiterer Schritt durchgeführt wird, stellt das bislang erzeugte Loch 16 ein "Vorloch" dar, das in seinem Durchmesser zum Endloch 17 verbreitert wird. Nevertheless, melt can settle on the (pre-)hole wall 23, especially in the area of the lower (pre-)hole cut edge 21, and form a burr 32 after cooling, as illustrated in FIG. 2B. However, this burr 32 is advantageously also removed during the optional widening of the (pre-)hole 16 to produce the end hole 17 (see FIG. 2C), so that an end hole 17 with a burr-free end hole wall 24 can be produced. If such a further step is carried out, the hole 16 produced so far represents a "pre-hole" which is widened in diameter towards the end hole 17 .
Im Weiteren wird die optionale Verbreiterung des Durchmessers des Lochs bzw. Vorlochs 16 zum Erzeugen des Endlochs 17 beschrieben: The optional widening of the diameter of the hole or pre-hole 16 to create the end hole 17 is described below:
Hierbei wird nach Erzeugen der Senkung 18 das Vorloch 16 bzw. der nach Erzeugen der Senkung 18 hiervon verbleibende Teil verbreitert, was im Weiteren anhand von Figur 2C veranschaulicht wird. Für eine Vergrößerung des Durchmessers des Vorlochs 16 wird, analog zur Erzeugung des Vorlochs 16, der Laserstrahl 16 im schneidenden Modus verwendet. Hierbei hat die Strahldüse 13 einen relativ geringen Arbeitsabstand A von der ersten Werkstückoberfläche 10, was zu einem engen Strahlfleck mit einem geringen Strahldurchmesser auf dem Werkstück 9 führt. Der Strahlkopf 3 bzw. die Strahldüse 13 wurde zu diesem Zweck zumindest mit einer vertikalen Bewegungskomponente hin zum Werkstück 9 verfahren, so dass im Vergleich zur Erzeugung der Senkung 18 ein kleinerer Arbeitsabstand A zwischen der Strahldüse 13 und der ersten Werkstückoberfläche 10 vorliegt. Die Fokuslage und damit der Strahldurchmesser des Laserstrahls 14 sind so gewählt, dass die Streckenenergie auf dem Werkstück 9 des Laserstrahls 14 relativ groß ist und das Werkstück 9 hierbei penetriert wird (trennende Bearbeitung). After the countersink 18 has been produced, the preliminary hole 16 or the part thereof remaining after the countersink 18 has been produced is widened, which is illustrated below with reference to FIG. 2C. Analogous to the production of the preliminary hole 16, the laser beam 16 is used in the cutting mode to increase the diameter of the preliminary hole 16 . In this case, the jet nozzle 13 has a relatively small working distance A from the first workpiece surface 10, which leads to a narrow jet spot with a small jet diameter on the workpiece 9. For this purpose, the blasting head 3 or the blasting nozzle 13 was moved towards the workpiece 9 with at least one vertical movement component, so that there is a smaller working distance A between the blasting nozzle 13 and the first workpiece surface 10 compared to the production of the depression 18 . The focus position and thus the beam diameter of the laser beam 14 are selected in such a way that the distance energy on the workpiece 9 of the laser beam 14 is relatively large and the workpiece 9 is penetrated in the process (separating processing).
Beim Verbreitern des Vorlochs 16 wird der schneidende Laserstrahl 14 entlang einer kreisförmigen Endloch-Schnittlinie 22 geführt, wodurch ein kreisförmig-geschlossener Schnittspalt erzeugt wird. Die Endloch-Schnittlinie 22 ist konzentrisch zur Vorloch- Schnittlinie 21 und hierzu radial auswärts beabstandet angeordnet, d.h. weist einen größeren Durchmesser auf als die Vorloch-Schnittlinie 21. Die Endloch-Schnittlinie 22 befindet sich in radialer Richtung zwischen der Vorloch-Schnittline 21 und dem äußeren Senkungsrand 27, mit der Maßgabe, dass ein radialer Bereich der Flanke 30 entfernt wird, jedoch nicht die komplette Flanke 30, d.h. die Senkung 18 bleibt teilweise erhalten. Das Endloch 17 wird somit innerhalb der Senkung 18 erzeugt. Bei der Verbreiterung des Vorlochs 16 wird eine im Querschnitt hohlzylindrische Scheibe aus dem Werkstück 9 vollständig ausgeschnitten. Diese fällt durch ihr Eigengewicht nach unten weg, so dass sie vom Werkstück 9 entfernt wird. When widening the pilot hole 16, the cutting laser beam 14 is guided along a circular end-hole cutting line 22, as a result of which a circular-closed cutting gap is produced. The end hole cutting line 22 is concentric with the pre-hole cutting line 21 and spaced radially outwards therefrom, i.e. has a larger diameter than the pre-hole cutting line 21. The end hole cutting line 22 is located in the radial direction between the pre-hole cutting line 21 and the outer countersink edge 27, with the proviso that a radial portion of the flank 30 is removed, but not the complete flank 30, i.e. the countersink 18 is partially preserved. The end hole 17 is thus created within the countersink 18 . When the pilot hole 16 is widened, a disk with a hollow-cylindrical cross-section is completely cut out of the workpiece 9 . This falls away under its own weight, so that it is removed from the workpiece 9 .
Durch Verbreiterung des Vorlochs 16 wird ein im Querschnitt rundes Endloch 17 im Werkstück 9 erzeugt, welches einen größeren Durchmesser aufweist als das Vorloch 16. Das Endloch 17 wird von einer vom Werkstück 9 gebildeten Endlochwandung 24 umgrenzt und erstreckt sich von einer oberen Endloch-Schnittkante 25, die zwischen der oberen Werkstückoberfläche 10 und der unteren Werkstückoberfläche 11 liegt, bis zu einer unteren Endloch-Schnittkante 26, welche von der unteren Werkstückoberfläche 11 gebildet wird. Der Durchmesser D des Endlochs 17 ist vorzugsweise zwischen 0,5 und 2 mm und insbesondere ca. 1 mm größer als der Durchmesser des zuvor erzeugten Vorlochs 16. Dies ermöglicht, dass an der Vorlochwandung 32 und an der unteren Werkstückoberfläche 11 im Bereich der unteren Vorloch-Schnittkante 21 anhaftender Grat 32 zuverlässig und sicher entfernt wird. By widening the pilot hole 16, an end hole 17 with a round cross section is produced in the workpiece 9, which has a larger diameter than the pilot hole 16. The end hole 17 is bounded by an end hole wall 24 formed by the workpiece 9 and extends from an upper end hole cut edge 25 , which lies between the upper workpiece surface 10 and the lower workpiece surface 11, up to a lower end hole cutting edge 26, which is formed by the lower workpiece surface 11. The diameter D of the end hole 17 is preferably between 0.5 and 2 mm and in particular about 1 mm larger than the diameter of the pre-hole 16 previously produced. This allows the pre-hole wall 32 and the lower Workpiece surface 11 in the area of the lower pre-cut edge 21 adhering burr 32 is reliably and safely removed.
