CN113798694B - 一种2万瓦的低气压切割工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种2万瓦的低气压切割工艺，其技术方案要点是包括一种2万瓦的低气压切割工艺和一种带有增压喷嘴的激光切割头，包括有与激光切割头可拆卸连接的喷嘴本体，喷嘴本体内设置有可与激光切割头内的通道相连通的气道，气道远离激光切割头的一端设置有供气体流出的出气口，喷嘴本体的两侧外壁上均设置有供气体通入的进气口和与进气口相连的导气管，导气管和通道均与同一个充气泵气路连接。本发明通过机械结构的方式，提供了一种可降低气耗的激光切割用增压喷嘴。

Description

一种2万瓦的低气压切割工艺
技术领域
本发明涉及激光切割技术领域，更具体地说，它涉及一种2万瓦的低气压切割工艺。
背景技术
激光切割利用高功率密度激激光束照射被切割材料，使材料很快被加热至汽化温度，蒸发形成孔洞，随着激光束对材料的移动，孔洞连续形成宽度很窄的(如0.1mm左右)切缝，完成对材料的切割。
目前，激光切割作为一种新型热切割技术，具有切割速度快，生产效率高，切割端面质量好，热影响区小和环保等优点，已经成为主要的金属板材切割方式之一，得到了越来越广泛的应用。其中，比起以往所使用的6千瓦激光切割机，2万瓦激光切割机则有了质的提升，除了加工25mm碳钢时速度轻松提高2.5倍外，更是把稳定生产的厚度提高到80mm。而与万瓦设备中较多的12kW设备相比，20kW设备在更厚的板上表现更加优异。如切割30mm、40mm的碳钢时，20kW切割机的切割速度分别为1－1.2(M/min)和0.5－1(M/min)，比12kW提高了2－3倍。
在使用2万瓦激光切割机进行切割工艺的过程中，需要利用辅助气体吹走割缝内的熔渣，在现有的结构中，气体是以垂直的方式喷向被割材料，由于被割材料是被激光逐渐气化，当辅助气体垂直吹向熔渣，熔渣容易残留在割缝的四周内壁上或被反弹落到被割材料上表面，难以被吹走，残留的熔渣使得切割厚度叠加，同时污染被割材料的表面，降低切割产品的质量。现有的解决方式是通过加大气压将残留的熔渣吹走，但气耗较大。因而有待改进。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种可降低气耗的2万瓦的低气压切割工艺。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种2万瓦的低气压切割工艺，具体步骤如下：
S1:确认被切割材料的厚度，该被切割材料的厚度为X；
S2:将被切割材料夹紧固定在固定夹具上，防止被切割材料在加工过程中发生偏移，造成切割误差；
S3:将带有增压喷嘴的激光切割头根据切割路径移动到被切割材料上方的对应位置，进行定位；
S4:将激光切割头高度下降，设置激光切割头与被切割材料的间距为0.2mm；
S5:保持激光光束聚焦于被切割材料内部，上移激光光束的焦点位置，设置焦点与被切割材料上表面的距离为
S6:激光切割机启动进行切割工作。
本发明进一步设置为：所述带有增压喷嘴的激光切割头包括有与激光切割头可拆卸连接的喷嘴本体，所述喷嘴本体内设置有可与激光切割头内的通道相连通的气道，所述气道远离激光切割头的一端设置有供气体流出的出气口，所述喷嘴本体的两侧外壁上均设置有供气体通入的进气口和与进气口相连的导气管，所述导气管和通道均与同一个充气泵气路连接；
所述喷嘴本体内还开设有第一流道和位于出气口两侧的斜向开口，所述第一流道一端连通斜向开口，另一端与进气口连通，所述第一流道内开设有限位槽，所述限位槽内固定连接有可伸缩的弹簧，所述弹簧的一端固定连接有用以堵塞第一流道的限位板，所述限位板可在限位槽内滑移，所述气道的侧壁上设置有与第一流道相连通的连通槽，所述限位板可在连通槽内滑移，所述限位板的一端穿过连通槽设置有位于气道内的接触块，所述限位板的中部设置有供气体流通的通孔；
当弹簧处于自然状态下时，接触块位于气道内，且接触块的上方弧面与气道内侧壁相抵接，此时所述限位板阻隔第一流道。
