專(zhuān)利名稱(chēng)：用于切割中空?qǐng)A筒形工件的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使用激光束切割金屬制成的中空?qǐng)A筒形工件以制造多個(gè)金 屬環(huán)的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
一些供汽車(chē)的無(wú)級(jí)變速器使用的動(dòng)力傳送帶呈包括一堆金屬環(huán)的薄片狀帶環(huán)的 形式。例如，如日本專(zhuān)利特開(kāi)No. 2005-297074所示，通過(guò)接合矩形薄金屬板的相反端部以 形成中空?qǐng)A筒形滾筒(中空?qǐng)A筒形工件)，然后將該圓筒切成均具有預(yù)定寬度的多個(gè)金屬 環(huán)，來(lái)制造薄片狀帶環(huán)的金屬環(huán)。迄今，已經(jīng)習(xí)慣于使用切割機(jī)(諸如砂輪、切削工具等等)切開(kāi)滾筒。如日本專(zhuān)利 特開(kāi)昭No. 63-053912和日本實(shí)開(kāi)昭No. 59-062879所公開(kāi)的那樣，也已經(jīng)嘗試使用激光束 來(lái)切割中空?qǐng)A筒形滾筒。
當(dāng)使用激光束切割滾筒時(shí)，滾筒的溫度由于施加到該滾筒的激光束而上升。由于 激光束的溫度相對(duì)高，所以滾筒的溫度即使在那些與激光束施加至滾筒上的位置相對(duì)間隔 開(kāi)的位置也易于增高，偶爾達(dá)到使被加熱的區(qū)域熔化的程度。在停止施加激光束后，熔化區(qū)域再次固化成稱(chēng)為浮渣的塊。因而滾筒由于浮渣而 形成為具有凸起區(qū)域的形狀。因?yàn)楦≡３謱?duì)金屬環(huán)的物理干擾并且壓靠在金屬環(huán)上，所 以不能適當(dāng)?shù)貙木哂型蛊饏^(qū)域的滾筒切下的金屬環(huán)上下堆疊起來(lái)。為了減輕上述缺點(diǎn)，可以對(duì)金屬環(huán)機(jī)械加工以在隨后的機(jī)械加工工藝中除去浮 渣。然而，因?yàn)殡S后的機(jī)械加工工藝增加了制造理想的金屬環(huán)所需的工時(shí)，所以降低了制造 薄片狀帶環(huán)的效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的總體目的在于提供一種用于將金屬制成的中空?qǐng)A筒形工件切割成多個(gè) 金屬環(huán)，并且使所述金屬環(huán)上的浮渣的量減少的設(shè)備和方法。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式，提供一種用于使用激光束切割金屬制成的中空?qǐng)A筒 形工件以制造多個(gè)金屬環(huán)的設(shè)備，所述設(shè)備包括可旋轉(zhuǎn)的工件保持件，所述可旋轉(zhuǎn)的工件 保持件用于在其上保持所述中空?qǐng)A筒形工件，所述可旋轉(zhuǎn)的工件保持件具有可插入所述中 空?qǐng)A筒形工件的通孔中的側(cè)壁，并且當(dāng)將所述側(cè)壁插入所述中空?qǐng)A筒形工件的所述通孔 時(shí)，所述可旋轉(zhuǎn)的工件保持件起到冷卻器的作用以冷卻所述中空?qǐng)A筒形工件，所述工件保 持件具有冷卻劑通道和多個(gè)分支通道，所述冷卻劑通道縱向限定在所述工件保持件中，用 于使冷卻劑沿所述側(cè)壁通過(guò)該冷卻劑通道，所述多個(gè)分支通道從所述冷卻劑通道延伸到所 述側(cè)壁的外表面，其中當(dāng)所述冷卻劑從所述冷卻劑通道在所述側(cè)壁的所述外表面和所述中 空?qǐng)A筒形工件的內(nèi)周表面之間流過(guò)所述分支通道時(shí)，該冷卻劑冷卻待由所述激光束切割的 所述中空?qǐng)A筒形工件。因?yàn)樗隹尚D(zhuǎn)的工件保持件起到冷卻器的作用以冷卻該工件，并且通過(guò)所述冷卻劑通道和所述分支通道將所述冷卻劑供給至所述中空?qǐng)A筒形工件，所以當(dāng)使用所述激光 束切割所述中空?qǐng)A筒形工件時(shí)，這樣構(gòu)成的所述設(shè)備能夠有效地冷卻該中空?qǐng)A筒形工件。