具有改進(jìn)的外部輪廓的可動(dòng)元件的激光噴嘴的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于激光切割的噴嘴，它包括噴嘴體部（1)、可動(dòng)元件（2)和彈性元件（8)，該噴嘴體部包括軸座（5)和位于噴嘴體部（1)的正面（la)區(qū)域的第一輸出孔（11)，該可動(dòng)元件位于噴嘴體部（1)的軸座（5)內(nèi)、包括裙形前部(2a)并包括桌一■輸出孔（I2)，該可動(dòng)兀件（2)能在施加在可動(dòng)元件（2)上的氣體壓力的作用下在軸座（5)中向著第一輸出孔（11)平移運(yùn)動(dòng)，直到可動(dòng)元件（2)的裙部形前部（2a)穿過第一輸出孔(11)從軸座（5)突出，該彈性元件在軸座（5)中布置在噴嘴體部（1)和可動(dòng)元件（2)之間，對(duì)可動(dòng)元件（2)施加彈性回復(fù)力。根據(jù)本發(fā)明，該前部(2a)包括端部（17)，該端部的外徑向著第二輸出孔（12)逐漸地減小。還涉及一種激光聚焦頭和與其相關(guān)聯(lián)的激光切割設(shè)備，一種激光光束切割方法，該方法采用根據(jù)本發(fā)明的噴嘴、根據(jù)本發(fā)明的激光聚焦頭或根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。
【專利說(shuō)明】具有改進(jìn)的外部輪廓的可動(dòng)元件的激光噴嘴

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可用于激光光束切割的激光噴嘴，該激光噴嘴具有內(nèi)可動(dòng)元件，該內(nèi)可動(dòng)元件包括用于將切割氣體集中在切割槽中的裙部，該激光噴嘴在工業(yè)上可更好地實(shí)施并且具有提聞的使用壽命。

【背景技術(shù)】
[0002]激光光束切割需要使用通常由銅制成的噴嘴，該噴嘴用于引導(dǎo)氣體，同時(shí)使得激光光束能夠通過。
[0003]噴嘴的輸出孔的直徑針對(duì)于0.6mm至2mm之間的工作距離通常在0.5mm至3mm之間。
[0004]在用于切割的聚焦頭中需要通常為數(shù)巴的高壓，以使得氣體能夠進(jìn)入槽并且將熔化的金屬移除。
[0005]所采用的氣體的大部分一通常在50%至90%之間一對(duì)切割過程、即對(duì)熔化的金屬的排出沒有作用，因?yàn)檫@些氣體流到切割槽的側(cè)面上。
[0006]這些氣體損失實(shí)際上是由閥孔的區(qū)域和焦點(diǎn)的尺寸的巨大差異而引起的。舉例來(lái)說(shuō)，具有直徑為1.5mm的輸出孔的噴嘴區(qū)域是由激光光束穿過此噴嘴而形成的焦點(diǎn)的區(qū)域的25倍。
[0007]如果采用不充分的氣體比例，則可出現(xiàn)切割缺陷，尤其是附連毛邊和/或氧化痕跡。
[0008]試圖通過減小噴嘴的孔的直徑來(lái)解決這些缺陷并不理想，因?yàn)檫€有激光光束擊中噴嘴內(nèi)部并且損壞噴嘴的風(fēng)險(xiǎn)，這也會(huì)不利地影響切割的品質(zhì)和/或性能水平。
[0009]許多文獻(xiàn)提出了不同的解決方案以用于促進(jìn)氣體進(jìn)入槽中，例如EP-A-1669159，JP-A-62006790, JP-A-61037393，JP-A-63108992，JP-A-63040695 和 US-A-4, 031，351。
[0010]這些解決方案都不理想，因?yàn)橥ǔ＿@些構(gòu)造實(shí)施起來(lái)是復(fù)雜的，它們比常規(guī)的噴嘴體積更大和/或它們提供有限的效率。
[0011]特別地，文獻(xiàn)US-A-4，031，351公開了包括可動(dòng)元件的激光切割噴嘴，由彈簧靠著待切割零件的表面按壓該可動(dòng)元件的末端以輔助將切割氣體噴入至槽中。
[0012]這種解決方案的主要缺陷為由彈簧沿著板的方向施加的力與切割氣體的壓力一起使得可動(dòng)元件對(duì)待切割的板施加很大的力。這造成板變形、刮劃甚至拖動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，所述板通常僅簡(jiǎn)單地放置在工業(yè)切割機(jī)器的工作臺(tái)上。
