本發(fā)明涉及激光加工，特別是涉及一種激光切割用的多氣體協(xié)同輔助裝置。

背景技術(shù)：

1、碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料是一種碳纖維增強(qiáng)的高分子復(fù)合材料，其高的比強(qiáng)度、優(yōu)異的耐候性和低密度，使之成為交通載具節(jié)能提效的最優(yōu)候選材料之一，在交通運(yùn)輸、?？蘸教斓阮I(lǐng)域展現(xiàn)出極具吸引力的應(yīng)用前景。雖然碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料展現(xiàn)出優(yōu)異的性能和廣闊的應(yīng)用前景，但是其相對(duì)低的沖擊韌性和顯著的各向異性導(dǎo)致其仍然無(wú)法取代現(xiàn)有的金屬結(jié)構(gòu)。因此，碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料大多需要與金屬結(jié)構(gòu)材料組合使用，而連接是其面對(duì)的重要材料加工方面的挑戰(zhàn)。目前，碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料已經(jīng)在新型客機(jī)上大比例應(yīng)用，顯著降低了飛行能耗。然而，碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料與金屬結(jié)構(gòu)件間的最常用連接方式就是鉚接，其密集的鉚接孔會(huì)破壞碳纖維的連續(xù)性。尤其加工效果不佳的鉚接孔，界面的應(yīng)力導(dǎo)致鉚接孔成為裂紋擴(kuò)展的源頭，降低碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的承載能力。而且，碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料的非均質(zhì)特性和高強(qiáng)度的碳纖維對(duì)常規(guī)機(jī)械加工的刀具磨損和質(zhì)量控制也是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此，如何實(shí)現(xiàn)碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料更加精密、低損和高效的加工便成為一項(xiàng)極具應(yīng)用價(jià)值的技術(shù)。

2、相對(duì)于常規(guī)機(jī)械加工的銑削所產(chǎn)生的巨大界面應(yīng)力和纖維撕裂效應(yīng)，激光加工呈現(xiàn)出諸多優(yōu)勢(shì)。首先，激光加工通過(guò)高能量密度的激光輻照進(jìn)行材料的燒蝕，不存在界面應(yīng)力的問(wèn)題。其次，激光加工通過(guò)光束的調(diào)控可以實(shí)現(xiàn)更為小尺度的加工，能夠滿足更加精細(xì)的加工要求。此外，結(jié)合機(jī)械臂的輔助，激光加工可以實(shí)現(xiàn)大幅面立體結(jié)構(gòu)的差異化形狀的加工?；谶@些優(yōu)勢(shì)，激光加工在碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料加工領(lǐng)域呈現(xiàn)出極具潛力的應(yīng)用前景。

3、然而，激光加工仍然存在一些不足，其高的能量密度會(huì)導(dǎo)致加工界面快速的升溫，從而對(duì)周圍的組織產(chǎn)生影響。尤其是在加工大深徑比的結(jié)構(gòu)時(shí)，熱量如不能被快速帶走，就會(huì)產(chǎn)生明顯的熱影響區(qū)。而且碳纖維和高分子基體間顯著的理化性能差異，會(huì)導(dǎo)致界面的剝離，從而影響其長(zhǎng)期的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。此外，過(guò)大的熱影響區(qū)也會(huì)導(dǎo)致加工結(jié)構(gòu)的尺寸精度。因此，在激光加工的過(guò)程中，亟需一種激光切割用的多氣體協(xié)同輔助裝置，不僅能快速帶走多余的熱量，并能協(xié)同清理殘余熔渣，能夠有效改善激光加工的精度，并能輔助提高激光加工的效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種激光切割用的多氣體協(xié)同輔助裝置，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：一種激光切割用的多氣體協(xié)同輔助裝置，包括上箱體，所述上箱體的頂面通過(guò)法蘭安裝有用于對(duì)激光束進(jìn)行聚焦的聚焦鏡，所述上箱體的底面設(shè)置有下箱體，所述下箱體的底部中心固定連接有導(dǎo)流管，所述導(dǎo)流管的一端伸入所述上箱體內(nèi)，所述導(dǎo)流管的另一端伸出所述下箱體外，所述導(dǎo)流管的周圍設(shè)置有若干個(gè)格柵孔，所述格柵孔開(kāi)設(shè)在所述下箱體的底部，所述上箱體外壁連通有第一送氣管，所述下箱體的外壁連通有第二送氣管。

3、優(yōu)選的，所述上箱體的頂面開(kāi)設(shè)有用于放置所述聚焦鏡的凹臺(tái)。

4、優(yōu)選的，所述法蘭通過(guò)若干個(gè)螺栓安裝在所述上箱體的頂面上，并通過(guò)所述法蘭將所述聚焦鏡限位在所述凹臺(tái)內(nèi)。

5、優(yōu)選的，所述聚焦鏡與所述法蘭之間設(shè)置有第一橡膠密封圈；所述聚焦鏡與所述凹臺(tái)之間設(shè)置有第二橡膠密封圈。

6、優(yōu)選的，所述第一送氣管、所述第二送氣管上分別安裝有電磁閥。

7、優(yōu)選的，所述導(dǎo)流管伸入所述上箱體內(nèi)的一端螺紋連接有內(nèi)套筒，所述內(nèi)套筒與所述上箱體的底部中心固定連接。

8、優(yōu)選的，所述上箱體與所述下箱體之間設(shè)置有第四橡膠密封圈。

9、優(yōu)選的，所述格柵孔傾斜設(shè)置，所述格柵孔處于所述下箱體的開(kāi)口遠(yuǎn)離所述導(dǎo)流管開(kāi)設(shè)，所述格柵孔處于所述下箱體底部的開(kāi)口靠近所述導(dǎo)流管開(kāi)設(shè)。

