具有外部可動(dòng)元件的激光噴嘴的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種可用于激光束切割的激光噴嘴，它具有可動(dòng)元件并且工業(yè)實(shí)現(xiàn)更 為容易，該可動(dòng)元件包括使得切割氣體能在切縫聚集的裙部。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光束切割需要通常由銅制成的噴嘴的使用，該噴嘴引導(dǎo)氣體并允許激光束通 過(guò)。氣體和激光沿著穿過(guò)噴嘴主體的軸向通道傳播遠(yuǎn)至待切割部分。這些噴嘴典型的輸出 孔口直徑在〇· 5至3mm之間，用于在0· 6至2mm之間的工作距離。
[0003] 為了實(shí)現(xiàn)切割，需要在聚焦頭使用通常為數(shù)巴的高壓，用以保證氣體滲透至切縫 和從熔融金屬中流出。
[0004] 然而，所使用的氣體的很大比例一通常為50%至90%之間一沒(méi)有參與切割過(guò)程， 也就是從熔融金屬中排出，因?yàn)槠淞魇е燎锌p的旁邊。
[0005] 氣體的流失是由于噴嘴出口流動(dòng)橫截面面積與焦點(diǎn)尺寸的巨大差異。因而，作為 示例，輸出孔口直徑為I. 5mm的噴嘴流動(dòng)橫截面面積為激光束穿過(guò)該噴嘴所形成的焦點(diǎn)橫 截面面積的25倍。
[0006] 但是，如果滲透至切縫的氣體量不足，可能會(huì)觀察到出現(xiàn)切割缺陷，特別是附著毛 刺和/或氧化痕跡。
[0007] 通過(guò)減少噴嘴輸出孔口的直徑來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題的努力并不理想，因?yàn)檫@樣有激光 束穿透和損壞噴嘴內(nèi)部的風(fēng)險(xiǎn)。減少噴嘴輸出孔口的直徑還降低了切割質(zhì)量和/或性能。
[0008] 還有更多數(shù)量的文件提出各種解決方案以企圖激勵(lì)氣體滲透至切縫，例如文 件 EP-A-1669159, JP-A-62006790, JP-A-61037393, JP-A-63108992, JP-A-63040695， US-A-4,031，351，US 3,383,491，DE 198 53 765 Cl 和 JP-A-2003-260582。
[0009] 然而，這些解決方案中無(wú)一是完全理想的，因?yàn)樗鼈兓蛘呔哂袑?shí)施起來(lái)復(fù)雜的結(jié) 構(gòu)，相對(duì)于傳統(tǒng)噴嘴過(guò)分笨重，和/或有限的效率。
[0010] 文件US 3, 383, 491特別公開(kāi)了具有可動(dòng)元件的激光切割噴嘴，該可動(dòng)元件的末 端通過(guò)彈簧壓在待切割部分的表面，用以激勵(lì)進(jìn)入切縫的切割氣體的噴射。文件DE 198 53 765 Cl也描述了具有類(lèi)似功能的彈簧。
[0011] 這種解決方案帶來(lái)了一系列問(wèn)題。一方面，彈簧沿著板材方向施加的作用力導(dǎo)致 可動(dòng)元件在待切割板材上施加顯著的力。因而存在板材變形、刮擦或者甚至被可動(dòng)元件拖 拽的風(fēng)險(xiǎn)，通常板材簡(jiǎn)單放置于切割機(jī)的工作臺(tái)上。另一方面，該裝置實(shí)施復(fù)雜并且比傳統(tǒng) 激光噴嘴顯著笨重。這導(dǎo)致了對(duì)于切割鱗狀部件一即彼此緊密地位于給定板材上的部件一 而言的問(wèn)題。然而，由于其所引起的材料節(jié)約，這種類(lèi)型的切割在激光切割領(lǐng)域被廣泛地應(yīng) 用。
[0012] 在2011年5月16日提交并在本申請(qǐng)的申請(qǐng)日前未公開(kāi)的法國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng) No. 1，154, 224提出了替代解決方案。該方案包括在激光噴嘴的主體內(nèi)設(shè)置可動(dòng)元件。該可 動(dòng)元件能在氣體壓力作用下在所述主體內(nèi)沿待切割板材的表面的方向軸向移動(dòng)?？蓜?dòng)元件 因而向著待切割板材的上表面移動(dòng)直到其接觸待切割板材的上表面?？蓜?dòng)元件因而形成輸 送切割氣體并且使切割氣體在切縫聚集的裙部，因此，使得氣體滲透至所述切縫并且改善 其效率。
[0013] 但是，這個(gè)解決方案也不是完美的，因?yàn)榭蓜?dòng)元件必須恰好設(shè)置在激光器主體內(nèi)， 更精確地應(yīng)該設(shè)置在噴嘴主體的軸向通道內(nèi)。
[0014] 因此，需要提供既增加氣體效率又能夠通過(guò)對(duì)已有的和市場(chǎng)上廣泛存在的激光噴 嘴進(jìn)行不需要對(duì)其內(nèi)部幾何形狀進(jìn)行改進(jìn)的簡(jiǎn)單改進(jìn)的易于實(shí)施的解決方案。