[0013]為了克服這些困難，在2011年5月16日提交的法國(guó)專利1154224提出在激光噴嘴的體部中布置一可動(dòng)元件。此可動(dòng)元件可在氣壓的作用下向著待切割的板表面在所述體部?jī)?nèi)軸向地移動(dòng)。這使得可動(dòng)元件在與待切割的板接觸前靠近待切割的板的上表面，從而形成裙部，該裙部的外輪廓是圓柱形的，因此切割氣體被引入并且在槽上集中，這促使氣體進(jìn)入槽中并且提高它的效率。
[0014]此外，此噴嘴包括彈性元件，該彈性元件沿著傾向于將可動(dòng)元件從板移開的方向?qū)蓜?dòng)元件施加彈性回復(fù)力。因此，當(dāng)切斷氣體時(shí)，可動(dòng)元件可回復(fù)至它的空閑位置，從而使得裙部移回至噴嘴體部?jī)?nèi)。
[0015]然而，此方法具有多個(gè)缺陷，尤其是在工業(yè)適用性方面。
[0016]不同類型的障礙的確可存在于待切割的表面并且可阻礙可動(dòng)元件在它的工作位置一即與板接觸一的運(yùn)動(dòng)。例如，這些障礙可能是在鉆孔和切割的初始階段出現(xiàn)的突出部所引起的熔化金屬的過厚或已經(jīng)切掉的零件保持楔在板中并且定位成相對(duì)于板的表面呈一角度，即具有位于板的上表面的水平以上的部分。從板的邊緣開始的切割還可產(chǎn)生臺(tái)階或高度差，即由于在切割期間所引起的板的某些部分變形或下陷而導(dǎo)致的在板的不同部分之間的水平的差。
[0017]如果裙部的周向壁再次遇到存在于板上的任何障礙物，則還有顛動(dòng)和在面向板的裙部的末端碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。裙部的運(yùn)動(dòng)可減慢、突然制動(dòng)甚至于停止。
[0018]如果被切割機(jī)檢測(cè)到，則與裙部的末端的碰撞可引起切割機(jī)的不合時(shí)宜的緊急停止。此碰撞還會(huì)損壞并且影響裙部的有效性，甚至于完全地?fù)p壞或破壞它。于是，更換噴嘴的可動(dòng)元件是必需的，這增大生產(chǎn)成本并且降低工業(yè)切割機(jī)的生產(chǎn)率。
[0019]當(dāng)切割采用由節(jié)約材料實(shí)現(xiàn)的工業(yè)上常用的“嵌套”時(shí)，這些問題會(huì)變得更加重要，對(duì)于所述嵌套，從單個(gè)板切下的零件布置成彼此非常接近，并且一些零件甚至于可具有相同的邊緣。
[0020]文獻(xiàn)JP-A-7251287提出一種激光噴嘴，該噴嘴包括可動(dòng)元件和彈簧，該彈簧施加一傾向于使所述元件壓靠該板的力。此外，這種噴嘴使用在面向待切割的板的所述元件的表面下方泄漏的切割氣體所施加的力，以使得可動(dòng)元件稍稍離開所述板。
[0021]然而，此方法難于實(shí)施，因?yàn)樗枰_的控制在間隙中不同的力以用于調(diào)節(jié)和保持期望的距離。此外，這種距離降低了氣體注入槽中的效率。這還造成問題，即在進(jìn)行方法的步驟期間，切割氣體沒有由噴嘴所供應(yīng)，或者此時(shí)僅有小的切割氣體壓力供應(yīng)至噴嘴。
[0022]在通常小于4巴的低氣體壓力下完成對(duì)板的鉆孔時(shí)，或者當(dāng)噴嘴以通常0.5mm至數(shù)mm的距離而沒有任何切割氣體或光束在板上方快速移動(dòng)時(shí)，特別是當(dāng)多個(gè)嵌套的零件從單個(gè)板切下時(shí)尤其會(huì)出現(xiàn)這種情況。為了改進(jìn)生產(chǎn)率和速度，通常執(zhí)行這些操作而沒有提升保持噴嘴從它的切割位置離開的裝置。
[0023]在這些情況下，在JP-A-7251287中提供的解決方案由于可動(dòng)元件永久地向噴嘴體部外突出而不能使可動(dòng)元件從板移開，于是上面提到的問題變得非常重要。這也會(huì)鉆孔階段造成問題，因?yàn)?存在)大量突出的熔化金屬而使得噴嘴不應(yīng)與板靠的太近。
[0024]因此，待解決的問題是提出一種激光光束切割噴嘴，該激光光束切割噴嘴大大地減少甚至于消除前面提到的問題，特別是這樣一種激光噴嘴，該聚光噴嘴在待切割的板上的移動(dòng)較少地為所述板的表面上存在的任何障礙物所干擾，并且相對(duì)于現(xiàn)有方案大大地減小由噴嘴撞擊所述障礙物所產(chǎn)生的撞擊。
[0025]此外，必須能在工業(yè)上實(shí)施根據(jù)本發(fā)明的激光光束，并且它的穩(wěn)健性和使用壽命一定好于現(xiàn)有方案，并且它不會(huì)影響所述噴嘴安裝在其上的切割機(jī)的操作。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0026]因此本發(fā)明的解決方案是一種激光噴嘴，該激光噴嘴包括:
[0027]-噴嘴體部，該噴嘴體部具有軸座(軸向容納部)和位于噴嘴體部的正面的第一輸出孔，
[0028]-可動(dòng)元件，該可動(dòng)元件位于噴嘴體部的軸座內(nèi)，具有裙形前部并且具有第二輸出孔，所述可動(dòng)元件可在施加在可動(dòng)元件上的氣體壓力的作用下在軸座中朝向第一輸出孔平移地運(yùn)動(dòng)，直到可動(dòng)元件的裙形前部穿過第一輸出孔突出到軸座外側(cè)，以及
[0029]-彈性元件，該彈性元件在軸座中安放在噴嘴體部和可動(dòng)元件之間，并對(duì)可動(dòng)元件施加彈性回復(fù)力，
[0030]其特征在于，該前部具有端部，該端部處的外徑沿著第二輸出孔的方向逐漸地減小。
[0031]如所適用的，根據(jù)本發(fā)明的噴嘴可具有一個(gè)或更多下列技術(shù)特征:
[0032]-前部還具有外徑基本恒定的圓柱形部；
[0033]-該端部具有與噴嘴體部的正面成角度(α)的至少一個(gè)斜面；
[0034]-該斜面的角度在0.1°至80°之間，并且優(yōu)選在10°至45°之間；
[0035]-該端部的外輪廓是截頭錐形的；
[0036]-該端部的外輪廓具有至少一個(gè)彎曲部；
[0037]-該端部的外輪廓具有至少一個(gè)凸部；
[0038]-該至少一個(gè)凸部具有在0.1mm和2mm之間的曲率半徑；
[0039]-該圓柱形部具有在3mm至8mm之間的外徑；
[0040]-該端部在第二輸出孔處具有在2.5mm至7_之間的外徑；
[0041]-當(dāng)可動(dòng)元件可在軸座中向著位于噴嘴體部的正面的第一輸出孔平移地運(yùn)動(dòng)時(shí)，可動(dòng)元件的裙形前部穿過噴嘴體部的正面的第一輸出孔突出到軸座的外側(cè)；
[0042]-噴嘴體部的軸座的底部具有肩部，并且可動(dòng)元件的外周向壁具有止擋部，該彈性元件安放在該肩部和該止擋部之間；
[0043]-在噴嘴體部和可動(dòng)元件之間安放有至少一個(gè)密封元件，例如一個(gè)或更多的O形環(huán)；
[0044]-所述至少一個(gè)密封元件位于形成在可動(dòng)元件的外周向壁中的周向槽內(nèi)；
[0045]-該可動(dòng)元件能夠在多個(gè)不同位置之間移動(dòng)，所述多個(gè)位置包括:
[0046].空閑位置，在該位置處前部的裙部完全地或幾乎完全地收回至噴嘴體部的軸座中，以及
[0047].工作位置，在該位置處前部的裙部穿過第一輸出孔完全地或幾乎完全地突出到噴嘴體部的軸座外側(cè)；
[0048]-可動(dòng)元件的軸向通路具有錐形的、截頭錐形的或收斂的/發(fā)散的形狀；
[0049]-噴嘴體部由導(dǎo)電材料，特別是銅、黃銅或類似物制成；
[0050]-可動(dòng)元件完全地或部分地由電絕緣材料制成；
[0051]-可選地,可動(dòng)元件由電絕緣材料制成,該電絕緣材料是耐溫/熱的,特別是銅、黃銅或類似物，所述絕緣元件具有布置在噴嘴和可動(dòng)插入件之間的至少一個(gè)絕緣界面。該絕緣界面為位于噴嘴體部?jī)?nèi)的套筒，或者為與噴嘴體部或可動(dòng)元件附連的絕緣襯層。
[0052]本發(fā)明還涉及一種激光聚焦頭，該激光聚焦頭具有至少一個(gè)聚焦光學(xué)器件，例如一個(gè)或更多透鏡或反射鏡，特別是聚焦透鏡和準(zhǔn)直透鏡，其特征在于，它還包括根據(jù)本發(fā)明的激光噴嘴。
[0053]本發(fā)明還涉及一種激光設(shè)備，該激光設(shè)備包括激光發(fā)生器、激光聚焦頭和激光光束傳送裝置，該激光光束傳送裝置連接所述激光發(fā)生器并且連接所述激光聚焦頭，其特征在于，所述激光聚焦頭為本發(fā)明所要求保護(hù)的激光聚焦頭。
[0054]優(yōu)選地，激光源或發(fā)生器為C02、YAG、纖維或圓盤類型，優(yōu)選纖維或圓盤、尤其是鐿纖維激光源。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還涉及一種激光光束切割方法，其中采用了根據(jù)本發(fā)明的噴嘴、根據(jù)本發(fā)明的激光聚焦頭或根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0056]結(jié)合附圖從下面給出的描述可更好地理解本發(fā)明，在附圖中:
[0057]-圖1A為常規(guī)激光切割設(shè)備的聚焦頭的示意性視圖，
[0058]-圖1B為激光點(diǎn)的尺寸相對(duì)于噴嘴孔的尺寸的示意性視圖，
