Устройство для газолазерной резки материалов
Владельцы патента RU 2368479:
Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева (КГТУ-КАИ) (RU)
Изобретение относится к устройству для газолазерной резки и может быть использовано для лазерного раскроя листового металла мощным лазерным излучением. Изобретение позволяет повысить эффективность обработки за счет повышения кпд рабочей смеси газов и расширения функциональных возможностей устройства. Устройство содержит фокусирующий объектив (1), корпус (2), патрубок (3) для прохода лазерного излучения с заданным апертурным углом и сопла (5) вокруг патрубка, наклоненные к оптической оси объектива для формирования сверхзвуковых струй газа. В патрубке (3) выполнены кольцевые канавки (4) с образованием полостей для распределения газа между соплами. Оси сопел (5) пересечены с осью объектива в точке, являющейся точкой пересечения обрабатываемой поверхности с осью фокусирующего объектива, с возможностью воздействия всей кинетической энергии сверхзвуковых струй на обрабатываемую поверхность. 1 ил.
Изобретение относится к технологии лазерной обработки материалов, в частности к устройствам для лазерной резки металла мощным лазерным излучением.
Известно устройство формирования струи для лазерной резки "Устройство формирования струи для лазерной резки" (патент RU 2121912, публ. 20.11.98, МПК 6 B23K 26/14), заключающееся в формировании газовой струи камерой с передней и задней стенками, резкого ее разворота в выходных отверстиях сопла и разделения на две противоположно направленные струи кругового сечения, одна из которых направлена на поверхность обрабатываемой детали.
Недостатком аналога является то, что при резком развороте струи возникают потери энергии, что приводит к уменьшению эффективности устройства.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для газолазерной резки "Способ газолазерной резки и устройство для его осуществления" (SU 1743089 A1, B23K 26/00, 06.04.1990), состоящее из фокусирующего объектива, корпуса, конического патрубка для прохода лазерного излучения с заданным апертурным углом и втулки с рабочим соплом, установленной коаксиально патрубку и с зазором относительно него с возможностью формирования сверхзвукового газового потока с заданным соотношением площадей рабочего сопла и кольцевого зазора с образованием полости, открытой со стороны торцевой поверхности, в котором боковые стенки втулки выполнены наклонными к оптической оси объектива под углом, превышающим апертурный угол не более, чем на 10°, а отношение площадей рабочего сопла и срезов сопел в кольцевом зазоре равно 1,05-10.
Недостатком устройства является то, что при резком развороте струи в полости до направления, параллельного оси лазерного излучения, возникают потери энергии, что приводит к уменьшению эффективности устройства, а также то, что данная конструкция не позволяет получить смесь из нескольких газов, что необходимо для оптимизации процесса резания.
Решаемой задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности устройства за счет повышения кпд рабочей смеси газов и расширения функциональных возможностей устройства.
Технический результат данного изобретения заключается в повышении кпд рабочей смеси газов за счет исключения потерь, возникающих при развороте струи, и получении возможности приготовления рабочей смеси с заданным соотношением газов.
Для этого в устройстве для газолазерной резки, содержащем корпус, фокусирующий объектив, патрубок для прохода лазерного излучения с заданным апертурным углом и сопла для формирования сверхзвуковых струй газа, наклоненные к оптической оси фокусирующего объектива, при этом в патрубке выполнены полости для распределения различных газов по соплам, а оси сопел пересечены с осью фокусирующего объектива в точке пересечения с обрабатываемой поверхностью для обеспечения смешения газов в зоне реза, воздействуя всей кинетической энергией сверхзвуковых струй на обрабатываемую поверхность.
В патрубке может быть две или несколько кольцевых канавки, образующих изолированные полости, для каждого газа отдельно, для подачи и смешения в зоне обрабатываемой поверхности различных газов. Например, воздуха и кислорода.
Техническая сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где
1 - Фокусирующий объектив
2 - Корпус
3 - Патрубок
4 - Полости для распределения различных газов между соплами
5 - Сопла для формирования сверхзвуковых струй
6 - Обрабатываемая поверхность
Данное устройство работает следующим образом.
Газы подаются в полости 4, каждый газ, например воздух и кислород, в отдельную полость, где происходит распределение газов по соплам для формирования сверхзвуковых струй 5, в соплах газы ускоряются, направляются на обрабатываемую поверхность и воздействуют на материал. Смешение газов происходит в зоне обрабатываемой поверхности 6, тем самым расширяются функциональные возможности устройства.
Преимуществами данного изобретения по сравнению с известными аналогами являются высокая эффективность и возможность гибкой регулировки состава технологического газа. К примеру, скорость резания углеродистой стали толщиной 10 мм с использованием устройства, заявленного в качестве прототипа предлагаемого изобретения, составила 1 м/мин, а скорость резания с использованием устройства, заявленного в качестве предлагаемого изобретения, при той же мощности лазерного излучения и том же давлении рабочего газа на входе в устройство составила 1,2 м/мин. Прирост производительности составил 20%. Данные испытания проводились при использовании в качестве рабочего газа воздуха. Для обогащения рабочего газа кислородом в заданном процентном соотношении, обусловленным конкретным технологическим процессом, в данном устройстве предусмотрена возможность смешивать газы прямо в области реза. Обычно для смешения газов используют дополнительные устройства - смесители, что приводит к дополнительным энергетическим и материальным затратам, это приводит к снижению эффективности устройства.
Устройство для газолазерной резки, содержащее корпус, фокусирующий объектив, патрубок для прохода лазерного излучения с заданным апертурным углом и сопла для формирования сверхзвуковых струй газа, наклоненные к оптической оси фокусирующего объектива, отличающееся тем, что в патрубке выполнены полости для распределения различных газов по соплам, а оси сопел пересечены с осью фокусирующего объектива в точке пересечения с обрабатываемой поверхностью для обеспечения смешения газов в зоне реза путем воздействия всей кинетической энергией сверхзвуковых струй на обрабатываемую поверхность.