[0015] 這些普通的激光噴嘴具有不同的幾何形狀，每一模式專(zhuān)用于一種類(lèi)型的切割過(guò) 程、一種類(lèi)型的激光束、一種類(lèi)型的聚焦頭等。因而就工業(yè)實(shí)現(xiàn)而言，有必要提供與這些噴 嘴中的大多數(shù)甚至全部兼容的解決方案。
[0016] 然而，在激光切割工業(yè)中使用的許多噴嘴的主體中沒(méi)有為根據(jù)法國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?1，154, 224的內(nèi)部可動(dòng)元件設(shè)置軸向容納部的足夠材料體積。
[0017] 另外，某些切割應(yīng)用要求使用所謂的"雙流"噴嘴，除了軸向氣體通道外，這些噴嘴 還包括至少一個(gè)通過(guò)噴嘴體并且接近所述軸向通道的側(cè)向氣體通道。這一或這些附加通道 的出現(xiàn)使得機(jī)加工位于噴嘴體內(nèi)的容納部變得困難，即難以拓寬內(nèi)部軸向通道以使得能夠 在其中放置內(nèi)部可動(dòng)元件。
[0018] 另外，包括在普通噴嘴的軸向通道內(nèi)放置可動(dòng)元件，而不需要事先拓寬所述通道 的解決方案不令人滿意，因?yàn)槠錅p低了聚焦激光束通道的可用空間。這導(dǎo)致了加熱或者甚 至損害可動(dòng)元件和/或噴嘴主體的內(nèi)壁的風(fēng)險(xiǎn)，其也會(huì)降低剪切性能和/或質(zhì)量和過(guò)程的 生產(chǎn)率。
[0019] 因此要解決的問(wèn)題是如何通過(guò)提供尤其在激光切割中氣體利用率改善了的噴嘴 以減輕前述缺點(diǎn)中的一些或全部，該噴嘴易于工業(yè)實(shí)施，并且還與已有的普通激光噴嘴中 的大多數(shù)甚至全部兼容。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0020] 因此本發(fā)明解決方案是一種噴嘴，該噴嘴包括：
[0021] -噴嘴體，它包括第一軸向通道；
[0022] -外蓋，它包括軸向容納部，該噴嘴體至少部分地設(shè)置于所述軸向容納部?jī)?nèi)；和
[0023] -可動(dòng)元件，它包括第二軸向通道和形成裙部（裙?fàn)畈?，圍擋部）的前部部分，?述可動(dòng)部件布置在外蓋和噴嘴體之間并且可以在該外蓋的軸向容納部?jī)?nèi)平移移動(dòng)。
[0024] 取決于情況，本發(fā)明的噴嘴可以包括一個(gè)或多個(gè)下述技術(shù)特征：
[0025] -外蓋的軸向容納部包括位于所述外蓋的前部面中的第一輸出孔口，該可動(dòng)元件 能夠并且設(shè)計(jì)為能在軸向容納部?jī)?nèi)沿第一輸出孔口的方向平移移動(dòng)，直到該可動(dòng)元件的形 成裙部的前部部分通過(guò)軸向容納部的所述第一輸出孔口伸出該軸向容納部；
[0026] -噴嘴體、外蓋和可動(dòng)元件為彼此同軸布置的軸對(duì)稱(chēng)元件，噴嘴體包括至少部分 地設(shè)置在可動(dòng)元件的第二軸向通道中的前部部分；
[0027] -噴嘴體的第一軸向通道包括位于所述噴嘴體的前部部分中的第二輸出孔口，可 動(dòng)元件的第二軸向通道包括位于該可動(dòng)元件的形成裙部的前部部分中的第三輸出孔口，當(dāng) 前部部分伸出軸向容納部時(shí)所述第三輸出孔口開(kāi)口于所述第二輸出孔口的下游；
[0028] -可動(dòng)元件可以并且設(shè)計(jì)為在施加于所述軸向容納部?jī)?nèi)并且作用于所述可動(dòng)元 件上的氣體壓力的作用下在該軸向容納部?jī)?nèi)沿第一輸出孔口的方向平移移動(dòng)；
[0029] -噴嘴體包括布置在所述噴嘴體內(nèi)并且使噴嘴體的第一軸向通道和外蓋的軸向 容納部流體連通的至少一個(gè)氣體供應(yīng)管道；
[0030] -布置在軸向容納部?jī)?nèi)且處在外蓋和噴嘴體之間的彈性元件，所述彈性元件在可 動(dòng)元件上施加彈性回復(fù)力，該彈性回復(fù)力傾向于抵抗該可動(dòng)元件在軸向容納部?jī)?nèi)沿著第一 輸出孔口方向的平移移動(dòng)；
[0031] -軸向容納部包括優(yōu)選布置在所述軸向容納部的底部的內(nèi)臺(tái)肩，可動(dòng)元件的外周 壁包括與所述臺(tái)肩相對(duì)布置的止擋部，彈性元件設(shè)置在該止擋部和該內(nèi)臺(tái)肩之間。
[0032] -噴嘴還包括管狀元件，該管狀元件形成圍繞噴嘴體的所有或一些前部部分的套 筒，該管狀元件由電絕緣材料形成；
[0033] -可動(dòng)元件能夠在多個(gè)位置之間移動(dòng)，所述位置包括：
[0034] -休止位置，在該休止位置中，該可動(dòng)元件的前部部分全部或基本全部縮回至軸 向容納部?jī)?nèi)；和
[0035] -工作位置，在該工作位置中，