當(dāng)所述設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，用所述激光束照射的所述中空?qǐng)A筒形工件的區(qū)域被該激光束加熱，并且該中空?qǐng)A筒形工件的剩余部分被有效地冷卻以抵抗由熱傳導(dǎo)引起的不適當(dāng)?shù)臏?升。因此，防止除所述中空?qǐng)A筒形工件的被加熱區(qū)域以外的該中空?qǐng)A筒形工件的剩余部分 熔化，從而顯著地減少熔融金屬的量，因而顯著地減少?gòu)脑撝锌請(qǐng)A筒形工件產(chǎn)生的浮渣的 量。因此，根據(jù)本發(fā)明，所述設(shè)備能夠避免從所述中空?qǐng)A筒形工件過(guò)量產(chǎn)生熔融金屬， 從而避免從所述熔融金屬過(guò)量產(chǎn)生浮渣。優(yōu)選地，應(yīng)該將所述激光束施加至所述中空?qǐng)A筒形工件上與所述分支通道的環(huán)形 陣列對(duì)準(zhǔn)的位置處。具體地講，所述設(shè)備優(yōu)選地應(yīng)該還包括激光束施加裝置，所述激光束施 加裝置停在與所述分支通道的環(huán)形陣列對(duì)準(zhǔn)的位置，用于將所述激光束施加至所述中空?qǐng)A 筒形工件以在所述位置處用激光束L切割該中空?qǐng)A筒形工件。當(dāng)完成所述中空?qǐng)A筒形工件的切割時(shí)，切割所述中空?qǐng)A筒形工件所沿的所述分支 通道被暴露并且該分支通道中的所述冷卻劑漏出。從所述中空?qǐng)A筒形工件產(chǎn)生的所述熔融 金屬和所述浮渣與所述冷卻劑一起排放，因此防止所述熔融金屬和所述浮渣留在所述中空 圓筒形工件的切割邊緣等處。當(dāng)使用所述激光束切割所述中空?qǐng)A筒形工件時(shí)，所述工件保持件優(yōu)選地應(yīng)該以范 圍從740到2000米/分鐘的圓周速度旋轉(zhuǎn)。假如所述工件保持件以范圍從740到2000米 /分鐘的圓周速度旋轉(zhuǎn)，則將足夠水平的激光束能量供應(yīng)至所述中空?qǐng)A筒形工件以切割該 中空?qǐng)A筒形工件。在上述轉(zhuǎn)速范圍中，產(chǎn)生的升華金屬氣的量大，并且產(chǎn)生的熔融金屬的量 小。所述設(shè)備優(yōu)選地應(yīng)該還包括抽吸裝置，所述抽吸裝置用于當(dāng)使用所述激光束切割 所述中空?qǐng)A筒形工件時(shí)，吸入從該中空?qǐng)A筒形工件的所述切割邊緣泄漏的所述冷卻劑。當(dāng) 所述抽吸裝置吸入所述冷卻劑時(shí)，可以容易地從所述中空?qǐng)A筒形工件的所述切割邊緣除去 該冷卻劑，并且因此可以容易地除去包含在該冷卻劑中的所述熔融金屬和所述浮渣。所述設(shè)備應(yīng)該還包括載體介質(zhì)排放裝置，所述載體介質(zhì)排放裝置用于向所述抽吸 裝置排放載體介質(zhì)，所述載體介質(zhì)運(yùn)送從所述中空?qǐng)A筒形工件的所述切割邊緣泄漏的所述 冷卻劑。所述載體介質(zhì)排放裝置可以更有效地從所述中空?qǐng)A筒形工件的所述切割邊緣除去 所述冷卻劑，并因此更有效地除去包含在該冷卻劑中的所述熔融金屬和所述浮渣。


當(dāng)結(jié)合附圖理解時(shí)，從下列描述中將更加清楚本發(fā)明的上述和其他目的、特征以 及優(yōu)點(diǎn)，在所述附圖中通過(guò)實(shí)施例示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式。圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的用于切割中空?qǐng)A筒形工件的設(shè)備的局部剖 視的側(cè)視圖；圖2是圖1所示的該用于切割中空?qǐng)A筒形工件的設(shè)備的局部剖視的平面圖；圖3是圖1所示的該用于切割中空?qǐng)A筒形工件的設(shè)備的前視圖；圖4是圖1所示的該用于切割中空?qǐng)A筒形工件的設(shè)備的排放嘴和吸入嘴的放大前剖視圖；并且
圖5是示出了加工頭移動(dòng)方式的放大側(cè)剖視圖。