本发明进一步设置为：所述限位板包括上板和下板，所述通孔则位于限位板其中的上板内，所述上板与连通槽滑移配合，所述下板与限位槽滑移配合，所述上板和下板之间设置有调节机构，所述调节机构包括有滑移配合的上导向组和下导向组，所述上导向组包括有两根与上板固定连接的上导向杆，所述下导向组包括有两根与下板固定连接的下导向杆，位于同侧的上导向杆与下导向杆之间可进行相对滑移，所述上导向杆之间滑移设置有连接框，所述连接框内设置有滑移块，所述滑移块与连接框的上下两侧壁相抵，可进行滑移。
本发明进一步设置为：所述滑移块内设置有斜向的滑移槽，所述上导向杆之间还设置有连接杆，所述连接杆一端与上板固定连接，所述连接杆另一端设置有与滑移槽滑移配合的卡块，所述滑移块的一端设置有带磁性的金属件，所述连接框上还设置有供金属件伸出连接框的侧向开口，位于连接框侧向开口一侧的下导向杆内设置有若干电磁铁，所述电磁铁沿下导向杆长度方向依次间隔排布，所述电磁铁之间相互并联，每个所述电磁铁与控制器信号连接，所述金属件远离侧向开口的一侧固定连接有第二弹簧，所述第二弹簧远离金属件的另一端与连接框的内壁固定连接，所述下板与连接框之间设置有带动连接框复位的第三弹簧。
本发明进一步设置为：位于同侧的上导向杆和下导向杆之间设置有防止两者脱离的限位件。
本发明进一步设置为：所述气道的内径沿气体出气方向逐渐递减。
本发明进一步设置为：所述第一流道曲折设置。
本发明进一步设置为：所述喷嘴本体与激光切割头之间转动连接。
本发明进一步设置为：所述限位板的两侧设置有可与连通槽槽壁相配合的密封件。
综上所述，本发明具有以下有益效果：通过上抬切割焦点，使得焦距减小，相应的焦点激光密度减小，使得激光分散后切割所产生的割缝增宽。割缝变宽使得通过割缝的气体流速增快，同时减少激光切割头与被切割材料的间距，以达到节省气压减少气耗的效果。
附图说明
图1为本发明的剖面结构示意图；
图2为本发明在常态下A的放大示意图；
图3为本发明在气道内存在高压时A的放大示意图；
图4为本发明调节机构在常态时的结构示意图；
图5为本发明调节机构在受压调节时的结构示意图；
图6为本发明在切割不同厚度不锈钢时的实验数据。
附图标记：1、激光切割头；2、通道；3、喷嘴本体；4、气道；5、导气管；6、进气口；7、通孔；8、出气口；9、第一流道；10、斜向开口；11、限位槽；12、第一弹簧；13、限位板；14、连通槽；15、接触块；16、上板；17、下板；18、调节机构；19、上导向杆；20、下导向杆；21、连接框；22、滑移块；23、滑移槽；24、连接杆；25、金属件；26、电磁铁；27、第二弹簧；28、第三弹簧。
具体实施方式
参照图1-6所示，本发明提供了一种2万瓦的低气压切割工艺，具体步骤如下：S1:确认被切割材料的厚度，该被切割材料的厚度为X；
S2:将被切割材料夹紧固定在固定夹具上，防止被切割材料在加工过程中发生偏移，造成切割误差；
S3:将带有增压喷嘴的激光切割头根据切割路径移动到被切割材料上方的对应位置，进行定位；
S4:将激光切割头高度下降，设置激光切割头与被切割材料的间距为0.2mm；
S5:保持激光光束聚焦于被切割材料内部，上移激光光束的焦点位置，设置焦点与被切割材料上表面的距离为
S6:激光切割机启动进行切割工作。
在S1中常见的被切割材料的厚度X为20mm，相应的在S5中则需将激光光束的焦点上移至-8mm。通过上抬切割焦点，使得焦距减小，相应的焦点激光密度减小，使得激光分散后切割所产生的割缝增宽。割缝变宽使得通过割缝的气体流速增快，同时减少激光切割头与被切割材料的间距，以达到节省气压减少气耗的效果。
上述带有增压喷嘴的激光切割头1包括有与激光切割头1可拆卸连接的喷嘴本体3，喷嘴本体3内设置有可与激光切割头1内的通道2相连通的气道4，气道4远离激光切割头1的一端设置有供气体流出的出气口8，喷嘴本体3的两侧外壁上均设置有供气体通入的进气口6和与进气口6相连的导气管5，导气管5和通道2均与同一个充气泵气路连接。