[0059]-圖2為根據(jù)本發(fā)明的噴嘴的體部的剖視圖，
[0060]-圖3為根據(jù)法國(guó)專利申請(qǐng)1154224的噴嘴的剖視圖，
[0061]-圖4為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的噴嘴的剖視圖，
[0062]-圖5為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的噴嘴的體部的剖視圖，
[0063]-圖6A和6B為根據(jù)本發(fā)明具有可動(dòng)元件的噴嘴，該可動(dòng)元件處于兩個(gè)不同位置，以及
[0064]-圖7示出根據(jù)本發(fā)明的噴嘴的可動(dòng)元件在高度差上移動(dòng)。

【具體實(shí)施方式】
[0065]圖1A示出常規(guī)的激光切割設(shè)備的聚焦頭20，該聚焦頭20附連至常規(guī)的激光噴嘴21，聚焦的激光光束和輔助氣體(箭頭23)穿過該激光噴嘴21，該輔助氣體用于排出由光束熔化的、來(lái)自由光束22在待切割金屬零件30例如鋼或不銹鋼板中形成的切割槽31的金屬。
[0066]輔助氣體可為活性氣體,例如氧氣、空氣、CO2或氫氣；或惰性氣體,例如氬氣、氮?dú)饣蚝?；或多種這些活性和/或惰性氣體的混合物。氣體的組分尤其是考慮到待切割的零件的性質(zhì)而選擇的。
[0067]對(duì)零件產(chǎn)生影響的光束熔化金屬，該金屬然后由輔助氣體的壓力排出至零件的下方。
[0068]圖1B清晰地示出相對(duì)于光束22的焦點(diǎn)的尺寸S2的噴嘴21的孔24的區(qū)域(面積)SI。如所示出的，區(qū)域SI遠(yuǎn)大于光束22的焦點(diǎn)的尺寸S2，這意味著，在常規(guī)噴嘴的情況下會(huì)導(dǎo)致輔助氣體的高消耗量，僅有很小比例的輔助氣體用于將熔化的金屬?gòu)那懈畈?1排出。
[0069]為了相當(dāng)多地降低氣體消耗量和用于切割的壓力，法國(guó)專利申請(qǐng)1154224提出了一種激光噴嘴，該噴嘴由于特殊的噴嘴構(gòu)型而能夠且設(shè)計(jì)成以采用更小的氣體壓力和/或氣體流量的激光光束來(lái)切割，該噴嘴構(gòu)型使得能夠促使更大比例的氣體進(jìn)入槽31并且有效地從槽31排出熔化的金屬，而不用考慮激光功率和光束波長(zhǎng)。
[0070]根據(jù)文獻(xiàn)FR 1154224，激光噴嘴具有至少兩個(gè)主要部件，即噴嘴體部I和可動(dòng)地布置在噴嘴體部I內(nèi)的可動(dòng)元件2，該噴嘴體部I和可動(dòng)元件2協(xié)同配合，在圖2和圖3中示出該噴嘴體部和可動(dòng)元件的實(shí)施例。
[0071]更具體地，如圖2中所示的，由導(dǎo)電材料例如銅或黃銅制成的噴嘴體部I設(shè)計(jì)成與激光設(shè)備的激光聚焦頭20附連。
[0072]有利地，噴嘴體部I為軸對(duì)稱零件，該軸對(duì)稱零件由軸座5沿著軸AA端到端地穿過，該軸座5從體部I的背面Ib延伸至所述體部I的正面la。
[0073]軸座5在噴嘴體部I的正面Ia和背面Ib打開。因此，背面Ib具有第一輸入孔11’，而正面Ia具有噴嘴體部I的第一輸出孔11，第一輸入和輸出孔11’、11與軸AA同軸。
[0074]軸座5實(shí)際上是一凹部，例如具有朝向該座5的中心徑向突出的內(nèi)肩部9的圓柱形凹部，所述內(nèi)肩部9由軸座5的區(qū)域的限制部15形成，該限制部與位于噴嘴體部I的正面Ia的第一輸出孔11齊平。
[0075]在文獻(xiàn)FR 1154224中的噴嘴還包括可動(dòng)元件2，該可動(dòng)元件2插入至噴嘴體部I的座5中，優(yōu)選與體部I同軸地插入，如圖3中所示?？蓜?dòng)元件2能夠且設(shè)計(jì)成沿著軸AA在噴嘴體部I的座5內(nèi)平移地運(yùn)動(dòng)。
[0076]根據(jù)文獻(xiàn)FR 1154224，此可動(dòng)元件2包括前部2a和軸向通路4，該前部2a形成布置在噴嘴體部I的軸座5中的圓柱形(即管狀)的裙部6，該軸向通路4具有第二輸出孔12，該第二輸出孔12從形成所述裙部6的前部2打開。
[0077]當(dāng)噴嘴在使用中的時(shí)候，光束22和輔助氣體23穿過可動(dòng)元件2的軸向通路4并且穿過從形成所述裙部6的前部2打開的第二輸出孔12出來(lái)。
