Стол для термической резки листового материала

Полезная модель относится к дополнительному оборудованию для термической обработки расположенных в зоне действия лазерного луча плоских заготовок, а именно к рабочим столам, которые используются в качестве опорной поверхности при сквозной резке листовых материалов. Технический результат заключается в универсальности и повышении эксплуатационных качеств рабочего стола: увеличения качества реза и срока его эксплуатации. Указанный технический результат достигается за счет того, что в столе для термической резки листового материала, содержащем основание с множеством выступающими вертикально вверх из его столешницы стержневых опорных элементов, концы которых, лежащие в одной горизонтальной плоскости образуют контактную рабочую поверхность для обрабатываемого на столе листового материала, в качестве опорных элементов использованы стандартные вытяжные заклепки одинакового размера.

СТОЛ ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ ЛИСТОВОГО МАТЕРИАЛА

Полезная модель относится к дополнительному оборудованию для термической (плазменной, лазерной) обработки расположенных в зоне действия лазерного луча плоских заготовок, а именно к рабочим столам, которые используются в качестве опорной (контактной)поверхности при сквозной резке листовых материалов (двухслойных пластиков, оргстекла, фанеры, картона, бумаги и др.).

Конструктивно столы для лазерных устройств подразделяются на векторные, ламелевые и сотовые (ячеистые).

Векторный рабочий стол представляет собой сплошное стальное или алюминиевое основание с двумя измерительными линейками для точного позиционирования деталей. Данный тип стола обладает низкой универсальностью и применяется в основном для обработки материалов без выполнения сквозного реза. Высокое качество обработки при разрезании деталей на таком столе не может быть достигнуто, так как при прохождении лазерного луча по всей толщине детали в зоне контакта с векторным столом происходит тепловое разрушение поверхностей основания и нижней стороны детали из-за отражения лазера и недостаточного отвода тепла из зоны контакта.

При лазерной резке, особенно маленьких деталей из ткани и бумаги, предпочтительно использование рабочего стола сотового типа (http://www.ventario.ru/tools/laser/work-table/sotovyj-stol-500kh300.html), представляющего собой алюминиевую раму с вмонтированной сеткой из полос алюминиевой формованной фольги (высотой 13 мм и толщиной 0,2 мм),сваренных между собой с образованием сотовой (размер ячеек от 6 до 15 мм)поверхности с небольшой контактной площадью. Применение такой конструкции стола при лазерной резке обеспечивает минимальное отражение лазерного луча от контактной поверхности, снижая температуру в зоне резания и, как следствие, сокращает до минимума тепловое разрушение нижней поверхности обрабатываемого материала. Излишнее тепло вместе с продуктами горения через сотовые ячейки интенсивно отводится в приемную камеру нижней части стола, обеспечивая достаточно высокое качество реза.

К недостаткам сотовых столов, обусловленных их конструкционными особенностями(видом и материалом опорных элементов), следует отнести:

1) Недостаточную прочность, которая проявляется в виде прогиба сот под тяжестью обрабатываемого материала и сказывается на качестве обработки: существует вероятность потери фокусировки лазерного луча в местах прогиба сот (особенно актуально для тонкого материала, имеющего большую площадь), и, как следствие, возможность непрорезки материала (материал находится не в фокусе).

2) Загрязнение сот продуктами испарения и дыма, которые оседают (прилипают) на стенках сот (чистка затруднена из-за их хлипкости) и которые затруднительно удалять из

зоны резки так, как стенки сот расположены поперек направления движения воздуха системы вытяжки. При многократном попадании лазерного луча на прилипшую к сотам «грязь» происходит ее воспламенение, последствием чего могут стать:

- испорченный обрабатываемый материал

- выгорание стенок сот стола

- вероятность возникновения пожара.

3) Деформация и выгорание сот стола при интенсивном его использовании.

Ламелевый рабочий стол имеет опорную поверхность с малой контактной площадью, что позволяет оптимально вести процесс лазерной обработки деталей с очень высоким качеством реза. Рабочую поверхность наборного стола данного типа образует съемная или несъемная реечная конструкция из анодированных алюминиевых ламелей.