10、優(yōu)選的，所述導(dǎo)流管與所述下箱體之間設(shè)置有第三橡膠密封圈。

11、優(yōu)選的，所述聚焦鏡、所述導(dǎo)流管的中心軸線與激光束的中心軸線處于同一中心軸線上。

12、本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

13、本發(fā)明通過(guò)第一送氣管往上箱體內(nèi)輸送氣體，并使上箱體內(nèi)的氣體通過(guò)導(dǎo)流管直接噴射到激光切割位置，同時(shí)，第二送氣管往下箱體內(nèi)輸送氣體，并使下箱體內(nèi)的氣體通過(guò)格柵孔噴射到激光加工區(qū)附近，通過(guò)在激光加工區(qū)形成兩層氣體保護(hù)墻，不僅能夠協(xié)同完成熔渣的清理和加工區(qū)的冷卻，同時(shí)形成的氣體保護(hù)墻還能夠減少空氣卷入所導(dǎo)致的氧化。

技術(shù)特征：

1.一種激光切割用的多氣體協(xié)同輔助裝置，其特征在于：包括上箱體(3)，所述上箱體(3)的頂面通過(guò)法蘭(1)安裝有用于對(duì)激光束(5)進(jìn)行聚焦的聚焦鏡(8)，所述上箱體(3)的底面設(shè)置有下箱體(4)，所述下箱體(4)的底部中心固定連接有導(dǎo)流管(6)，所述導(dǎo)流管(6)的一端伸入所述上箱體(3)內(nèi)，所述導(dǎo)流管(6)的另一端伸出所述下箱體(4)外，所述導(dǎo)流管(6)的周圍設(shè)置有若干個(gè)格柵孔(401)，所述格柵孔(401)開(kāi)設(shè)在所述下箱體(4)的底部，所述上箱體(3)外壁連通有第一送氣管，所述下箱體(4)的外壁連通有第二送氣管。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光切割用的多氣體協(xié)同輔助裝置，其特征在于：所述上箱體(3)的頂面開(kāi)設(shè)有用于放置所述聚焦鏡(8)的凹臺(tái)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光切割用的多氣體協(xié)同輔助裝置，其特征在于：所述法蘭(1)通過(guò)若干個(gè)螺栓(2)安裝在所述上箱體(3)的頂面上，并通過(guò)所述法蘭(1)將所述聚焦鏡(8)限位在所述凹臺(tái)內(nèi)。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的激光切割用的多氣體協(xié)同輔助裝置，其特征在于：所述聚焦鏡(8)與所述法蘭(1)之間設(shè)置有第一橡膠密封圈(701)；所述聚焦鏡(8)與所述凹臺(tái)之間設(shè)置有第二橡膠密封圈(702)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光切割用的多氣體協(xié)同輔助裝置，其特征在于：所述第一送氣管、所述第二送氣管上分別安裝有電磁閥(9)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光切割用的多氣體協(xié)同輔助裝置，其特征在于：所述導(dǎo)流管(6)伸入所述上箱體(3)內(nèi)的一端螺紋連接有內(nèi)套筒，所述內(nèi)套筒與所述上箱體(3)的底部中心固定連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光切割用的多氣體協(xié)同輔助裝置，其特征在于：所述上箱體(3)與所述下箱體(4)之間設(shè)置有第四橡膠密封圈(704)。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光切割用的多氣體協(xié)同輔助裝置，其特征在于：所述格柵孔(401)傾斜設(shè)置，所述格柵孔(401)處于所述下箱體(4)的開(kāi)口遠(yuǎn)離所述導(dǎo)流管(6)開(kāi)設(shè)，所述格柵孔(401)處于所述下箱體(4)底部的開(kāi)口靠近所述導(dǎo)流管(6)開(kāi)設(shè)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光切割用的多氣體協(xié)同輔助裝置，其特征在于：所述導(dǎo)流管(6)與所述下箱體(4)之間設(shè)置有第三橡膠密封圈(703)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的激光切割用的多氣體協(xié)同輔助裝置，其特征在于：所述聚焦鏡(8)、所述導(dǎo)流管(6)的中心軸線與激光束(5)的中心軸線處于同一中心軸線上。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及激光加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種激光切割用的多氣體協(xié)同輔助裝置，包括上箱體，上箱體的頂面通過(guò)法蘭安裝有用于對(duì)激光束進(jìn)行聚焦的聚焦鏡，上箱體的底面設(shè)置有下箱體，下箱體的底部中心固定連接有導(dǎo)流管，導(dǎo)流管的一端伸入上箱體內(nèi)，導(dǎo)流管的另一端伸出下箱體外，導(dǎo)流管的周圍設(shè)置有若干個(gè)格柵孔，格柵孔開(kāi)設(shè)在下箱體的底部，上箱體外壁連通有第一送氣管，下箱體的外壁連通有第二送氣管。本發(fā)明通過(guò)將上箱體內(nèi)的氣體通過(guò)導(dǎo)流管直接噴射到激光切割位置，同時(shí)將下箱體內(nèi)的氣體通過(guò)格柵孔噴射到激光加工區(qū)附近，形成兩層氣體保護(hù)墻，不僅能夠協(xié)同完成熔渣的清理和加工區(qū)的冷卻，同時(shí)形成的氣體保護(hù)墻還能夠減少空氣卷入所導(dǎo)致的氧化。

技術(shù)研發(fā)人員：盛立遠(yuǎn),趙超超,焦俊科,蔣仕龍
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深港產(chǎn)學(xué)研基地（北京大學(xué)香港科技大學(xué)深圳研修院）
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2