喷嘴本体3内还开设有位于出气口8两侧的第一流道9和斜向开口10，第一流道9一端连通斜向开口10，另一端与进气口6连通，第一流道9内开设有限位槽11，限位槽11内固定连接有可伸缩的第一弹簧12，第一弹簧12的一端固定连接有用以堵塞第一流道9的限位板13，限位板13可在限位槽11内滑移，气道4的侧壁上设置有与第一流道9相连通的连通槽14，限位板13可在连通槽14内滑移，限位板13的一端穿过连通槽14设置有位于气道4内的接触块15，限位板13的中部设置有供气体流通的通孔7。
当第一弹簧12处于自然状态下时，接触块15位于气道4内，且接触块15的上方弧面与气道4内侧壁相抵接，此时限位板阻隔第一流道9(如附图2)；
当激光切割头1内的通道2喷出的气流作用于接触块15的上方(朝向激光切割头一侧的方向)弧面时，限位板13发生滑移，致使第一弹簧12受力压缩，通孔7与第一流道9导通，斜向开口10喷气。在常态下，第一弹簧12保持限位板13上的通孔7伸入连通槽14内，第一流道9处于堵塞状态，在气道4内存在气体流动时，接触块15受压带动限位板13滑移，第一弹簧12收缩，限位板13上的通孔7移动至第一流道9内，使得第一流道9处于畅通的状态，第一流道9内的气体从斜向开口10流出。
激光切割过程中，充气泵将气体同时冲入通道2和导气管5中，导气管5中的气体通过进气口6流入第一流道9内，此时第一流道9堵塞使得气体无法流出，与此同时，另一边的气体穿过通道2后流入气道4内，气道4内的气体通过下端的出气口8排出，用于吹走切割熔渣，辅助激光进行切割，在气道4内气压逐渐增大的过程中，位于气道4内的接触块15受压带动限位板13沿限位槽11和连通槽14的槽壁滑移，第一弹簧12受压收缩，直至限位板13上的通孔7移动至第一流道9内，使得第一流道9流通，存储于第一流道9内的气体途径斜向开口10以一定的倾斜角度喷出，为被切割材料上受切割后偏移的熔渣提供斜向力冲入割缝中流出，防止熔渣残留在被切割材料表面致使切割厚度叠加而增加切割难度，影响切割效率，最终起到节省气压减少气耗的效果。
需说明的是：斜向开口10喷气存在延迟的现象，即只有在激光切割头1内的通道2喷出的气流无法满足切割效率时，加大气压至阈值，斜向开口10才开始喷气。最终实现减少气耗。
但由于切割时所需的气压与被切割材料的厚度和材料的组成有关，在切割前需根据被切割材料的厚度来适当得调整充气泵所输出的气压，因此，斜向开口10喷气时的气压阈值也需要进行调节，以保障斜向开口10喷气时，气道4输出的气压足以对切割材料进行切割，为此提供以下方案：
如图4-5所示，限位板13包括上板16和下板17，通孔7则位于限位板13其中的上板16内，上板16与连通槽14滑移配合，下板17与限位槽11滑移配合，上板16和下板17之间设置有调节机构18，以实现调节两者之间的间隙，调节机构18包括有滑移配合的上导向组和下导向组，上导向组包括有两根与上板16固定连接的上导向杆19，下导向组包括有两根与下板17固定连接的下导向杆20，位于同侧的上导向杆19与下导向杆20之间可进行相对滑移，上导向杆19之间滑移设置有连接框21，连接框21内设置有滑移块22，滑移块22与连接框21的上下两侧壁相抵，可进行滑移。
滑移块22内设置有斜向的滑移槽23，上导向杆19之间还设置有连接杆24，连接杆24一端与上板16固定连接，连接杆24另一端设置有与滑移槽23滑移配合的卡块，滑移块22的一端设置有带磁性的金属件25，连接框21上还设置有供金属件25伸出连接框21的侧向开口，位于连接框21侧向开口一侧的下导向杆20内设置有若干电磁铁26，电磁铁26沿下导向杆20长度方向依次间隔排布，电磁铁26之间相互并联，每个电磁铁26与操作人员持有的控制器信号连接，可通过启动控制器操控电磁铁26单独通电或断电，金属件25远离侧向开口的一侧固定连接有第二弹簧27，第二弹簧27远离金属件25的另一端与连接框21的内壁固定连接，下板17与连接框21之间设置有带动连接框21复位的第三弹簧28。