Известен (RU, патент 2325251, МПК В23К 7/10, опубликовано 27.05.2005) стол для термической резки листового материала, содержащий рабочую поверхность в виде опирающейся на раму решетки из вертикальных металлических пластин (ламелей).Такой стол применяется, как правило, для резки тяжелых материалов, но обладает следующими недостатками:

- затруднена резка мелких элементов из-за большого расстояния (от ~20-25 мм) между ламелями;

- существует вероятность отражения лазерного луча при попадании на грань ламели, если грань широкая.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков является, принятый за прототип, известный (SU, 1622111, А1, В23К 37/04, 26/08, опубликовано 23.01.916 Бюл. 3) стол-спутник металлообрабатывающего станка для лазерной обработки заготовок, содержащий плиту с выступающими из нее стержневыми опорными элементами (опорные иглы), концы которых лежат в одной горизонтальной плоскости и образуют контактную рабочую поверхность для обрабатываемого на столе листового материала.

Основными недостатками данного технического решения, препятствующим достижению нижеуказанного технического результата, являются: сложная конструкция используемых в устройстве опорных игл (цилиндрическая деталь со ступенчатым хвостовиком, в котором выполнена прорезь) и, соответственно, высокая трудоемкость их изготовления (требуется многооперационный цикл, включающий токарные, фрезерные, сверлильные работы и нарезание резьбы) и установки (фиксируются в пазах с помощью винта, который воздействует на заднюю стенку прорези), требующая дополнительных временных затрат.

Дополнительно следует отметить, что: используемая в устройстве плита является толстой и громоздкой; способ ее крепления (на кронштейне) требует дополнительного

пространства возле лазерного станка в том случае, когда она не используется, а изготовление плиты в виде консоли может привести к прогибу стола-спутника и, соответственно, к разности фокусных расстояний в разных точках стола; отсутствует возможность резки мелких деталей, так как минимальное расстояние между опорными иглами ограничивается большим шагом между пазами в плите (обеспечение жесткости стола), а также немалым диаметром опорных игл с вкрученными в них фиксирующими винтами.

Задача, на решение которой направлена настоящая полезная модель, заключается в модернизации существующего дополнительного лазерно-гравировального оборудования.

Технический результат, получаемый при осуществлении полезной модели, заключается в повышении технологичности конструктивных элементов стола и, соответственно, снижении его трудоемкости, материалоемкости и себестоимости в процессе изготовления и эксплуатации при сохранении высоких эксплуатационных качеств (высокое качество реза, универсальность, большой срок эксплуатации).

Указанный технический результат достигается за счет того, что в столе для термической резки листового материала, содержащем основание с множеством выступающими вертикально вверх из его столешницы стержневых опорных элементов, концы которых, лежащие в одной горизонтальной плоскости образуют контактную рабочую поверхность для обрабатываемого на столе листового материала, в качестве опорных элементов использованы стандартные вытяжные заклепки одинакового размера.

Использование в качестве опорных элементов множества одинакового размера стандартных (ГОСТ Р ИСО 14588-2005, ГОСТ Р ИСО 15973-2005, ГОСТ Р ИСО 15974-2005, ISO 15977, немецкий стандарт DIN 7337-91 и др.) (комбинированных, «слепых») предварительно трансформированных вытяжных заклепок, содержащих каждая стержень с плоской потайной или полукруглой (сферической) головкой и гильзу (обойму) с бортиком (шляпкой), не только снижает себестоимость изделия (используются готовые детали простейшей конструкции) и уменьшает его металлоемкость (простейшая конструкция опорных элементов), но и снижает трудоемкость его изготовления (опорные элементы являются покупными).

Предварительная трансформация стандартной вытяжной заклепки заключается лишь в изменении ее формы путем:

- разборки заклепки на две ее составляющие: стержень с головкой и гильзу (обойма) с бортиком (шляпкой);

- сборки заклепки: стержень вставляется в отверстие гильзы со стороны ее бортика.