[0078]可動(dòng)元件2可相對(duì)于噴嘴的體部I沿著軸AA而軸向地運(yùn)動(dòng)。實(shí)際上，可動(dòng)元件2在施加在所述可動(dòng)元件2上的輔助氣體23的壓力的作用下運(yùn)動(dòng)，該壓力傾向于將該可動(dòng)元件推向待切割的零件30。
[0079]可動(dòng)元件2沿著軸AA的平移運(yùn)動(dòng)造成裙部6朝向待切割的板的上表面30運(yùn)動(dòng)，直至它們彼此接觸，如圖4A中所示出的。
[0080]因此，氣體由裙部6引導(dǎo)并且集中于激光點(diǎn)和凹槽上，這會(huì)大大地提高氣體的效率并且金屬被更有效地排出。
[0081]彈性元件8例如彈簧在噴嘴體部I和可動(dòng)元件2之間布置在軸座5中，以使得它對(duì)可動(dòng)元件2沿著傾向于使可動(dòng)元件2移離待切割的零件的方向施加彈性回復(fù)力。因此，在切割完成時(shí)，此時(shí)氣體切斷并且氣體壓力不再施加在可動(dòng)元件2上，可動(dòng)元件2可回復(fù)至它的空閑位置，從而裙部6可返回到座5內(nèi)。
[0082]因此，彈性元件8使得能限制通常在切割階段之前進(jìn)行的板鉆孔期間裙部6的磨損。實(shí)際上，鉆孔最通常利用低氣壓一通常少于4巴一進(jìn)行。然后彈性元件為裙部6施加足夠的回復(fù)力以用于完全地或幾乎完全地回復(fù)至座5，在該處保護(hù)裙部6免受由鉆孔產(chǎn)生的熔化的金屬的突出部影響。
[0083]此外，彈性元件8促進(jìn)在板上方短距離處沒有切割氣體或光束的切割頭的快速運(yùn)動(dòng)，因?yàn)槿缓髿怏w會(huì)停止對(duì)可動(dòng)元件上施加壓力并且裙部6返回至座5內(nèi)。僅裙部6向上返回，不需要提升支承噴嘴的聚焦頭。
[0084]根據(jù)文獻(xiàn)FR 1154224，可動(dòng)元件2具有前部2a，該前部2a形成圓柱形的裙部6，即沿著軸線AA具有恒定的外徑的裙部6。
[0085]如上文所描述的，如果待切割的板的表面上存在高于待切割板的上表面的任何障礙物、不規(guī)則物、過厚或高度差一它們例如由熔化的金屬的突出部或保持楔在板的框架中的切割零件弓丨起，則圓柱形形狀會(huì)弓丨起問題。
[0086]實(shí)際上，在此裝置中，前部2a的外周向壁形成與待切割的板的表面垂直的壁，即該壁是豎直的，從而提供對(duì)障礙物比較大的抵抗，尤其是在激光切割中存在通常在0.1至50m/min之間的高切割速度時(shí)，視待切割的板的厚度而定。這會(huì)導(dǎo)致對(duì)由裙部6帶來(lái)的碰撞的不良吸收并且所述裙部的運(yùn)動(dòng)易于受到阻礙、減慢、突然制動(dòng)或甚至停止。換言之，裙部的外圓柱形輪廓促進(jìn)了所述裙部的外表面和板上的任何障礙物的正面碰撞。
[0087]此外，在前部2a的末端存在的銳利邊緣一如圖3中所示一更易于在碰撞的情況下開動(dòng)裙部6中的裂縫或使裙部6破裂，使得可動(dòng)元件2更易碎。
[0088]為了克服該問題，本發(fā)明提出一種具有改進(jìn)的可動(dòng)元件的激光噴嘴，該可動(dòng)元件尤其具有裙部形前部2a，該裙部形前部2a能夠并且設(shè)計(jì)成當(dāng)可動(dòng)元件處于它的工作位置，即可動(dòng)元件與待切割的板的上表面接觸時(shí)，在障礙物、不規(guī)則物或高度差上運(yùn)動(dòng)。
[0089]更具體地，所述可動(dòng)元件的前部2a包括一端部，該端部設(shè)計(jì)成經(jīng)過高度差或障礙物，而對(duì)裙部6的碰撞大大減小或沒有碰撞，并且噴嘴的運(yùn)動(dòng)速度沒有或有極小的降低。
[0090]根據(jù)本發(fā)明，前部2a具有端部17，在端部17處外徑沿著第二輸出孔12的方向逐漸地減小。因此，前部2a設(shè)計(jì)成幫助它經(jīng)過板的表面上的高度差或障礙物。碰撞被更好地吸收，因?yàn)槎瞬?7的外徑的逐漸減小有助于在裙部6遇到高度差或點(diǎn)狀的障礙物時(shí)使裙部6向著座5向上移回。
[0091]端部是指前部2a的位于所述前部的末端一部分，即，面向待切割的板的上表面的部分。
[0092]在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，端部17具有與噴嘴體部I的正面Ia成角度α的至少一個(gè)斜面18。該至少一個(gè)斜面18的角度α在0.1°至80°之間，并且優(yōu)選在10°至45°之間。
[0093]在圖4中示出的示例中,端部17包括單個(gè)斜面18。優(yōu)選地,端部17的外輪廓是截頭錐形的。
