Устройство для газолазерной резки материалов

Полезная модель относится к технологии лазерной обработки материалов, в частности к лазерному раскрою листового металла мощным лазерным излучением. Данная полезная модель позволяет повысить эффективность устройства за счет повышения кпд рабочей смеси газов и расширения функциональных возможностей устройства. Для этого в устройстве для газолазерной резки, содержащем фокусирующий объектив 1, корпус 2, конический патрубок 3 для прохода лазерного излучения с заданным апертурным углом и соплами 5 вокруг конического патрубка, наклоненными к оптической оси объектива для формирования сверхзвуковых струй, в патрубке 3 выполнены кольцевые канавки 4 с образованием полостей для распределения газа между соплами, а 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.

Полезная модель устройства 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 В23К 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 предполагаемой полезной модели является устройство для газолазерной резки "Способ газолазерной резки и устройство для его осуществления" (А.С. №1361850, публ. от 20.09.96, Б.И. 26 МПК 6 В23К 26/00), 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 торцовой 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 предполагаемой полезной модели является повышение эффективности устройства за счет повышения кпд рабочей смеси газов и расширения функциональных возможностей устройства.

Технический результат данной полезной модели 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 фокусирующий объектив, корпус, конический патрубок для прохода лазерного излучения с заданным апертурным углом и соплами вокруг

конического патрубка, наклоненными к оптической оси объектива для формирования сверхзвуковых струй, в патрубке выполнены кольцевые канавки с образованием полостей для распределения газа между соплами, а оси сопел 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.

В патрубке может быть две или несколько кольцевых канавок, образующих изолированные полости, для каждого газа отдельно, для подачи и смешения в зоне реза различных газов. Например, воздуха и кислорода.

Для пояснения технической сущности предполагаемой полезной модели рассмотрим чертеж:

на фиг.1 приведен чертеж устройства,

где:

1 - Фокусирующий объектив

2 - Корпус

3 - Конический патрубок с отверстиями-соплами

4 - Полости для распределения газа между соплами

5 - Сопла для формирования сверхзвуковых струй

6 - Зона реза

Данное устройство работает следующим образом:

Газы подаются в кольцевые полости 4, каждый газ, например воздух и кислород, в отдельную полость, где происходит распределение газов по сверхзвуковых соплам 5, в соплах газы ускоряются, направляются в зону реза и воздействуют на материал. Смешение газов происходит в зоне реза 6, тем самым расширяются функциональные возможности устройства.

Преимуществами заявляемой полезной модели 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 предполагаемой полезной модели, составила 1 м/мин, а скорость резания с использованием устройства, заявленного в качестве предполагаемой полезной модели, 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 фокусирующий объектив, корпус, конический патрубок для прохода лазерного излучения с заданным апертурным углом и соплами вокруг конического патрубка, наклоненными к оптической оси объектива для формирования сверхзвуковых струй, отличающееся тем, что в патрубке выполнены кольцевые канавки с образованием полостей для распределения газа между соплами, а оси сопел 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.