Стандартные вытяжные заклепки не требуют какой-либо предварительной конструкторской доработки, поэтому их себестоимость значительно ниже себестоимости изготовления используемой в прототипе опорной иглы сложной конструкции. Кроме того, используемые заклепки включают в себя достоинства входящих в их состав материалов, что значительно повышает эксплуатационные характеристики: алюминий, из которого изготовлена гильза заклепки, обладает легкостью и устойчивостью к коррозии; металлический стержень (вытяжная часть) может быть выполнен из нержавеющей, оцинкованной или неоцинкованной стали.

Диаметр каждого из сквозных отверстий, выполненных в столешнице и предназначенных для позиционирования вытяжных заклепок, равен диаметру гильзы вытяжной заклепки. Шаг между опорными элементами на всей площади верхней поверхности основания (столешницы) или в требуемых конкретных ее зонах может быть разным и определяется конкретными задачами производства (величиной деталей, которые в дальнейшем будут обрабатываться на этом столе).

Установки опорных элементов в отверстия (а не в пазы (прототип), расстояние между которыми является фиксированным) как позволяет максимально уменьшить расстояние между опорными элементами для резки мелких деталей. При сборке стола заклепки жестко фиксируются между слоями образующими тело столешницы.

Закругленные или заостренные концы множества одинаковой длины вытяжных заклепок обеспечивают плоскостность рабочей поверхности для обрабатываемого материала, а также высокое качество реза.

Предложенная наборная конструкция рабочей поверхности, образованная лежащими в одной плоскости заостренными или закругленными концами множества опорных элементов, позволяет избежать подгорания обратной стороны обрабатываемого материала отраженным излучением. Исключение отражения лазерного луча от опорных элементов повышает качество резки.

Небольшой (min 5 мм) шаг между опорными элементами позволяет удерживать даже маленькие разрезаемые части деталей и использовать заявленную полезную модель, в том числе, для обработки небольших по размерам деталей (универсальность). В то же время свободный доступ к опорным элементам позволяет легко осуществлять их чистку от осевших на них в процессе эксплуатации различных смол и продуктов испарения, что необходимо для поддержания чистоты разрезаемого материала и стола с целью увеличения его долговечности.

В качестве опорных элементов можно использовать любые, предпочтительно стандартные, не требующие дополнительной доработки вытяжные заклепки (ГОСТ Р ИСО 14588-2005, ГОСТ Р ИСО 15973-2005, ГОСТ Р ИСО 15974-2005, ISO 15977, немецкий стандарт DIN 7337-91) с плоской потайной или полукруглой головкой и т.п.Главное условие используемых опорных элементов - одинаковый по длине размер.

При использовании в качестве опорных элементов вытяжных заклепок диаметр сквозных отверстий в столешнице стола для их позиционирования равен диаметру стержня опорного элемента или диаметру гильзы (обоймы)заклепки. Шаг между опорными элементами на всей площади верхней поверхности основания (столешницы) или в требуемых конкретных ее зонах может быть разным и определяется конкретными задачами производства (величиной деталей, которые в дальнейшем будут обрабатываться на этом столе).

Большое расстояние (более 30 мм) от поверхности столешницы рабочего стола до обрабатываемой детали исключает ее нагрев (лазерный луч на таком удалении «расфокусируется» и не «достает» до столешницы), максимально минимизируя опасность возгорания обрабатываемого материала

Материалом для изготовления основания стола могут служить любые негорючие листовые материалы, обладающие достаточной жесткостью. Примером такого материала может служить композит (композитный материал), который производится в виде непрерывной ленты с широким разнообразием габаритных размеров.. Композитный материал представляет собой два слоя тонкого, предварительно окрашенного(специальная негорючая краска) листового алюминия, между которыми расположен полимерный (полиэтилен, полипропилен, полиуретан, полистирол) или минеральный огнеупорный наполнитель. Соединение слоев между собой производится по технологии, которая обеспечивает готовому продукту высокую стойкость к расслаиванию. Внешняя поверхность композитных материалов помимо слоя краски может иметь лаковое антикоррозионное покрытие, повышающее износостойкость.