在气道4内气压逐渐增大的过程中，位于气道4内的接触块15受压带动上板16沿连通槽14的槽壁滑移，然而，由于上导向组和下导向组之间的摩擦力小于下板17与限位槽11之间的摩擦力，并且第三弹簧28的劲度系数远小于第一弹簧12，因此下板17在摩擦力和第一弹簧12支撑力的共同作用下固定不动，使得调节机构18受力开始活动，上导向组和下导向组之间发生相对滑移，同时，上板16带动连接杆24和连接框21同向移动，第三弹簧28逐渐受压压缩并给予滑移块22反向作用力。并且，由于连接杆24上的卡块与斜向的滑移槽23之间存在滑移配合，滑移槽23靠近滑移块22底部的一端朝向滑移块22与第三弹簧28相连的一侧偏移设置，使得卡块在受力时给予滑移块22一个斜向的力，再由于滑移块22与连接框21的上下两侧壁相抵，使得施加于滑移块22上的力分解后驱动其沿连接框21左右两侧壁滑移，带动金属件25移动使金属件25通过侧向开口伸出直至金属件25与下导向杆20相抵，第二弹簧27受力拉伸。
随着气道4内气流持续对接触块15施力，上板16带动连接框21持续向内移动，第三弹簧28逐渐压缩，金属件25沿下导向杆20表面移动，直至金属件25位移至与通电后的电磁铁26相吸，金属件25与电磁铁26之间的磁吸力阻碍两者的相对位移，使得金属件25与下导杆之间的摩擦力大于下板17与限位槽11之间的摩擦力，下板17向内移动，第一弹簧12受力压缩，直至上板16上的通孔7移动至第一流道9内，使得第一流道9流通，存储于第一流道9内的气体途径斜向开口10以一定的倾斜角度喷出。
在切割结束后，充气泵停止输气，控制器控制电磁铁26断电，第一弹簧12、第二弹簧27、第三弹簧28恢复形变，实现复位。
当气道4内气体的气压不同时，气体对接触件的压力也随之发生变化，使得第一弹簧12和限位板13受力后的位移量也有所不同，而位于限位板13上固定位置的通孔7无法在不同气压下均保证第一流道9畅通。因此，通过设置调节机构18，以调节通孔7与第一流道9之间的距离。间隔设置的各个电磁铁26用于对应不同厚度材料切割所需的气压阈值，所需气压阈值越大，所对应的电磁铁26越靠近下导向杆20的上端。在进行切割前，先根据所需气压选择相对应的电磁铁26进行通电，通过控制不同位置的电磁铁26通电，可在第一弹簧12发生压缩前，先调节上板16与下板17之间的相对位移量，进而调节通孔7与第一流道9之间的初始距离，便于后续导通第一流道9，实现本方案在对不同材质及厚度的材料进行切割的使用环境适配。
进一步的，位于同侧的上导向杆19和下导向杆20之间设置有防止两者脱离的限位件。
进一步的，气道4的内径沿气体出气方向逐渐递减，使得穿过气道4后的气体增压，气体流速增加，起到节省气压节约气耗的效果。
进一步的，第一流道9曲折设置，通过增长第一流道9的总长度，进一步稳定流速，实现气体从相对应的斜向开口内冲向被切割材料，将两侧残留的熔渣从中间的割缝内吹走，进而避免因两侧斜向开口内气体流速不同而导致一侧熔渣无法吹走，以提高稳定性。
进一步的，喷嘴本体3与激光切割头1之间转动连接，可通过转动喷嘴本体3调节斜向开口10的倾斜方向，斜向开口10喷出的气体将散落在切割路径两侧的熔渣以斜向力冲入割缝中，并配合从出气口8喷出的气体将熔渣从已经完成切割的割缝中喷走，有效防止熔渣散落在被切割材料的上表面，提高切割品质。
进一步的，限位板13的两侧设置有可与连通槽14槽壁相配合的密封件，减少通过连通槽14泄露的气体量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种2万瓦的低气压切割工艺，其特征是：包括如下步骤：
S1:确认被切割材料的厚度，该被切割材料的厚度为X；
S2:将被切割材料夹紧固定在固定夹具上，防止被切割材料在加工过程中发生偏移，造成切割误差；
S3:将带有增压喷嘴的激光切割头根据切割路径移动到被切割材料上方的对应位置，进行定位；
S4:将激光切割头高度下降，设置激光切割头与被切割材料的间距为0.2mm；
S5:保持激光光束聚焦于被切割材料内部，上移激光光束的焦点位置，设置焦点与被切割材料上表面的距离为-0.4X；