Vorzugsweise wird bei der Verbreiterung des Vorlochs 16 zur Erzeugung des Endlochs 17 ein gepulster Laserstrahl 14 (gepulster Laserstrahl) eingesetzt. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass sich das Werkstück 9 beim Erzeugen des Endlochs 17 weniger stark erwärmt, so dass das metallische Material des Werkstücks 9 an der Bearbeitungsstelle fester ist und sich eine gut definierte bzw. scharfe untere Endloch-Schnittkante 26 ergibt, welche das Abfließen der Schmelze beim Verbreitern des Vorlochs 16 erleichtert. Diese Maßnahme trägt dazu bei zu verhindern, dass sich Schmelze vor allem an der unteren Werkstückoberfläche 11 absetzt und dort einen Grat bildet. A pulsed laser beam 14 (pulsed laser beam) is preferably used when widening the preliminary hole 16 to produce the final hole 17 . This advantageously allows the workpiece 9 to heat up less when the end hole 17 is created, so that the metallic material of the workpiece 9 is stronger at the machining point and a well-defined or sharp lower end hole cut edge 26 results, which Drainage of the melt easier when widening the pilot hole 16. This measure helps to prevent the melt from being deposited primarily on the lower workpiece surface 11 and forming a burr there.
Vorzugsweise wird ein gepulster Laserstrahl 14 (Laserstrahl) mit einer mittleren Leistung von mindestens 200 W und einer Pulsspitzenleistung von mindestens 2000 W und einer Pulsfrequenz zwischen 10 Hz und 200 Hz eingesetzt. Je nach Werkstückmaterial und gewünschter Kantenqualität können Stickstoff (N), Druckluft oder Sauerstoff (O2) als Arbeitsgas eingesetzt werden. A pulsed laser beam 14 (laser beam) with an average power of at least 200 W and a pulse peak power of at least 2000 W and a pulse frequency between 10 Hz and 200 Hz is preferably used. Depending on the workpiece material and the desired edge quality, nitrogen (N), compressed air or oxygen (O2) can be used as the working gas.
Wie in Figur 2C gezeigt, ist es vorteilhaft, wenn die Strahldüse 13 für das Erzeugen des Endlochs 17 so weit nach unten verfahren wurde, dass sie in die Senkung 18 eintaucht, d.h. die Düsenspitze 33 befindet sich unterhalb der oberen Werkstückoberfläche 10 bzw. unterhalb der Ebene, die durch die obere Werkstückoberfläche 10 definiert ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass sowohl der Laserstrahl 14 als auch der Arbeitsgasstrahl 15 an der Auftreffstelle am Werkstück 9 weniger stark aufgefächert sind, so dass genauer geschnitten werden kann und das Endloch 17 mit besonders hoher Präzision herstellbar ist. Zudem wird hierdurch entgegengewirkt, dass sich beim Erzeugen des Endlochs 17 entstehende Schmelze an der oberen Werkstückoberfläche 10 ablagert und dort einen Grat bildet. Hinzu kommt, dass die Schmelze durch den besonders stark fokussierten Arbeitsgasstrahl 15 besonders effizient durch das Vorloch 16 ausgetrieben werden kann, so dass auch einer Ablagerung von Schmelze an der oberen Werkstückoberfläche 10 entgegengewirkt wird. Dies sind große Vorteile, die durch diese Maßnahme erreicht werden können. As shown in Figure 2C, it is advantageous if the jet nozzle 13 is moved so far down to create the end hole 17 that it dips into the countersink 18, i.e. the nozzle tip 33 is below the upper workpiece surface 10 or below the Plane defined by the upper workpiece surface 10. This has the particular advantage that both the laser beam 14 and the working gas jet 15 fan out less at the point of impact on the workpiece 9, so that cutting can be carried out more precisely and the final hole 17 can be produced with particularly high precision. In addition, this counteracts the situation where the melt produced when the end hole 17 is produced is deposited on the upper workpiece surface 10 and forms a burr there. In addition, the melt can be expelled particularly efficiently through the pilot hole 16 by the particularly strongly focused working gas jet 15, so that a deposit of melt on the upper workpiece surface 10 is also counteracted. These are great advantages that can be achieved by this measure.
Es wird nun Bezug auf die Figuren 3A bis 3D genommen, worin eine weitere beispielhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks 9 durch die Strahlvorrichtung 1 von Figur 1 in schematischer Weise veranschaulicht ist. Die Verfahrensschritte der Figuren 3A, 3B und 3D entsprechen den Verfahrensschritten der Figuren 2A, 2B und 2C, wobei zur Vermeidung unnötiger Wiederholungen auf obige Ausführungen zu den Figuren 2A, 2B und 2C Bezug genommen wird. Die anhand der Figuren 3A bis 3D veranschaulichte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens unterscheidet sich von der anhand der Figuren 2A bis 2C veranschaulichten Ausgestaltung nur im Verfahrensschritt von Figur 3C. Reference is now made to FIGS. 3A to 3D, in which a further exemplary embodiment of the method according to the invention for laser beam machining of a workpiece 9 by the beam device 1 from FIG. 1 is shown in a schematic manner is illustrated. The method steps in FIGS. 3A, 3B and 3D correspond to the method steps in FIGS. 2A, 2B and 2C, reference being made to the above statements on FIGS. 2A, 2B and 2C in order to avoid unnecessary repetition. The embodiment of the method according to the invention illustrated with reference to FIGS. 3A to 3D differs from the embodiment illustrated with reference to FIGS. 2A to 2C only in the method step of FIG. 3C.
Demnach erfolgt zeitlich nach dem Erzeugen der Senkung 18 (Figur 3B) und vor dem Verbreitern des Vorlochs 16 zum Erzeugen des Endlochs 17 (Figur 3D) eine aktive Kühlung der Senkung 18 und des Vorlochs 16 (bzw. des verbleibenden Teils des Vorlochs 16) durch ein gasförmiges oder flüssiges Kühlmedium. Wie in Figur 3C veranschaulicht, wird zu diesem Zweck vorteilhaft das Arbeitsgas aus dem Arbeitsgasstrahl 15 eingesetzt, wobei der Laserstrahl 14 ausgeschaltet ist. Die Auftreffstelle am Werkstück 9 wird typischerweise mit einem Arbeitsgas mit einem (initialen) Gasdruck im Bereich von 2 bis 20 bar beaufschlagt. Das expandierende Arbeitsgas führt daher zu einer sehr effizienten Kühlung des metallischen Werkstücks 9, wobei die Effizienz der Kühlung umso besser ist, je heißer das zu kühlende Werkstück 9 ist. Durch die aktive Kühlung wird das metallische Material des Werkstücks 9 fester, so dass die untere Vorloch-Schnittkante 26 genau definiert ist, was das Abfließen der Schmelze durch das Vorloch 16 erleichtert. Auch diese Maßnahme trägt dazu bei, dass die Geometrie des Endlochs 17 sehr genau eingestellt werden kann. Zudem kann einem Anhaften von Grat an der unteren Werkstückoberfläche 11 entgegengewirkt werden. Accordingly, the countersink 18 and the pilot hole 16 (or the remaining part of the pilot hole 16) are actively cooled after the creation of the countersink 18 (Figure 3B) and before the widening of the pilot hole 16 to produce the end hole 17 (Figure 3D). a gaseous or liquid cooling medium. As illustrated in FIG. 3C, the working gas from the working gas jet 15 is advantageously used for this purpose, with the laser beam 14 being switched off. The point of impact on the workpiece 9 is typically subjected to a working gas with an (initial) gas pressure in the range from 2 to 20 bar. The expanding working gas therefore leads to a very efficient cooling of the metallic workpiece 9, the efficiency of the cooling being all the better the hotter the workpiece 9 to be cooled is. The metallic material of the workpiece 9 becomes firmer as a result of the active cooling, so that the lower pre-hole cutting edge 26 is precisely defined, which facilitates the flow of the melt through the pre-hole 16 . This measure also contributes to the fact that the geometry of the end hole 17 can be adjusted very precisely. In addition, sticking of burr to the lower workpiece surface 11 can be counteracted.