В частном случае выполнения полезной модели основание стола может быть выполнено в виде перевернутого короба, дно которого является столешницей стола, и соединено с двумя прямоугольными пластинами, нижняя из которых является дном короба, а средняя пластина, на верхней поверхности которой выполнено множество лунок, расположенных оппозитно отверстиям для позиционирования опорных элементов в столешнице основания и являющихся опорными элементами для противоположных концов опорных элементов, размещена внутри основания. В этом случае большая несущая способность рабочей поверхности стола, позволяющая обрабатывать на нем тяжелые материалы, обусловлена не только использованием большого количества прочных опорных элементов, но и жесткостью его конструкции коробчатой формы.

Заготовкой для основания стола коробчатой формы служит развертка в виде прямоугольника, разделенного гибочными пазами на пять прямоугольников меньшего размера, центральный из которых является столешницей, а прилегающие к ее боковым сторонам пары прямоугольников при отгибании вниз от столешницы образуют боковые стороны основания с примыкающими клапанами, использующимися для крепления нижней пластины основания. Соединение столешницы основания и средней пластины

стола может быть выполнено, например, с помощью вытяжных заклепок, заклепок с замыкающей головкой (полнотелые, пустотелые, и полупустотелые), стяжных болтов с гайками. Сквозные отверстия для такого соединения располагаются на столешнице между отверстиями для позиционирования опорных элементов с шагом обеспечивающим равномерный прижим указанных деталей стола.

При больших размерах изготавливаемого стола для придания ему большей жесткости, увеличения его несущей способности и исключения деформаций применяют обычно ребра жесткости, в качестве которых могут быть использованы профилированные алюминиевые прямоугольные трубы (бруски) или уголок «п»-«т»-«н»-образного профиля и т.п..

В боковых стенках корпуса основания могут быть предусмотрены вентиляционные отверстия, которые обеспечивают идеальное проветривание при оснащении стола принудительной вытяжной вентиляцией, полностью исключают нагрев стола и, как следствие, возможную его деформацию, а также уменьшают вес конструкции.

В качестве дополнительного оборудования стола, для точного позиционирования (дополнительный технический результат) обрабатываемого материала рекомендуется установка на двух смежных боковых сторонах основания четырех плоских позиционных упоров (ограничителей). Крепление позиционных упоров с помощью осей позволяет их складывать при упаковке или транспортировке стола. Материалом для изготовления позиционных упоров может служить любой прочный листовой материал (металл, жесть, алюминий, медь, пластик, оргстекло, фанера). В качестве осей, на которых крепятся позиционные упоры, могут использоваться вытяжные заклепки, резьбовые заклепки, болты и др.

Предложенная конструкция стола для термической резки листового материала обладает высокими эксплуатационными качествами: высоким качеством реза, универсальностью, большим сроком эксплуатации.

В настоящее время заявленный стол изготавливается различных габаритных размеров (от 50×50 мм до 1000×2000 мм и более), имеет малый вес (стол размером 210×297 мм весит до 700 г) и может быстро устанавливаться (и извлекаться) на рабочий стол лазерной машины, что позволяет использовать его (рабочего стола) штатные измерительные линейки.

Для пояснения сущности заявленной полезной модели представлены следующие графические материалы:

- фиг. 1 - общий вид собранного стола в изометрии (вид ¾ сверху);

- фиг. 2 - общий вид собранного стола в изометрии (вид ¾ снизу);

- фиг. 3 - стандартная (а) и трансформированная (б) заклепки;

- фиг. 4 - покомпонентная схема сборки стола в изометрии.

В качестве доказательства промышленного осуществления заявленной полезной модели приводится описание конкретной, но не единственно возможной, конструкции стола («СТЕРНЯ») для резки листового материала.

Стол имеет объемное основание 1 в форме перевернутого короба, дно которого является столешницей (верхняя поверхность стола). Из столешницы выступает множество опорных элементов (стерня) 2, которые являются опорными элементами для обрабатываемого на столе листового материала: направленные вверх закругленные концы опорных элементов 2 образуют контактную рабочую поверхность.