S6:激光切割机启动进行切割工作；
所述带有增压喷嘴的激光切割头(1)包括有与激光切割头(1)可拆卸连接的喷嘴本体(3)，所述喷嘴本体(3)内设置有可与激光切割头(1)内的通道(2)相连通的气道(4)，所述气道(4)远离激光切割头(1)的一端设置有供气体流出的出气口(8)，所述喷嘴本体(3)的两侧外壁上均设置有供气体通入的进气口(6)和与进气口(6)相连的导气管(5)，所述导气管(5)和通道(2)均与同一个充气泵气路连接；
所述喷嘴本体(3)内还开设有第一流道(9)和位于出气口(8)两侧的斜向开口(10)，所述第一流道(9)一端连通斜向开口(10)，另一端与进气口(6)连通，所述第一流道(9)内开设有限位槽(11)，所述限位槽(11)内固定连接有可伸缩的弹簧，所述弹簧的一端固定连接有用以堵塞第一流道(9)的限位板(13)，所述限位板(13)可在限位槽(11)内滑移，所述气道(4)的侧壁上设置有与第一流道(9)相连通的连通槽(14)，所述限位板(13)可在连通槽(14)内滑移，所述限位板(13)的一端穿过连通槽(14)设置有位于气道(4)内的接触块(15)，所述限位板(13)的中部设置有供气体流通的通孔(7)；
当弹簧处于自然状态下时，接触块位于气道(4)内，且接触块的上方弧面与气道(4)内侧壁相抵接，此时所述限位板(13)阻隔第一流道(9)。
2.根据权利要求1所述的一种2万瓦的低气压切割工艺，其特征是：所述限位板(13)包括上板(16)和下板(17)，所述通孔(7)则位于限位板(13)其中的上板(16)内，所述上板(16)与连通槽(14)滑移配合，所述下板(17)与限位槽(11)滑移配合，所述上板(16)和下板(17)之间设置有调节机构(18)，所述调节机构(18)包括有滑移配合的上导向组和下导向组，所述上导向组包括有两根与上板(16)固定连接的上导向杆(19)，所述下导向组包括有两根与下板(17)固定连接的下导向杆(20)，位于同侧的上导向杆(19)与下导向杆(20)之间可进行相对滑移，所述上导向杆(19)之间滑移设置有连接框(21)，所述连接框(21)内设置有滑移块(22)，所述滑移块(22)与连接框(21)的上下两侧壁相抵，可进行滑移。
3.根据权利要求2所述的一种2万瓦的低气压切割工艺，其特征是：所述滑移块(22)内设置有斜向的滑移槽(23)，所述上导向杆(19)之间还设置有连接杆(24)，所述连接杆(24)一端与上板(16)固定连接，所述连接杆(24)另一端设置有与滑移槽(23)滑移配合的卡块，所述滑移块(22)的一端设置有带磁性的金属件(25)，所述连接框(21)上还设置有供金属件(25)伸出连接框(21)的侧向开口，位于连接框(21)侧向开口一侧的下导向杆(20)内设置有若干电磁铁(26)，所述电磁铁(26)沿下导向杆(20)长度方向依次间隔排布，所述电磁铁(26)之间相互并联，每个所述电磁铁(26)与控制器信号连接，所述金属件(25)远离侧向开口的一侧固定连接有第二弹簧(27)，所述第二弹簧(27)远离金属件(25)的另一端与连接框(21)的内壁固定连接，所述下板(17)与连接框(21)之间设置有带动连接框(21)复位的第三弹簧(28)。
4.根据权利要求3所述的一种2万瓦的低气压切割工艺，其特征是：位于同侧的上导向杆(19)和下导向杆(20)之间设置有防止两者脱离的限位件。
5.根据权利要求4所述的一种2万瓦的低气压切割工艺，其特征是：所述气道(4)的内径沿气体出气方向逐渐递减。
6.根据权利要求4所述的一种2万瓦的低气压切割工艺，其特征是：所述第一流道(9)曲折设置。
7.根据权利要求4所述的一种2万瓦的低气压切割工艺，其特征是：所述喷嘴本体(3)与激光切割头(1)之间转动连接。
8.根据权利要求4所述的一种2万瓦的低气压切割工艺，其特征是：所述限位板(13)的两侧设置有可与连通槽(14)槽壁相配合的密封件。
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