In Figur 4 ist ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Das Verfahren umfasst mindestens drei sukzessive Schritte. FIG. 4 shows a flow chart of the method according to the invention. The procedure comprises at least three successive steps.
Hierbei wird in Schritt I zunächst der Laserstrahl im schneidenden Modus entlang einer geschlossenen (Vorloch-)Schnittlinie geführt, wodurch ein (Vor-)Loch im Werkstück erzeugt wird. Anschließend wird in Schritt II der Laserstrahl im nicht-schneidenden Modus entlang mindestens einer geschlossenen Senkungserzeugungslinie ein- oder mehrmalig geführt, wobei die Senkungserzeugungslinie so angeordnet ist, dass eine Senkung um das (Vor-)Loch erzeugt wird, welche in das (Vor-)Loch mündet. In step I, the laser beam is first guided in the cutting mode along a closed (pre-)cutting line, whereby a (pre-)hole is produced in the workpiece. Then, in step II, the laser beam is guided once or several times in non-cutting mode along at least one closed countersink generation line, the countersink generation line being arranged in such a way that a countersink is generated around the (pre)hole, which in the (pre) hole.
Dann wird in einem optionalen Schritt III der Laserstrahl im schneidenden Modus entlang einer geschlossenen Endloch-Schnittlinie geführt, wobei die Endloch-Schnittlinie so angeordnet ist, dass das Loch, das nun ein Vorloch darstellt, innerhalb der Senkung verbreitert und hierdurch ein Endloch erzeugt wird. Then, in an optional step III, the laser beam is guided in the cutting mode along a closed end-hole intersection line, the end-hole intersection line being arranged such that the hole, which now represents a pilot hole, is inside the countersink widened and thereby an end hole is created.
Optional wird zeitlich vor dem Führen des Laserstrahls entlang der (Vorloch-)Schnittlinie ein zum Erzeugen des (Vor-)Lochs auszuschneidender Butzen durch den Laserstrahl im schneidenden Modus zerteilt. Optionally, before the laser beam is guided along the (pre-)cutting line, a slug to be cut out to produce the (pre-)hole is divided by the laser beam in the cutting mode.
Optional wird das Vorloch zeitlich vor der Verbreiterung des Vorlochs durch Kontakt mit einem fluiden Kühlmedium aktiv gekühlt, vorzugsweise durch das Arbeitsgas des Arbeitsgasstrahls, der auf das Werkstück gerichtet wird. Optionally, the pilot hole is actively cooled before the widening of the pilot hole by contact with a fluid cooling medium, preferably by the working gas of the working gas jet, which is directed onto the workpiece.
Beispiel 1 example 1
Herstellung von Senkungen für Senkkopfschrauben mit metrischen GewindegrößenProduction of countersinks for countersunk screws with metric thread sizes
M3 - M6 mittels Laserstrahl M3 - M6 using a laser beam
Zunächst wird ein Vorloch ausgeschnitten mit einem Durchmesser, der ca. 1 mm kleiner ist als der mittlere Kernlochdurchmesser der Senkkopfschraube, so dass die Schmelze die im nächsten Schritt bei der Erzeugung der Senkung anfällt, durch das Vorloch ausgetrieben werden kann. First, a pilot hole is cut out with a diameter that is approx. 1 mm smaller than the average core hole diameter of the countersunk screw, so that the melt that occurs in the next step when creating the countersink can be expelled through the pilot hole.
Anschließend wird mit einem großen Abstand der Strahldüse von der oberen Werkstückoberfläche (ca. 50 mm) und gezündetem Laserstrahl eine kreisförmige Senkungserzeugungsbahn mit einem Durchmesser von 5 mm bis 15 mm überfahren, wobei als Arbeitsgas Sauerstoff (O2) eingesetzt wird. Die Anzahl der Überfahrten hängt von der Tiefe der einzubringenden Senkung ab, wobei in aller Regel zwei bis 25 Überfahrten durchgeführt werden. Hierdurch wird die Senkung für den Kopf der Senkkopfschraube erzeugt. Alternativ wird eine spiralförmige Bahn überfahren. Then, with the blasting nozzle at a large distance from the upper workpiece surface (approx. 50 mm) and the laser beam ignited, a circular countersinking path with a diameter of 5 mm to 15 mm is traversed, with oxygen (O2) being used as the working gas. The number of passes depends on the depth of the sinking to be made, with two to 25 passes usually being carried out. This creates the countersink for the head of the countersunk screw. Alternatively, a spiral path is traversed.
Dann wird das Vorloch durch einen im Pulsbetrieb eingesetzten Laserstrahl auf Norm- Maß geschnitten, wobei der Durchmesser des Endlochs ca. 1 mm größer ist als der Durchmesser des Vorlochs. Hierdurch kann die Schlacke, welche im Vorloch und insbesondere an der unteren Werkzeugoberfläche im Bereich der unteren Vorloch-Schnitt- kante anhaftet, zuverlässig entfernt werden. Vorteilhafte Schneidparameter sind: gepulste mittlere Laserleistung (Pulsfrequenz 10 Hz): 400 W, Pulsspitzenleistung: 3000 W oder 6000 W, Vorschub: 0,1 m/min, Abstand zwischen Strahldüse und oberer Werkstückoberfläche: 1 ,2 mm, Gasdruck des Arbeitsgases: 3,3 bar. Beispiel 2 Then the pre-hole is cut to standard size by a laser beam used in pulse mode, with the diameter of the final hole being approx. 1 mm larger than the diameter of the pre-hole. As a result, the slag adhering in the pilot hole and in particular on the lower tool surface in the area of the lower pilot hole cutting edge can be reliably removed. Advantageous cutting parameters are: pulsed average laser power (pulse frequency 10 Hz): 400 W, pulse peak power: 3000 W or 6000 W, feed: 0.1 m/min, distance between jet nozzle and upper workpiece surface: 1.2 mm, gas pressure of the working gas: 3 .3 bars. example 2
Herstellung von Senkungen für Senkkopfschrauben mit metrischen Gewindegrößen M8 - M12 mittels Laserstrahl Production of countersinks for countersunk screws with metric thread sizes M8 - M12 using a laser beam
Vor dem Schneiden des Vorloches wird ein Zerteilen des Butzens durchgeführt, indem Schnittspalte in Kreuzform mit überlagerter Spiralform in den auszuschneidenden Butzen eingebracht werden. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Butzen des Vorlochs zuverlässig fällt und somit das Vorloch immer frei ist, so dass die Schmelze, welche bei der Senkungserzeugung anfällt, durch das Vorloch ausgetrieben werden kann. Dann wird das Vorloch geschnitten mit einem Durchmesser, der ca. 1 mm kleiner ist als der mittlere Kernlochdurchmesser der Senkkopfschraube. Before the pilot hole is cut, the slug is divided by cutting gaps in the shape of a cross with a superimposed spiral shape in the slug to be cut out. This ensures that the slug of the pilot hole falls reliably and the pilot hole is therefore always free, so that the melt that occurs when the countersink is created can be expelled through the pilot hole. Then the pilot hole is cut with a diameter that is approx. 1 mm smaller than the middle core hole diameter of the countersunk screw.