[0094]有利地，前部2a還包括外徑大體恒定的圓柱形部16，該圓柱形部?jī)?yōu)選布置在端部17的上游，S卩，比端部17距第二輸出孔12更遠(yuǎn)。
[0095]在圖5示出的另一實(shí)施例中，端部17的外輪廓具有至少一個(gè)彎曲部。優(yōu)選地，端部17的外輪廓具有至少一個(gè)凸部。該至少一個(gè)凸部的曲率半徑通常在0.1mm至2mm之間。
[0096]本發(fā)明因此使得能夠消除或很大程度上限制銳利的邊緣出現(xiàn)在前部2a的末端。
[0097]圓柱形部16優(yōu)選具有在3mm至8mm之間、優(yōu)選約6mm的外徑。
[0098]在第二輸出孔12處，S卩，在前部2a的面向待切割的板的端面處，端部17具有在
2.5至7mm之間、優(yōu)選約4mm的外徑。
[0099]應(yīng)當(dāng)注意的是，可動(dòng)元件2的外周向壁具有止擋部10，優(yōu)選為繞著所有或部分所述可動(dòng)元件2的周向延伸的環(huán)形止擋部，彈性元件8定位成在肩部9和止擋部10之間。
[0100]可選地，至少一個(gè)密封元件7、尤其是一個(gè)或更多的O形環(huán)7設(shè)置在噴嘴體部I和可動(dòng)元件2之間，這使得能夠提供在噴嘴體部I和可動(dòng)插入件2之間的密封。優(yōu)選地，所述至少一個(gè)密封元件7位于形成在可動(dòng)元件2的外周向壁內(nèi)的周向槽14中。
[0101]如圖4和圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的噴嘴為標(biāo)準(zhǔn)尺寸，S卩，它不大于常規(guī)切割噴嘴，這是有利的并且與嵌套切割相兼容，在嵌套切割中從不同的零件之間具有非常有限的間隙的單個(gè)板取下多個(gè)零件。
[0102]此外，根據(jù)本發(fā)明的噴嘴具有其他優(yōu)點(diǎn)，即與電容傳感器系統(tǒng)相兼容。實(shí)際上，由銅或其它導(dǎo)電材料制成的零件適用于由在標(biāo)準(zhǔn)噴嘴中的電容傳感器具體規(guī)定的高度。在氣體的壓力下，可動(dòng)插入件2與待切割的板30接觸，從而使得能夠限制氣體泄漏。
[0103]可動(dòng)元件2優(yōu)選由電絕緣物、合成材料、工藝陶瓷、聚合物材料例如聚醚醚酮
(Peek)、Vespel?、陶瓷或派熱克斯玻璃制成，并且具有與激光切割噴嘴相同的內(nèi)部幾何形狀，即，它可具有錐形的、有或無(wú)圓柱形輸出通道的、截錐形的、收斂的/發(fā)散的(即Laval式噴嘴)或任何其它適當(dāng)?shù)膸缀涡螤畹膬?nèi)輪廓。
[0104]應(yīng)當(dāng)注意的是，電絕緣材料意為不能導(dǎo)電的材料，即阻止電流在兩個(gè)導(dǎo)電元件之間傳遞的材料。
[0105]優(yōu)選地，可動(dòng)元件2為由一整塊材料形成的軸對(duì)稱零件。
[0106]如果可動(dòng)元件2未由電絕緣材料制成，則可動(dòng)元件2的外表面的至少一部分由電絕緣材料層所覆蓋，該電絕緣材料層可以或可以不與可動(dòng)元件2剛性連接。該絕緣材料層用作可動(dòng)元件2和噴嘴體部I之間的電絕緣界面。
[0107]此外，根據(jù)本發(fā)明的噴嘴包括這樣的可動(dòng)元件2，S卩，在該可動(dòng)元件2中輸出孔12的直徑在0.5mm至5mm之間。
[0108]因此根據(jù)本發(fā)明的噴嘴的可動(dòng)元件2的確能夠在多個(gè)位置之間移動(dòng)，所述多個(gè)位置包括至少:
[0109]-空閑位置，在該位置處前部2a的裙部6完全地或幾乎完全地收回至噴嘴體部I的軸座5中，如圖6B中所示出的，以及
[0110]-工作位置，在該位置處前部2a的裙部6穿過第一輸出孔11完全地或幾乎完全地突出到噴嘴體部I的軸座5外側(cè)，并且與待切割的零件接觸，如圖6A所示出的。
[0111]自然地，可動(dòng)元件2可占據(jù)中間位置，在該位置處裙部6僅部分地突出到噴嘴體部I的軸座5外側(cè)。這些中間位置尤其可取決于氣體對(duì)可動(dòng)元件2施加的壓力。
[0112]前部2a的末端的具體外輪廓與彈性元件8的布置的組合為操作根據(jù)本發(fā)明的噴嘴提供了更大的改進(jìn)。
[0113]首先，端部的形狀通過使得裙部能夠移回至座5中而使得裙部6能夠經(jīng)過高度差或點(diǎn)狀的障礙物，從而避免與板上的障礙物的正面碰撞。