具體實(shí)施例方式將參照附圖在下面詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的用于切割中空?qǐng)A筒形 工件的設(shè)備和方法。圖1是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式的用于切割中空?qǐng)A筒形工件的設(shè)備10的局部 剖視的側(cè)視圖，圖2是圖1所示的該用于切割中空?qǐng)A筒形工件的設(shè)備10的局部剖視的平面 圖。如圖1和2所示，設(shè)備10包括工件保持件14和加工頭15，工件保持件14待插入限定 在中空?qǐng)A筒形工件W中的通孔并且可借助于電動(dòng)機(jī)12旋轉(zhuǎn)，加工頭15用作激光束施加裝 置以將激光束L施加至中空?qǐng)A筒形工件W上的指定位置處。如圖1所示，設(shè)備10包括安裝在加工站的地面18上的基座16。設(shè)備10還包括兩 個(gè)支柱20a、20b (見(jiàn)圖2，圖1中僅示出支柱20b)，通過(guò)呈平板形式的連接器19使支柱20a 和20b相互連接，并且通過(guò)連接器19將支柱20a和20b豎直地安裝在基座16上。使電動(dòng) 機(jī)12與支柱20a、20b相聯(lián)接，并且通過(guò)支柱20a、20b固定該電動(dòng)機(jī)12。電動(dòng)機(jī)12具有旋轉(zhuǎn)軸22，該旋轉(zhuǎn)軸22作為電動(dòng)機(jī)的輸出軸并且固定地裝配在接 頭24的一端中。同軸安裝在內(nèi)部管狀構(gòu)件26上的軸28與旋轉(zhuǎn)軸22同軸地固定裝配在接 頭24的相反端中。因此，當(dāng)給電動(dòng)機(jī)12通電時(shí)，內(nèi)部管狀構(gòu)件26繞其自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。內(nèi)部管狀構(gòu)件26包括小直徑部30和大直徑部32。軸28與小直徑部30相連接。 管接頭套34可滑動(dòng)地裝配在小直徑部30上。管接頭套34具有8個(gè)圍繞小直徑部30以45°角隔開(kāi)的徑向接頭連接器 36 (radial joint connector)。接頭連接器36與各自的管接頭(未示出)相連接，管接頭 與管相連接用于引進(jìn)冷卻劑。小直徑部30具有限定在其中的8個(gè)進(jìn)口孔38，進(jìn)口孔38圍繞小直徑部30的自身 軸線(xiàn)以45°角隔開(kāi)。進(jìn)口孔38從小直徑部30的外表面朝向小直徑部30的中心徑向向內(nèi) 延伸。進(jìn)口孔38與限定在小直徑部30中的第一內(nèi)孔40相連通，第一內(nèi)孔40從該小直徑 部30軸向地延伸到大直徑部32內(nèi)，到達(dá)略微超出小直徑部30和大直徑部32之間的邊界 的位置。當(dāng)使接頭連接器36與進(jìn)口孔38相位一致時(shí)，即，當(dāng)使接頭連接器36與進(jìn)口孔38 對(duì)準(zhǔn)時(shí)，即，在旋轉(zhuǎn)內(nèi)部管狀構(gòu)件26時(shí)，使接頭連接器36通過(guò)進(jìn)口孔38與第一內(nèi)孔40流 體連通。大直徑部32被外部管狀構(gòu)件42包圍，并且軸承44插入大直徑部32和外部管狀 構(gòu)件42之間。當(dāng)內(nèi)部管狀構(gòu)件26借助于電動(dòng)機(jī)12旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸承44防止外部管狀構(gòu)件42 與內(nèi)部管狀構(gòu)件26 —致地旋轉(zhuǎn)。大直徑部32是中空結(jié)構(gòu)。具體地講，大直徑部32具有限定在其中的第二內(nèi)孔46， 該第二內(nèi)孔46的直徑大于第一內(nèi)孔40的直徑。第二內(nèi)孔46在其面向工件保持件14的端部處具有圓形開(kāi)口。中空軸50具有插 入第一內(nèi)孔40的一端和從第二內(nèi)孔46的圓形開(kāi)口同軸地伸出的相反端。中空結(jié)構(gòu)的工件 保持件14包括凸緣52，該凸緣52具有位于其端面上的環(huán)形脊部54，該環(huán)形脊部54插入第 二內(nèi)孔46的圓形開(kāi)口中。