Anschließend wird mit einem großen Abstand der Strahldüse von der oberen Werkstückoberfläche (ca. 50 mm) und gezündetem Laserstrahl eine kreisförmige Senkungserzeugungsbahn mit einem Durchmesser von 10 mm bis 15 mm überfahren, wobei als Arbeitsgas Sauerstoff (O2) eingesetzt wird. Die Anzahl der Überfahrten hängt von der Tiefe der einzubringenden Senkung ab, wobei in aller Regel 10 bis 25 Überfahrten durchgeführt werden. Hierdurch wird die Senkung für den Kopf der Senkkopfschraube erzeugt. Alternativ wird eine spiralförmige Bahn überfahren. Then, with the blasting nozzle at a large distance from the upper surface of the workpiece (approx. 50 mm) and the laser beam ignited, a circular countersinking path with a diameter of 10 mm to 15 mm is traversed, with oxygen (O2) being used as the working gas. The number of passes depends on the depth of the sinking to be made, with generally 10 to 25 passes being made. This creates the countersink for the head of the countersunk screw. Alternatively, a spiral path is traversed.
Dann wird das Vorloch durch einen im Pulsbetrieb eingesetzten Laserstrahl auf Norm- Maß geschnitten, wobei der Durchmesser des Endlochs ca. 1 mm größer ist als der Durchmesser des Vorlochs. Vorteilhafte Schneidparameter sind: gepulste mittlere Laserleistung (Pulsfrequenz 10 Hz): 400 W, Pulsspitzenleistung: 3000 W oder 6000 W, Vorschub: 0,1 m/min, Abstand zwischen Strahldüse und oberer Werkstückoberfläche: 1 ,2 mm, Gasdruck des Arbeitsgases: 3,3 bar. Then the pre-hole is cut to standard size by a laser beam used in pulse mode, with the diameter of the final hole being approx. 1 mm larger than the diameter of the pre-hole. Advantageous cutting parameters are: pulsed average laser power (pulse frequency 10 Hz): 400 W, pulse peak power: 3000 W or 6000 W, feed: 0.1 m/min, distance between jet nozzle and upper workpiece surface: 1.2 mm, gas pressure of the working gas: 3 .3 bars.
Beispiel 3 Example 3
Herstellung einer Senkung für Senkkopfschraube mit metrischer Gewindegröße M8 in 8 mm Baustahl mittels Laserstrahl Production of a countersink for a countersunk screw with a metric thread size M8 in 8 mm mild steel using a laser beam
Vor dem Schneiden des Vorloches wird ein Zerteilen des Butzens durchgeführt, indem Schnittspalte in Kreuzform mit überlagerter Spiralform in den auszuschneidenden Butzen eingebracht werden. Als Arbeitsgas wird Sauerstoff (O2), Stickstoff (N) oder Druckluft eingesetzt. Dann wird das Vorloch geschnitten, mit einem Durchmesser von 8 mm, der ca. 1 mm kleiner ist als der mittlere Kernlochdurchmesser der Senkkopfschraube. Anschließend wird mit großem Abstand der Strahldüse von der oberen Werkstückoberfläche (ca. 50 mm) und gezündetem Laserstrahl eine kreisförmige Senkungserzeugungsbahn mit einem Durchmesser von 12,6 mm überfahren, wobei als Arbeitsgas Sauerstoff (O2) eingesetzt wird. Es erfolgen 17 Überfahrten, wobei eine Senkung mit einem Durchmesser von 14 mm und einer Tiefe von 4,4 mm bis 4,5 mm im Blech erzeugt wird. Alternativ wird eine spiralförmige Bahn überfahren. Vorteilhafte Laserparameter sind: Laserleistung: 4000 W, Vorschub: 10 m/min, Abstand zwischen Strahldüse und oberer Werkstückoberfläche (A): 50 mm, Gasdruck des Arbeitsgases: 3,3 bar, Fokusdurchmesser: 210 pm/150 pm. Before the pilot hole is cut, the slug is divided by cutting gaps in the shape of a cross with a superimposed spiral shape in the slug to be cut out. Oxygen (O2), nitrogen (N) or compressed air is used as the working gas. Then the pilot hole is cut with a diameter of 8 mm, which is approx. 1 mm smaller than the middle core hole diameter of the countersunk screw. Then, with the jet nozzle at a large distance from the upper surface of the workpiece (approx. 50 mm) and the laser beam ignited, a circular depression generation path with a diameter of 12.6 mm is traversed, with oxygen (O2) being used as the working gas. 17 passes are made, creating a countersink with a diameter of 14 mm and a depth of 4.4 mm to 4.5 mm in the sheet. Alternatively, a spiral path is traversed. Advantageous laser parameters are: laser power: 4000 W, feed rate: 10 m/min, distance between jet nozzle and upper workpiece surface (A): 50 mm, gas pressure of the working gas: 3.3 bar, focus diameter: 210 pm/150 pm.
Dann wird das Vorloch durch einen im Pulsbetrieb eingesetzten Laserstrahl auf Norm- Maß mit einem Durchmesser von 9 mm geschnitten, wobei Sauerstoff (O2) als Arbeitsgas eingesetzt wird. Vorteilhafte Schneidparameter sind: gepulste mittlere Laserleistung (Pulsfrequenz 10 Hz): 400 W, Pulsspitzenleistung: 4000 W, Vorschub: 0,7 m/min, Abstand zwischen Strahldüse und oberer Werkstückoberfläche (A): 0,7 mm, Gasdruck des Arbeitsgases: 17 bar, Fokusdurchmesser: 210 pm. The pilot hole is then cut to a standard size with a diameter of 9 mm using a pulsed laser beam, with oxygen (O2) being used as the working gas. Advantageous cutting parameters are: pulsed average laser power (pulse frequency 10 Hz): 400 W, pulse peak power: 4000 W, feed: 0.7 m/min, distance between jet nozzle and upper workpiece surface (A): 0.7 mm, gas pressure of the working gas: 17 bar, focus diameter: 210 pm.