[0114]這在圖7中示出，在該圖中示意性示出可動(dòng)元件2，它的裙部6(為了清晰起見，省去體部I)沿著切割方向32在待切割的板30上移動(dòng)。在沒有任何障礙物時(shí)，裙部6由于切割氣體對(duì)可動(dòng)元件2施加的壓力與板接觸地移動(dòng)，如實(shí)線箭頭(―)所示。如所示出的，當(dāng)遇到障礙物或高度差時(shí)一在本例中是由位于板30上的零件33所模擬的高度差或臺(tái)階，形成在端部17上的斜面促進(jìn)了裙部6的升起，如虛線箭頭(一)所示。一旦高于障礙物33，裙部6就會(huì)接近障礙物33的表面并且繼續(xù)將切割氣體引導(dǎo)至槽中。
[0115]此外，彈性元件8使得能夠在可動(dòng)元件2在切割氣體的作用下向著零件移動(dòng)時(shí)限制由可動(dòng)元件2對(duì)待切割零件施加的壓力。更具體地，彈性元件8的回復(fù)力的大小有利地確定成保持可動(dòng)元件2與待切割零件接觸，同時(shí)限制所述元件施加在板上的壓力，以使得板一零件從該板切下一的變形、板表面有刮痕和拖動(dòng)板的任何風(fēng)險(xiǎn)大大地降至最低甚至于消除。
[0116]這樣，本發(fā)明為裙部6提供了更有靈活性的運(yùn)動(dòng)并且使得能夠隨著可出現(xiàn)在待切割的板表面上的水平的變化(而運(yùn)動(dòng))，這使得它在工業(yè)上的使用更加容易。
[0117]這限制了機(jī)器由于對(duì)頭移動(dòng)的障礙停止和在裙部和障礙物之間的碰撞的風(fēng)險(xiǎn)。
[0118]因此，由本發(fā)明提供的方案導(dǎo)致具有可動(dòng)元件的噴嘴在穩(wěn)健性、使用壽命和實(shí)施方面相對(duì)于根據(jù)文獻(xiàn)FR 1154224的噴嘴得到改進(jìn)。
[0119]示例
[0120]為了示出根據(jù)本發(fā)明的噴嘴相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)噴嘴一即沒有可動(dòng)元件的常規(guī)噴嘴一的效率和通過實(shí)施安裝在可動(dòng)元件上的裙部而促使氣體進(jìn)入至切割槽的效率，可采用具有CO2激光發(fā)生器的切割設(shè)備進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，該激光發(fā)生器用于產(chǎn)生激光光束，該激光光束被送至包括聚焦光學(xué)器件、尤其是透鏡的激光聚焦頭。
[0121]如所適用的，激光聚焦頭安裝有具有直徑為1.8mm的輸出孔的標(biāo)準(zhǔn)噴嘴或根據(jù)圖3具有圓柱形可動(dòng)裙部和圓錐形軸向通路的噴嘴，該軸向通路具有直徑為1.8mm的圓柱形輸出通道。此外，可動(dòng)裙部的外輪廓包括具有與水平面、即與噴嘴體部的正面成大約30°的角度α的斜面。
[0122]所采用的輔助氣體為氮?dú)狻?br> [0123]待切割的板為5mm厚的304L級(jí)不銹鋼。
[0124]此外，在待切割的板的區(qū)域上模擬0.8mm的高度差，用另一塊厚度為0.8mm的板覆蓋待切割的板的一部分，如圖7中示意性示出的。
[0125]激光光束具有4kW的功率并且切割速度為2.6m/min。
[0126]所獲得的結(jié)果證明:
[0127]-對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，14巴的氣體壓力不足以獲得高質(zhì)量的切割。事實(shí)上，在14巴下，切割邊緣具有多個(gè)附連的毛邊。這證明了，由于氣體對(duì)待排出的熔化的金屬的不充分作用，熔化的金屬的排出是有瑕疵的。為了消除這些毛邊，需要16巴的壓力。
[0128]-對(duì)于根據(jù)本發(fā)明的噴嘴，在I至5巴間的壓力下執(zhí)行的測(cè)試帶來(lái)了高質(zhì)量的切害I]、即切割邊緣沒有附連的毛邊。噴嘴的裙部使得能夠?qū)怏w引導(dǎo)至槽中，并且有效地將熔化的金屬排出。此外，在經(jīng)過高度差時(shí)，噴嘴很容易地經(jīng)過在板上模擬的0.8mm高度差，而不會(huì)顛動(dòng)或降低切割速度。應(yīng)當(dāng)注意到的是，0.8mm通常是采用激光光束的板切割所遇到的高度差或障礙物的最大高度。
[0129]這些測(cè)試清楚地示出根據(jù)本發(fā)明的噴嘴的效率，在所有條件都相同的情況下相比標(biāo)準(zhǔn)噴嘴，根據(jù)本發(fā)明的噴嘴有助于相當(dāng)多地降低了所需要的氣體壓力，從而減少了氣體消耗量。