凸緣52具有限定在其中的通孔56。設(shè)置在工件保持件14中的關(guān)閉件58包括裝 配在通孔56中的小直徑關(guān)閉部件60。該小直徑關(guān)閉部件60具有限定在其中心的底孔62。 從第二內(nèi)孔46的圓形開(kāi)口伸出的中空軸50的端部的遠(yuǎn)端裝配在底孔62中。裝配在底孔62中的中空軸50的遠(yuǎn)端具有多個(gè)(例如8個(gè))限定在其中的出口孔 64，出口孔64從中空軸50的遠(yuǎn)端的內(nèi)周表面延伸到外周表面。出口孔64保持分別與多個(gè) (例如8個(gè))通道66流體連通，通道66限定在關(guān)閉部件60中并且貫穿該關(guān)閉部件60徑向 延伸。如圖1和2所示，除凸緣52以外，工件保持件14還包括從凸緣52的端面軸向地伸出的環(huán)形側(cè)壁68，該環(huán)形側(cè)壁68背對(duì)環(huán)形脊部54。因而工件保持件14是底部中空?qǐng)A筒 形的。凸緣52軸向地插入關(guān)閉件58的大直徑圓盤(pán)70和內(nèi)部管狀構(gòu)件26的端面之間，并 且該凸緣52通過(guò)連接螺栓72被緊固到內(nèi)部管狀構(gòu)件26。因此，當(dāng)內(nèi)部管狀構(gòu)件26借助于 電動(dòng)機(jī)12旋轉(zhuǎn)時(shí)，工件保持件14也繞其自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。凸緣52具有徑向地限定在其中的多個(gè)(例如8個(gè))第一冷卻劑通道74。工件保 持件14的環(huán)形側(cè)壁68具有縱向地(即，軸向地)限定在其中的多個(gè)(例如8個(gè))第二冷 卻劑通道76。第一冷卻劑通道74和第二冷卻劑通道76保持彼此流體連通并且基本上彼此 垂直地延伸。工件保持件14的環(huán)形側(cè)壁68還具有多個(gè)分支通道78，該多個(gè)分支通道78保持與 第二冷卻劑通道76流體連通并且在環(huán)形側(cè)壁68的外表面處開(kāi)口。如圖1至3所示，分支 通道78基本上垂直于第二冷卻劑通道76延伸并且在環(huán)形側(cè)壁68的外表面處開(kāi)口。第二 冷卻劑通道76具有由各自的密封構(gòu)件80 (見(jiàn)圖1和2)密封的軸向開(kāi)口端。如圖4所示，設(shè)備10還包括排放嘴82 (載體介質(zhì)排放裝置)和吸入嘴84 (抽吸裝 置)，排放嘴82用作排放機(jī)構(gòu)以排放載體介質(zhì)(諸如氬氣、氮?dú)?、壓縮空氣等等)，吸入嘴84 用作抽吸機(jī)構(gòu)以吸入冷卻劑。以互相面對(duì)面的關(guān)系將排放嘴82和吸入嘴84設(shè)置在裝配于 工件保持件14上的中空?qǐng)A筒形工件W的外周表面的附近?；旧先缟纤鰳?gòu)造根據(jù)本實(shí)施方式的用于切割中空?qǐng)A筒形工件W的設(shè)備10。下 面將描述設(shè)備10的操作和優(yōu)點(diǎn)。為了制造金屬環(huán)以生產(chǎn)供無(wú)級(jí)變速器使用的動(dòng)力傳送帶，裁剪出矩形薄金屬板， 然后將其彎曲，并且接合該矩形薄金屬板的相反端以形成中空?qǐng)A筒形工件W。通常，矩形薄 金屬板具有范圍從0. 3到0. 35mm的厚度，并且該矩形薄金屬板優(yōu)選地是由馬氏體時(shí)效鋼制 成的。為了切割中空?qǐng)A筒形工件W，將工件保持件14的環(huán)形側(cè)壁68插入限定在中空?qǐng)A筒 形工件W中的通孔內(nèi)。這時(shí)，環(huán)形側(cè)壁68和中空?qǐng)A筒形工件W的內(nèi)周表面之間存在微小空 隙。