В качестве опорных элементов 2 используется множество одинакового размера стандартных (ГОСТ Р ИСО 14588-2005, ГОСТ Р ИСО 15973-2005, ГОСТ Р ИСО 15974-2005, ISO 15977, DIN 7337-91) предварительно трансформированных вытяжных заклепок с полукруглой (сферической) головкой 3. Такие заклепки включают в себя достоинства входящих в их состав материалов, что значительно повышает эксплуатационные характеристики: алюминий, из которого изготовлена гильза 4 заклепки, обладает легкостью и устойчивостью к коррозии; металлический стержень (вытяжная часть) 5 выполнен из нержавеющей стали. Такие заклепки используются обычно для создания механических неразъемных соединений из металлических листов, профилей, пластмассы и т.п.даже в том случае, когда доступ к месту соединения возможен только с одной стороны.

Трансформация стандартной заклепки заключается в изменении ее формы путем:

- разборки заклепки на две ее составляющие: стержень 5 со сферической головкой 3 и гильзу (обойма) 4 с бортиком (шляпкой) 6;

- сборки заклепки: стержень 5 вставляется в отверстие гильзы 4 со стороны ее бортика 6.

Стол сконструировано путем соединения между собой основания 1 в форме перевернутого вверх дном короба (коробчатой формы) и двух (средней 7 и нижней 8) одинакового размера прямоугольных пластин. Материалом для основания и пластин служит композитный материал.

Заготовкой 9 для основания 1 стола служит выкроенная на фрезерном станке развертка в виде прямоугольника, разделенного гибочными пазами на пять прямоугольников меньшего размера, центральный из которых является столешницей (верхняя поверхность) 10 основания 1, а прилегающие к ее боковым сторонам пары 11 и 12 прямоугольников при отгибании вниз от столешницы 10 формируют боковые стороны основания с примыкающими соответственно клапанами 11 и 12.

В столешнице (центральный прямоугольник заготовки) 10 фрезеруются гибочные пазы и следующие отверстия:

- сквозные отверстия 13 для позиционирования заклепок 2 (стерни), диаметр каждого из отверстий равен диаметру гильзы 4 заклепки (опорный элемент) 2, с размером шага между отверстиями - от 5 мм на всей площади столешницы 10;

- сквозные отверстия (не показаны), располагаемые между отверстиями для «стерни» и используемые впоследствии для соединения (с помощью вытяжных заклепок)столешницы 10 основания 1 со средней 7 пластиной.

В прямоугольниках 11 и 12 заготовки (боковые стенки основания) 9 фрезеруются: вентиляционные сквозные отверстия 14 и отверстия (не показаны) для крепления позиционных упоров 15, а в клапанах 11 и 12 заготовки 9 - крепежные отверстия 16 для последующего соединения основания 1 с нижней пластиной 8, в которой выполнены соответствующие отверстия 16.

Размеры средней пластины 7 не превышают внутренних (центральный прямоугольник заготовки 9 изнутри короба основания) габаритных размеров столешницы 10 основания 1 (например, для композита толщиной 3 мм размеры средней пластины меньше размеров столешницы 10 на 6 мм по каждой из сторон). На верхней поверхности указанной прямоугольной пластины 7 путем фрезерования выполнено множество лунок (углублений) 17 - глухих цилиндрических отверстий, диаметр которых равен диаметру полукруглой головки 3 используемых заклепок 2. Глубина фрезерования лунок 17- на 0.3-0.5 мм меньше диаметра сферической головки 3 заклепки.

В средней пластине 7 также выполнены сквозные крепежные отверстия (не показаны) для последующего ее соединения с помощью стандартных вытяжных заклепок с замыкающей головкой (возможно с помощью стяжных болтов с гайками и др.) со столешницей 10 основания.

Расположение лунок 17 и вышеуказанных крепежных отверстий в средней пластине 7 строго соответствует расположению множества сквозных отверстий 13 и соответствующих крепежных отверстий в верхней заготовке 9 основания 1.

Нижняя пластина 8, являющаяся впоследствии дном основания 1 стола, выкраивается также из листового материала в виде прямоугольника с размерами, соответствующими размерам средней пластины 7. В пластине 8 фрезеруются необходимые отверстия 16' для ее соединения с клапанами 11 и 12 заготовки 9.

Расстояние между средней 7 и нижней 8 пластинами определяется высотой устанавливаемого между ними ребра жесткости - профильного бруска 19.