Wie sich aus vorstehender Beschreibung ergibt, betrifft die Erfindung: As can be seen from the above description, the invention relates to:
Ein Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks mit einem fokussierten Laserstrahl, bei welchem der Laserstrahl durch Ändern der Streckenenergie des Laserstrahls in einem das Werkstück schneidenden oder nicht-schneidenden Modus eingesetzt werden kann, mit den folgenden Schritten in dieser Reihenfolge: A method of laser beam machining a workpiece with a focused laser beam, in which the laser beam can be used in a workpiece-cutting or non-cutting mode by changing the line energy of the laser beam, comprising the following steps in order:
Führen des Laserstrahls im schneidenden Modus entlang einer geschlossenen Schnittlinie, wodurch ein Loch im Werkstück erzeugt wird, ein- oder mehrmaliges Führen des Laserstrahls im nicht-schneidenden Modus entlang mindestens einer geschlossenen Senkungserzeugungslinie, wobei die Senkungserzeugungslinie so zur Schnittlinie angeordnet ist, dass eine das Loch umgebende Senkung erzeugt wird, die in das Loch mündet. Guiding the laser beam in cutting mode along a closed cutting line, creating a hole in the workpiece, guiding the laser beam in non-cutting mode one or more times along at least one closed countersink generation line, the countersink generation line being arranged in relation to the cutting line in such a way that the hole surrounding countersink is created, which opens into the hole.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Laserstrahl entlang einer kreisförmigen Schnittlinie geführt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Laserstrahl ein- oder mehrmals entlang mindestens einer kreisförmigen Senkungserzeugungslinie geführt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die mindestens eine kreisförmige Senkungserzeugungslinie konzentrisch und mit radialem Abstand zur kreisförmigen Schnittlinie angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das Loch und die Senkung jeweils mit einem Laserstrahl im Dauerstrich erzeugt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Führen des Laserstrahls entlang der Schnittlinie ein zum Erzeugen des Lochs auszuschneidender Butzen durch den Laserstrahl im schneidenden Modus zerteilt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt in senkrechter Sicht durch das Werkstück ein kürzester Abstand zwischen dem Loch und einen die umgebende Senkung begrenzenden äußeren Senkungsrand stets mindestens 0,5 mm. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der kürzeste Abstand zwischen dem Loch und dem die Senkung begrenzenden äußeren Senkungsrand stets im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Laserstrahl zum Erzeugen der Senkung ein einziges Mal entlang einer einzigen Senkungserzeugungslinie geführt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Laserstrahl zum Erzeugen der Senkung mehrmals entlang einer einzigen Senkungserzeugungslinie geführt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind zum Erzeugen der Senkung mehrere Senkungserzeugungslinien vorgesehen, wobei zwei unmittelbar benachbarte Senkungserzeugungslinien stets einen von Null verschiedenen Abstand aufweisen, und wobei der Laserstrahl zum Erzeugen der Senkung ein- oder mehrmals entlang einer jeden der mehreren Senkungserzeugungslinien geführt wird. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Mehrzahl kreisförmiger konzentrischer Senkungserzeugungslinien vorgesehen, deren Durchmesser nach radial außen jeweils um 0,5 bis 2 mm zunimmt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine radial innerste Senkungserzeugungslinie einen radialen Versatz von der Schnittkante des Lochs auf, der von 0,25 bis 1 mm beträgt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Laserstrahl ein- oder mehrmals entlang mindestens einer spiralförmigen Senkungserzeugungslinie geführt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine spiralförmige Senkungserzeugungslinie vorgesehen, die bei erfolgtem vollständigem Umlauf eine Vergrößerung des Durchmessers von 0,25 bis 1 mm aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt eine Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück im nicht-schneidenden Modus weniger als ein Prozentwert, gewählt aus 50%, 40%, 30%, 20%, 10% und 1 %, einer Streckenenergie des Laserstrahls auf dem Werkstück im schneidenden Modus. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Streckenenergie des Laserstrahls durch Ändern eines Strahldurchmessers des Laserstrahls auf einer Werkstückoberfläche des Werkstücks geändert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt der Strahldurchmesser des Laserstrahls auf dem Werkstück im schneidenden Modus weniger als ein Prozentwert, gewählt aus 50%, 40%, 30%, 20%, 10% und 1 %, des Strahldurchmessers im nicht-schneidenden Modus. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Strahldurchmesser des Laserstrahls auf der Werkstückoberfläche des Werkstücks durch Ändern einer Fokuslage relativ zum Werkstück geändert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Fokuslage des Laserstrahls relativ zum Werkstück durch Verfahren einer Strahldüse zum Abgeben des Laserstrahls mit einer zur Werkstückoberfläche senkrechten Bewegungskomponente geändert. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt ein Abstand einer Strahldüse zum Abgeben des Laserstrahls von einer Werkstückoberfläche im schneidenden Modus weniger als 2 mm und im nicht-schneidenden Modus mindestens 30 mm. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine Strahlachse des Laserstrahls im schneidenden und nicht-schneidenden Modus stets senkrecht zum Werkstück gerichtet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden ein oder mehrere angesenkte Löcher in einem mit dem übrigen Werkstück verbundenen Werkstückteil erzeugt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Werkstückteil nach Erzeugen der angesenkten Löcher vom Werkstück freigeschnitten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Loch einen Durchmesser auf, der gleich groß wie oder kleiner als eine Werkstückdicke des Werkstücks ist. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the laser beam is guided along a circular cutting line. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the laser beam is guided one or more times along at least one circular depression generation line. According to a preferred embodiment of the method according to the invention at least one circular counterbore generating line disposed concentrically and radially spaced from the circular cutting line. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the hole and the countersink are each produced with a continuous-wave laser beam. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, before the laser beam is guided along the cutting line, a slug to be cut out to produce the hole is divided by the laser beam in the cutting mode. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the shortest distance between the hole and an outer edge of the countersink delimiting the surrounding countersink when viewed vertically through the workpiece is always at least 0.5 mm. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the shortest distance between the hole and the outer edge of the countersink delimiting the countersink is always in the range of 0.5 mm to 10 mm. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the laser beam for generating the countersink is guided once along a single countersink generation line. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the laser beam is guided several times along a single countersink generation line to produce the countersink. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, a plurality of countersink generation lines are provided for producing the countersink, with two directly adjacent countersink generation lines always being at a distance other than zero, and with the laser beam being guided one or more times along each of the multiple countersink generation lines to produce the countersink. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, a plurality of circular, concentric countersink generation lines is provided, the diameter of which increases radially outward by 0.5 to 2 mm in each case. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, a radially innermost countersink generation line has a radial offset from the cut edge of the hole which is from 0.25 to 1 mm. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the laser beam is guided one or more times along at least one spiral depression generation line. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, a helical countersink generation line is provided which, when it has completed a complete revolution, has an increase in diameter of 0.25 to 1 mm. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, a distance energy of the laser beam on the workpiece in the non-cutting mode is less than a percentage selected from 50%, 40%, 30%, 20%, 10% and 1%, a distance energy of the laser beam on the workpiece in cutting mode. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the line energy of the laser beam is changed by changing a beam diameter of the laser beam on a workpiece surface of the workpiece. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the beam diameter of the laser beam on the workpiece in the cutting mode is less than a percentage selected from 50%, 40%, 30%, 20%, 10% and 1% of the beam diameter in the non-cutting mode . According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the beam diameter of the laser beam on the workpiece surface of the workpiece is changed by changing a focus position relative to the workpiece. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the focus position of the laser beam is changed relative to the workpiece by moving a jet nozzle for emitting the laser beam with a movement component perpendicular to the workpiece surface. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, a distance of a jet nozzle for emitting the laser beam from a workpiece surface is less than 2 mm in the cutting mode and at least 30 mm in the non-cutting mode. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, a beam axis of the laser beam is always directed perpendicular to the workpiece in the cutting and non-cutting mode. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, one or more countersunk holes are produced in a workpiece part which is connected to the rest of the workpiece. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the workpiece part is cut free from the workpiece after the countersunk holes have been produced. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the hole has a diameter which is equal to or smaller than a workpiece thickness of the workpiece.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens umfasst es die folgenden Schritte in dieser Reihenfolge: According to a preferred embodiment of the method according to the invention, it comprises the following steps in this order:
Führen des Laserstrahls im schneidenden Modus entlang einer geschlossenen Vorloch-Schnittlinie, wodurch ein Vorloch im Werkstück erzeugt wird, ein- oder mehrmaliges Führen des Laserstrahls im nicht-schneidenden Modus entlang mindestens einer geschlossenen Senkungserzeugungslinie, wobei die Senkungserzeugungslinie so zur Schnittlinie angeordnet ist, dass eine das Vorloch umgebende Senkung erzeugt wird, die in das Vorloch mündet, Guiding the laser beam in cutting mode along a closed pre-hole cutting line, creating a pre-hole in the workpiece, guiding the laser beam in non-cutting mode one or more times along at least one closed countersink generation line, the countersink generation line being arranged in relation to the cutting line such that a the countersink surrounding the pilot hole is produced, which flows into the pilot hole,
Führen des Laserstrahls im schneidenden Modus entlang einer geschlossenen Endloch-Schnittlinie, wobei die Endloch-Schnittlinie so zur Vorloch-Schnittlinie angeordnet ist, dass das Vorloch zur Erzeugung eines Endlochs verbreitert wird, wobei sich das Endloch in senkrechter Sicht durch das Werkstück innerhalb der Senkung befindet. Guide the laser beam in cutting mode along a closed End hole cut line, the end hole cut line being positioned relative to the pre-hole cut line such that the pre-hole is widened to create an end hole, the end hole being within the countersink when viewed perpendicularly through the workpiece.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Laserstrahl entlang einer kreisförmigen Vorloch-Schnittlinie geführt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Laserstrahl entlang einer kreisförmigen Endloch-Schnittlinie geführt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die kreisförmige Endloch-Schnittlinie konzentrisch und mit radialem Abstand zu einer kreisförmigen Vorloch-Schnittlinie angeordnet. Vorzugsweise wird der Laserstrahl ein- oder mehrmals entlang mindestens einer kreisförmigen Senkungserzeugungslinie geführt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mindestens eine kreisförmige Senkungserzeugungslinie konzentrisch und mit radialem Abstand zur kreisförmigen Vorloch- Schnittlinie angeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens befindet sich während der Vergrößerung des Vorlochs eine Düsenspitze einer Strahldüse, aus der der Laserstrahl austritt, innerhalb der Senkung und unterhalb einer durch die der Strahldüse zugewandten Werkstückoberfläche definierten Ebene. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Vergrößerung des Vorlochs mit einem gepulst betriebenen Laserstrahl. Vorzugsweise weist der im Pulsbetrieb eingesetzte Laserstrahl eine mittlere Leistung von mindestens 200 W, eine Pulsspitzenleistung von mindestens 2000 W und eine Pulsfrequenz zwischen 10 Hz und 200 Hz auf. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden das Vorloch und die Senkung jeweils mit einem Laserstrahl im Dauerstrich erzeugt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Vorloch zeitlich vor der Vergrößerung des Vorlochs durch Kontakt mit einem fluiden Kühlmedium aktiv gekühlt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur aktiven Kühlung des Vorlochs ein Arbeitsgasstrahl aus komprimiertem Arbeitsgas, welcher im schneidenden und nicht-schneidenden Modus mit dem Laserstrahl zusammenwirkt, auf das Werkstück gerichtet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vor dem Führen des Laserstrahls entlang der Vorloch-Schnittlinie ein zum Erzeugen des Vorlochs auszuschneidender Butzen durch den Laserstrahl im schneidenden Modus zerteilt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beträgt in senkrechter Sicht durch das Werkstück ein kürzester Abstand zwischen dem Endloch und einem die umgebende Senkung begrenzenden äußeren Senkungsrand stets mindestens 0,5 mm. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der kürzeste Abstand zwischen dem Endloch und dem die umgebende Senkung begrenzenden äußeren Senkungsrand stets im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein rundes Vorloch erzeugt, das einen Durchmesser aufweist, der um 0,5 bis 2 mm kleiner ist als ein Durchmesser des Endlochs. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist eine radial innerste Senkungserzeugungslinie einen radialen Versatz von der Schnittkante des Vorlochs auf, der von 0,25 bis 1 mm beträgt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens weist das Endloch einen Durchmesser auf, der gleich groß wie oder kleiner als eine Werkstückdicke des Werkstücks ist. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the laser beam is guided along a circular pre-hole cutting line. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the laser beam is guided along a circular end hole cutting line. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the circular final hole cutting line is arranged concentrically and at a radial distance from a circular pre-hole cutting line. Preferably, the laser beam is guided one or more times along at least one circular countersink generation line. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, at least one circular countersink generation line is arranged concentrically and at a radial distance from the circular pilot hole cutting line. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, during the enlargement of the preliminary hole, a nozzle tip of a jet nozzle from which the laser beam emerges is located within the countersink and below a plane defined by the workpiece surface facing the jet nozzle. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the preliminary hole is enlarged with a pulsed laser beam. The laser beam used in pulsed mode preferably has an average power of at least 200 W, a pulse peak power of at least 2000 W and a pulse frequency of between 10 Hz and 200 Hz. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the pilot hole and the countersink are each produced with a continuous-wave laser beam. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the pilot hole is actively cooled by contact with a fluid cooling medium before the pilot hole is enlarged. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, a working gas jet of compressed working gas, which interacts with the laser beam in the cutting and non-cutting mode, is directed onto the workpiece for active cooling of the pilot hole. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, before the laser beam is guided along the pre-hole cutting line, a slug to be cut out to produce the pre-hole is divided by the laser beam in the cutting mode. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, when viewed perpendicularly through the workpiece, a shortest distance between the end hole and a surrounding countersink is limiting outer edge of countersinking is always at least 0.5 mm. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the shortest distance between the end hole and the outer edge of the countersink delimiting the surrounding countersink is always in the range of 0.5 mm to 10 mm. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, a round preliminary hole is produced which has a diameter which is 0.5 to 2 mm smaller than a diameter of the final hole. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, a radially innermost countersink generation line has a radial offset from the cutting edge of the pilot hole, which is from 0.25 to 1 mm. According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the end hole has a diameter which is equal to or smaller than a workpiece thickness of the workpiece.