然后，給電動(dòng)機(jī)12通電以使旋轉(zhuǎn)軸22開(kāi)始繞其自身軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸22的旋轉(zhuǎn) 使得內(nèi)部管狀構(gòu)件26和工件保持件14繞它們自身的軸線(xiàn)旋轉(zhuǎn)，其中內(nèi)部管狀構(gòu)件的軸28 裝配在接頭24中，工件保持件14由內(nèi)部管狀構(gòu)件26支撐。優(yōu)選地，電動(dòng)機(jī)12的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng) 力設(shè)定為使工件保持件14以范圍從740到2000米/分鐘的圓周速度旋轉(zhuǎn)。如上所述，由 于軸承44插設(shè)在內(nèi)部管狀構(gòu)件26和外部管狀構(gòu)件42之間，所以外部管狀構(gòu)件42不會(huì)借 助于內(nèi)部管狀構(gòu)件26旋轉(zhuǎn)。由于管接頭套34可滑動(dòng)地裝配在小直徑部30上，所以該管接頭套34也不會(huì)旋轉(zhuǎn)。同時(shí)，致動(dòng)排放機(jī)構(gòu)和抽吸機(jī)構(gòu)以從排放嘴82排放載體介質(zhì)(諸如壓縮空氣)并 且通過(guò)吸入嘴84吸入該載體介質(zhì)。由于以相互面對(duì)面的關(guān)系設(shè)置排放嘴82和吸入嘴84， 所以載體介質(zhì)從排放嘴82流到吸入嘴84。然后，開(kāi)始向設(shè)備10供應(yīng)冷卻劑。更具體地講，冷卻劑流過(guò)與管接頭(未示出) 相連接的管，進(jìn)入到管接頭套34的接頭連接器36內(nèi)。當(dāng)旋轉(zhuǎn)的內(nèi)部管狀構(gòu)件26的進(jìn)入孔 38與各自的接頭連接器36對(duì)準(zhǔn)時(shí)，即，當(dāng)使進(jìn)口孔38與接頭連接器36相位一致時(shí)，冷卻劑 從接頭連接器36流過(guò)進(jìn)口孔38進(jìn)入到第一內(nèi)孔40內(nèi)。然后冷卻劑流過(guò)第一內(nèi)孔40、中空軸50、出口孔64、通道66、第一冷卻劑通道74 以及第二冷卻劑通道76，進(jìn)入到分支通道78內(nèi)，冷卻劑從該分支通道78流入環(huán)形側(cè)壁68 和中空?qǐng)A筒形工件W的內(nèi)周表面之間的空隙，在該空隙中產(chǎn)生冷卻劑膜。當(dāng)冷卻劑到達(dá)工 件保持件14的環(huán)形側(cè)壁68時(shí)，該環(huán)形側(cè)壁68起到高冷卻效率的冷卻器的作用。冷卻劑可以呈液體(諸如水等等)或氣體(諸如壓縮空氣等等)的形式。然而， 水更適合作為冷卻劑，這是因?yàn)樗鋮s效率高并且成本低。假如冷卻劑包括水，則在工件保 持件14的環(huán)形側(cè)壁68和中空?qǐng)A筒形工件W的內(nèi)周表面之間的空隙中形成液膜。在本實(shí)施 方式中，假定冷卻劑包括水，并且在工件保持件14的環(huán)形側(cè)壁68和中空?qǐng)A筒形工件W的內(nèi) 周表面之間的空隙中形成液膜。然后，定位在中空?qǐng)A筒形工件W的遠(yuǎn)離凸緣52的端部處的加工頭15將激光束L 施加至中空?qǐng)A筒形工件W。在本實(shí)施方式中，激光束L施加至中空?qǐng)A筒形工件W上基本與 分支通道78對(duì)準(zhǔn)的連續(xù)位置處。具體地講，加工頭15 (激光束施加裝置)停在與分支通道 78的環(huán)形陣列對(duì)準(zhǔn)的位置處，以將激光束L施加至中空?qǐng)A筒形工件W。當(dāng)將激光束L施加至中空?qǐng)A筒形工件W上基本與分支通道78的環(huán)形陣列對(duì)準(zhǔn)的 位置處時(shí)，由于中空?qǐng)A筒形工件W和工件保持件14 一起旋轉(zhuǎn)，所以中空?qǐng)A筒形工件W的環(huán) 形區(qū)域被所施加的激光束L加熱到高溫并且熔化，從而沿中空?qǐng)A筒形工件W的環(huán)形區(qū)域?qū)?金屬環(huán)與該中空?qǐng)A筒形工件W的剩余部分分開(kāi)。當(dāng)中空?qǐng)A筒形工件W的環(huán)形區(qū)域熔化時(shí)， 其金屬(例如馬氏體時(shí)效鋼)升華，產(chǎn)生升華金屬氣。