На двух боковых стенках основания 1 расположены предназначенные для точного позиционирования обрабатываемого материала на столе четыре плоских позиционных упора (ограничителя) 15, крепление которых осуществляется с помощью осей 18.

Сборка конструкции стола производится в следующем порядке:

1) Трансформация заклепок 2, используемых в качестве опорных элементов.

2) Подготовка «стерни» путем установки трансформированных заклепок 2 в сквозные отверстия 13 заготовки 9.

3) Плотное соединение (стягивание) средней пластины 7 и заготовки 9 между собой с помощью стандартных вытяжных заклепок (не трансформированных)или болтов через соответствующие крепежные отверстия в заготовке 9 и средней платине 7.

При таком соединении головки 3 стержней 6 трансформированных заклепок 2 утапливаются в лунки 17 средней пластины 7, гильза 4 заклепки со стержнем проходит через отверстия 13 столешницы 10, при этом буртик 6 гильзы 4 упирается в нижнюю поверхность столешницы 10 заготовки 9.

4) Установка на боковые стенки 11, 12 заготовки 9 с помощью осей 18 позиционных упоров 15.

5) Формирование из плоской заготовки 9 короба основания 1 с боковыми сторонами 11, 12 и клапанами 11 и 12.

6) Формирование дна основания 1 рабочего стола путем соединения нижней пластины 8 с клапанами 11 и 12 основания 1. Расстояние между средней 7 и нижней 8 пластинами определяется высотой предварительно размещенного между ними профильного бруска 19.

Заявленная конструкция стола в большей мере подходит для лазерно-гравировальных станков с габаритными размерами до 2000×3000 мм.

1. Стол для термической резки листового материала, содержащий основание с множеством выступающих вертикально вверх из его столешницы стержневых опорных элементов, концы которых лежат в одной горизонтальной плоскости с образованием контактной рабочей поверхности для обрабатываемого на столе листового материала, отличающийся тем, что в качестве опорных элементов использованы вытяжные заклепки одинакового размера.

2. Стол по п. 1, отличающийся тем, что в качестве вытяжной заклепки использована заклепка, предварительно трансформированная путем разборки на составляющие и последующей ее сборки, при этом стержень заклепки вставлен в отверстие ее гильзы со стороны бортика.

3. Стол по п. 1, отличающийся тем, что концы вытяжных заклепок имеют закругленную или заостренную форму.

4. Стол по п. 1, отличающийся тем, что основание стола выполнено из композитного материала.

5. Стол по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что основание выполнено в виде перевернутого короба, дно которого является столешницей стола и соединено с двумя прямоугольными пластинами, нижняя из которых является дном короба, а средняя пластина, на верхней поверхности которой выполнено множество лунок, расположенных оппозитно отверстиям для позиционирования опорных элементов в столешнице основания и являющихся опорными элементами для противоположных концов опорных элементов, размещена внутри основания.

6. Стол по п. 5, отличающийся тем, что основание стола выполнено из заготовки в виде развертки прямоугольника, разделенного гибочными пазами на пять прямоугольников меньшего размера, центральный из которых является столешницей, а прилегающие к ее боковым сторонам пары прямоугольников при отгибании вниз от столешницы образуют боковые стороны основания с примыкающими клапанами для крепления нижней пластины основания.

7. Стол по п. 5, отличающийся тем, что столешница соединена со средней пластиной с помощью стандартных вытяжных заклепок с замыкающей головкой или стяжных болтов с гайками.

8. Стол по п. 5, отличающийся тем, что расстояние между средней и нижней пластинами равно высоте установленного между ними, по меньшей мере, одного ребра жесткости.

9. Стол по п. 8, отличающийся тем, что ребро жесткости выполнено в виде профильного бруска.

10. Стол по п. 5, отличающийся тем, что дополнительно содержит расположенные на смежных боковых сторонах основания плоские упоры, предназначенные для позиционирования обрабатываемого на столе листового материала.

11. Стол по п. 10, отличающийся тем, что упоры закреплены с помощью осей.

12. Стол по п. 5, отличающийся тем, что на боковых стенках основания выполнены сквозные вентиляционные отверстия.

РИСУНКИ