【權(quán)利要求】
1.一種激光噴嘴(1、2),包括: -噴嘴體部(I)，該噴嘴體部具有軸座(5)和位于噴嘴體部(I)的正面(Ia)的第一輸出孔(11)， -可動(dòng)元件(2)，該可動(dòng)元件位于噴嘴體部(I)的軸座(5)內(nèi)，具有裙形前部(2a)并且具有第二輸出孔(12)，所述可動(dòng)元件(2)能在施加在該可動(dòng)元件(2)上的氣體壓力的作用下在軸座(5)中朝向第一輸出孔(11)平移地運(yùn)動(dòng)，直到所述可動(dòng)元件(2)的裙形前部(2a)穿過第一輸出孔(11)突出到軸座(5)外側(cè)，以及 -彈性元件(8)，該彈性元件(8)在軸座(5)中置于噴嘴體部(I)和可動(dòng)元件(2)之間，并在可動(dòng)元件(2)上施加彈性回復(fù)力， 其特征在于，所述前部(2a)具有端部(17)，在所述端部(17)處外徑沿著第二輸出孔(12)的方向逐漸地減小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴嘴，其特征在于，所述前部(2a)還具有外徑基本恒定的圓柱形部(16)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的噴嘴，其特征在于，所述端部(17)具有與噴嘴體部(I)的正面(Ia)成角度(α)的至少一個(gè)斜面(18)。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的噴嘴，其特征在于，所述斜面(18)的角度(α)在0.1°和80。之間，并且優(yōu)選在10°和45。之間。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的噴嘴，其特征在于，所述端部(17)的外輪廓是截頭錐形的。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的噴嘴，其特征在于，所述端部(17)的外輪廓具有至少一個(gè)彎曲部。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的噴嘴，其特征在于，所述端部(17)的外輪廓具有至少一個(gè)凸部。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的噴嘴，其特征在于，所述至少一個(gè)凸部具有在0.1 mm和2 mm之間的曲率半徑。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的噴嘴，其特征在于，所述圓柱形部(16)具有在3mm和8 mm之間的外徑。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的噴嘴，其特征在于，所述端部(17)在第二輸出孔(12)處具有在2.5 mm和7 mm之間的外徑。
11.一種激光聚焦頭，該激光聚焦頭具有至少一個(gè)聚焦光學(xué)器件，其特征在于，它還包括根據(jù)前述權(quán)利要求之一所述的激光噴嘴。
12.一種激光設(shè)備，該激光設(shè)備包括激光發(fā)生器、激光聚焦頭和激光光束傳送裝置，該激光光束傳送裝置連接至所述激光發(fā)生器并且連接至所述激光聚焦頭，其特征在于，所述激光聚焦頭為根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光聚焦頭。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的激光設(shè)備，其特征在于，激光發(fā)生器為C02、YAG、纖維或圓盤型激光發(fā)生器。
14.一種激光光束切割方法,該方法米用根據(jù)權(quán)利要求1至10之一所述的噴嘴、根據(jù)權(quán)利要求11所述的激光聚焦頭或根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的設(shè)備。
【文檔編號(hào)】B23K26/38GK104220209SQ201380018766
【公開日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2013年2月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月4日
【發(fā)明者】T·茹阿諾, P·勒菲弗 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司