Wie sich aus vorstehender Beschreibung ergibt, stellt die Erfindung ein neuartiges Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks zur Verfügung, bei dem angesenkte Löcher in einem Werkstück in einfacher und kostengünstiger Weise mit hoher Präzision und Qualität effizient herstellbar sind. Ein angesenktes Loch kann in zwei Schritten hergestellt werden, wobei in einem ersten Schritt ein Loch im Werkstück erzeugt wird, gefolgt von einem zweiten Schritt, bei dem eine Senkung um das Loch ausgebildet wird (umlaufende Senkung). Optional kann ein dritter Schritt hinzugefügt werden, wobei die Herstellung eines ansenkten Lochs dann drei Schritte umfasst: in einem ersten Schritt wird ein Loch im Werkstück erzeugt, welches ein Vorloch darstellt, gefolgt von einem zweiten Schritt, bei dem eine Senkung um das Vorloch ausgebildet wird (umlaufende Senkung), gefolgt von einem dritten Schritt, bei dem das Vorloch in seinem Durchmesser verbreitert wird, so dass ein Endloch erzeugt wird. As is apparent from the foregoing, the present invention provides a novel method for laser beam machining of a workpiece, in which counterbored holes can be efficiently formed in a workpiece with high precision and quality in a simple and inexpensive manner. A countersunk hole can be made in two steps, with a first step creating a hole in the workpiece, followed by a second step forming a countersink around the hole (circumferential countersink). Optionally, a third step can be added, whereby the production of a countersunk hole then comprises three steps: in a first step, a hole is created in the workpiece, which represents a pilot hole, followed by a second step in which a countersink is formed around the pilot hole (Circumferential countersinking), followed by a third step in which the diameter of the pre-hole is widened so that a final hole is produced.
Die bei der Erzeugung der Senkung gebildete Schmelze kann durch das (Vor-)Loch sehr gut nach unten aus dem Werkstück ausgetrieben werden. Eventuell an den Wänden des (Vor-) Lochs und an der unteren Werkstückoberfläche im Bereich des (Vor-) Lochs anhaftende Schlacke wird bei der optionalen Verbreiterung des Lochs, welches dann ein Vorloch darstellt, automatisch mit entfernt, so dass ein gratfreies Endloch mit gratfreien Schnittkante entsteht. Auf eine aufwändige mechanische Nachbearbeitung zum spanenden Einbringen von Senkungen und Entfernen von Grat an den Schnittkanten kann verzichtet werden. Eine Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in bereits bestehende Laserstrahlbearbeitungsvorrichtungen ist in einfacher Weise möglich, ohne hierfür aufwändige technische Maßnahmen vorsehen zu müssen. Vielmehr kann durch bloßen Eingriff in die Maschinensteuerung eine gewünschte Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks durch das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden. The melt formed when creating the countersink can be expelled very easily through the (pilot) hole downwards out of the workpiece. Any slag adhering to the walls of the (pre-)hole and to the lower workpiece surface in the area of the (pre-)hole is automatically removed with the optional widening of the hole, which then represents a pre-hole, so that a burr-free end hole with burr-free cutting edge is formed. There is no need for time-consuming mechanical post-processing to machine countersinks and remove burrs on the cut edges. An implementation of the method according to the invention in already existing laser beam processing devices is possible in a simple manner without having to provide complex technical measures for this purpose. Rather, through Mere intervention in the machine control a desired laser beam processing of a workpiece can be realized by the method according to the invention.
Bezuqszeichenliste Reference character list
1 Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung1 laser beam processing device
2 Strahlschneideinrichtung 2 jet cutting device
3 Strahlkopf 3 jet head
4 Arbeitstisch 4 work table
5 Werkstückauflage 5 workpiece support
6 Querträger 6 crossbars
7 Führungsschlitten 7 guide carriages
8 Laserstrahlquelle 8 laser beam source
9 Werkstück 9 workpiece
10 obere Werkstückoberfläche 10 upper workpiece surface
11 untere Werkstückoberfläche 11 lower workpiece surface
12 Steuereinrichtung 12 controller
13 Strahldüse 13 jet nozzle
14 Laserstrahl 14 laser beam
15 Arbeitsgasstrahl 15 working gas jet
16 (Vor-) Loch 16 (first) hole
17 Endloch 17 end hole
18 Senkung 18 lowering
19 Strahlachse 19 beam axis
20 obere (Vor-)Loch-Schnittkante 20 upper (pre-)hole cutting edge
21 untere (Vor-)Loch-Schnittkante 21 lower (pre-)hole cut edge
21 (Vorloch-)Schnittlinie 21 (pre-punch) cutting line
22 Endloch-Schnittlinie 22 end hole cutting line
23 (Vor-)Lochwandung 23 (pre-) hole wall
24 Endlochwandung 24 end hole wall
25 obere Endloch-Schnittkante 25 top end hole cut edge
26 untere Endloch-Schnittkante 26 bottom end hole cut edge
27 äußerer Senkungsrand 27 outer countersink edge
28 innerer Senkungsrand 28 inner countersink edge
29 Senkungserzeugungslinie 29 subsidence generation line
30 Flanke 30 flank
31 Mittenachse 31 center axis
32 Grat 32 ridges
33 Düsenspitze 33 nozzle tip

Claims

Patentansprüche patent claims
1 . Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks (9) mit einem fokussierten Laserstrahl (14), bei welchem der Laserstrahl (14) durch Ändern der Streckenenergie des Laserstrahls (14) in einem das Werkstück (9) schneidenden oder nicht-schneidenden Modus eingesetzt werden kann, mit den folgenden Schritten in dieser Reihenfolge: 1 . Method for laser beam processing of a workpiece (9) with a focused laser beam (14), in which the laser beam (14) can be used in a mode that cuts or does not cut the workpiece (9) by changing the line energy of the laser beam (14), with the following steps in this order:
Führen des Laserstrahls (14) im schneidenden Modus entlang einer geschlossenen Schnittlinie (21), wodurch ein Loch (16) im Werkstück (9) erzeugt wird, ein- oder mehrmaliges Führen des Laserstrahls (14) im nicht-schneidenden Modus entlang mindestens einer geschlossenen Senkungserzeugungslinie (29), wobei die Senkungserzeugungslinie (29) so zur Schnittlinie (21) angeordnet ist, dass eine das Loch (16) umgebende Senkung (18) erzeugt wird, die in das Loch (16) mündet. Guiding the laser beam (14) in cutting mode along a closed cutting line (21), creating a hole (16) in the workpiece (9), one or more guiding of the laser beam (14) in non-cutting mode along at least one closed line Countersink generating line (29), wherein the countersink generating line (29) is arranged to the cutting line (21) in such a way that a countersink (18) surrounding the hole (16) and opening into the hole (16) is generated.
2. Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks (9) nach Anspruch 1 , bei welchem der Laserstrahl (14) entlang einer kreisförmigen Schnittlinie (21) geführt wird. 2. Method for laser beam machining of a workpiece (9) according to claim 1, in which the laser beam (14) is guided along a circular cutting line (21).
3. Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks (9) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei welchem der Laserstrahl (14) ein- oder mehrmals entlang mindestens einer kreisförmigen Senkungserzeugungslinie (29) geführt wird. 3. Method for laser beam machining of a workpiece (9) according to one of claims 1 or 2, in which the laser beam (14) is guided one or more times along at least one circular countersink generation line (29).
4. Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks (9) nach den Ansprüchen 2 und 3, bei welchem die mindestens eine kreisförmige Senkungserzeugungslinie (29) konzentrisch und mit radialem Abstand zur kreisförmigen Schnittlinie (21) angeordnet ist. 4. Method for laser beam machining of a workpiece (9) according to claims 2 and 3, in which the at least one circular countersink generating line (29) is arranged concentrically and at a radial distance from the circular cutting line (21).
5. Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem das Loch (16) und die Senkung (18) jeweils mit einem Laserstrahl (14) im Dauerstrich erzeugt werden. 5. A method for laser beam machining of a workpiece (9) according to any one of claims 1 to 4, wherein the hole (16) and the countersink (18) are each produced with a laser beam (14) in the continuous wave.
6. Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei welchem vor dem Führen des Laserstrahls (14) entlang der Schnittlinie (21) ein zum Erzeugen des Lochs (16) auszuschneidender Butzen durch den Laserstrahl (14) im schneidenden Modus zerteilt wird. 6. Method for laser beam machining of a workpiece (9) according to one of Claims 1 to 5, in which, before the laser beam (14) is guided along the cutting line (21), a slug to be cut out to produce the hole (16) is cut out by the laser beam (14) is cut in cutting mode.
7. Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks (9) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem in senkrechter Sicht durch das Werkstück (9) ein kürzester Abstand zwischen dem Loch (16) und einen die umgebende Senkung (18) begrenzenden äußeren Senkungsrand (27) stets mindestens 0,5 mm beträgt. 7. A method for laser beam machining of a workpiece (9) according to any one of claims 1 to 6, wherein in a vertical view through the workpiece (9) a shortest The distance between the hole (16) and an outer edge (27) of the countersink that surrounds the countersink (18) is always at least 0.5 mm.
8. Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks (9) nach Anspruch 7, bei welchem der kürzeste Abstand zwischen dem Loch und dem die Senkung (18) begrenzenden äußeren Senkungsrand (27) stets im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm liegt. 8. Method for laser beam machining of a workpiece (9) according to claim 7, in which the shortest distance between the hole and the countersink (18) delimiting outer edge (27) is always in the range of 0.5 mm to 10 mm.
9. Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks (9) nach Anspruch 1 , mit den folgenden Schritten in dieser Reihenfolge: 9. Method for laser beam machining of a workpiece (9) according to claim 1, with the following steps in this order:
Führen des Laserstrahls (14) im schneidenden Modus entlang einer geschlossenen Vorloch-Schnittlinie (21), wodurch ein Vorloch (16) im Werkstück (9) erzeugt wird, ein- oder mehrmaliges Führen des Laserstrahls (14) im nicht-schneidenden Modus entlang mindestens einer geschlossenen Senkungserzeugungslinie (29), wobei die Senkungserzeugungslinie (29) so zur Schnittlinie (21) angeordnet ist, dass eine das Vorloch (16) umgebende Senkung (18) erzeugt wird, die in das Vorloch (16) mündet,Guiding the laser beam (14) in the cutting mode along a closed pre-hole cutting line (21), whereby a pre-hole (16) is produced in the workpiece (9), guiding the laser beam (14) in the non-cutting mode along at least one or more times a closed countersink generation line (29), the countersink generation line (29) being arranged relative to the cutting line (21) in such a way that a countersink (18) surrounding the pilot hole (16) is produced, which opens into the pilot hole (16),
Führen des Laserstrahls (14) im schneidenden Modus entlang einer geschlossenen Endloch-Schnittlinie (22), wobei die Endloch-Schnittlinie (22) so zur Vorloch-Schnitt- linie (21) angeordnet ist, dass das Vorloch (16) zur Erzeugung eines Endlochs (17) verbreitert wird, wobei sich das Endloch (17) in senkrechter Sicht durch das Werkstück (9) innerhalb der Senkung (18) befindet. Guiding the laser beam (14) in the cutting mode along a closed end hole cutting line (22), the end hole cutting line (22) being arranged in relation to the pre-hole cutting line (21) in such a way that the pre-hole (16) is used to create an end hole (17) is widened, the end hole (17) being in a vertical view through the workpiece (9) inside the countersink (18).
10. Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks (9) nach Anspruch 9, bei welchem der Laserstrahl (14) entlang einer kreisförmigen Vorloch-Schnittlinie (21) geführt wird. 10. Method for laser beam machining of a workpiece (9) according to claim 9, in which the laser beam (14) is guided along a circular pre-hole cutting line (21).
11. Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks (9) nach Anspruch 9 oder 10, bei welchem der Laserstrahl (14) entlang einer kreisförmigen Endloch-Schnittlinie (22) geführt wird. 11. A method for laser beam machining of a workpiece (9) according to claim 9 or 10, wherein the laser beam (14) along a circular end hole cutting line (22) is guided.
12. Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks (9) nach den Ansprüchen 10 und 11 , bei welchem die kreisförmige Endloch-Schnittlinie (22) konzentrisch und mit radialem Abstand zu einer kreisförmigen Vorloch-Schnittlinie (21) angeordnet ist. 12. Method for laser beam machining of a workpiece (9) according to claims 10 and 11, in which the circular end hole cutting line (22) is arranged concentrically and at a radial distance from a circular pre-hole cutting line (21).
13. Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks (9) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, bei welchem der Laserstrahl (14) ein- oder mehrmals entlang mindestens einer kreisförmigen Senkungserzeugungslinie (29) geführt wird. 13. A method for laser beam machining of a workpiece (9) according to any one of claims 9 to 12, in which the laser beam (14) is guided one or more times along at least one circular countersink generation line (29).
14. Verfahren zur Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks (9) nach den Ansprüchen 10 und 13, bei welchem die mindestens eine kreisförmige Senkungserzeugungslinie (29) konzentrisch und mit radialem Abstand zur kreisförmigen Vorloch-Schnittlinie (21) angeordnet ist. 14. Method for laser beam machining of a workpiece (9) according to claims 10 and 13, in which the at least one circular countersink generating line (29) is arranged concentrically and at a radial distance from the circular pre-hole cutting line (21).
15. Laserstrahlbearbeitungsvorrichtung (1) mit einem von einem Strahlkopf (3) geführten Laserstrahl (14), welche eine elektronische Steuereinrichtung (12) zur Steuerung der Laserstrahlbearbeitung eines Werkstücks (9) aufweist, welche zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 14 programmtechnisch eingerichtet ist. 15. Laser beam processing device (1) with a laser beam (14) guided by a beam head (3), which has an electronic control device (12) for controlling the laser beam processing of a workpiece (9), which is used for carrying out the method according to one of claims 1 to 14 is set up programmatically.
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