假如中空?qǐng)A筒形工件W由除馬氏體 時(shí)效鋼之外的金屬，例如不銹鋼或各種其他金屬的任何一種制成，則當(dāng)該中空?qǐng)A筒形工件W 熔化時(shí)它也產(chǎn)生升華金屬氣。假如工件保持件I4以范圍從740到2000米/分鐘的圓周速度旋轉(zhuǎn)，則將足夠水 平的激光束能量供給至中空?qǐng)A筒形工件W以切割該中空?qǐng)A筒形工件W，或者換句話(huà)說(shuō)，易于 將中空?qǐng)A筒形工件W切割成金屬環(huán)。在上述旋轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi)，每單位時(shí)間產(chǎn)生的升華金屬 氣的量大，并且單位時(shí)間產(chǎn)生的熔融金屬的量小。大量升華金屬氣和少量熔融金屬的原因 如下由于中空?qǐng)A筒形工件W正旋轉(zhuǎn)，所以可以間歇地將激光束L施加至待加熱的中空?qǐng)A筒形工件W的環(huán)形區(qū)域中的任何一個(gè)點(diǎn)。這是因?yàn)楫?dāng)中空?qǐng)A筒形工件W連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)，施 加激光束L的任何點(diǎn)在施加激光束L之后立即離開(kāi)該激光束。普通激光束L的能量密度在激光束點(diǎn)的中心處較高并且在該激光束點(diǎn)的邊緣處 較低。換句話(huà)說(shuō)，激光束L具有能量密度分布。因此，施加的激光束點(diǎn)的中心(較高能量密 度)所處的中空?qǐng)A筒形工件W的區(qū)域更可能升華，并且施加的激光束點(diǎn)的邊緣(較低能量密度)所處的中空?qǐng)A筒形工件W的區(qū)域不太可能升華。假如工件保持件14以范圍從740到2000米/分鐘的圓周速度旋轉(zhuǎn)，則施加的激 光束點(diǎn)的中心所處的中空?qǐng)A筒形工件W的區(qū)域即刻升華，產(chǎn)生升華金屬氣，并且施加的激 光束點(diǎn)的邊緣所處的中空?qǐng)A筒形工件W的區(qū)域的溫度保持在熔點(diǎn)之下，盡管溫度上升。因 為中空?qǐng)A筒形工件W連續(xù)旋轉(zhuǎn)，所以該中空?qǐng)A筒形工件W的后一區(qū)域快速離開(kāi)激光束L，因 此后一區(qū)域的溫度不會(huì)上 升超過(guò)熔點(diǎn)。因此，中空?qǐng)A筒形工件W的該區(qū)域不會(huì)熔化，從而防 止產(chǎn)生浮渣。當(dāng)中空?qǐng)A筒形工件W在連續(xù)旋轉(zhuǎn)時(shí)旋轉(zhuǎn)兩周或更多周時(shí)，施加的激光束點(diǎn)的中心 施加至中空?qǐng)A筒形工件W的后一區(qū)域，因而導(dǎo)致后一區(qū)域升華。由于當(dāng)中空?qǐng)A筒形工件W 旋轉(zhuǎn)時(shí)，這種現(xiàn)象沿著激光束L連續(xù)施加于其上的中空?qǐng)A筒形工件W的環(huán)形區(qū)域出現(xiàn)，所以 該環(huán)形區(qū)域被熔化，從而沿該環(huán)形區(qū)域從中空?qǐng)A筒形工件W切去金屬環(huán)。由中空?qǐng)A筒形工件W產(chǎn)生的升華金屬氣幾乎全部被吸入嘴84(見(jiàn)圖4)吸入。因 此，防止升華金屬氣附著于中空?qǐng)A筒形工件W，從而防止中空?qǐng)A筒形工件W產(chǎn)生浮渣。當(dāng)將來(lái)自第二冷卻劑通道76的冷卻劑(水)供應(yīng)到工件保持件14的環(huán)形側(cè)壁68 時(shí)，該環(huán)形側(cè)壁68起到高冷卻效率的冷卻器的作用。結(jié)果，通過(guò)環(huán)形側(cè)壁68防止除了激光 束L施加于其上的環(huán)形區(qū)域之外的中空?qǐng)A筒形工件W的部分溫度升高，從而防止該部分被 熔化和產(chǎn)生浮渣。另外，在工件保持件14的環(huán)形側(cè)壁68和中空?qǐng)A筒形工件W的內(nèi)周表面之間的空 隙中形成液膜。即使中空?qǐng)A筒形工件W產(chǎn)生了熔融金屬和浮渣，該熔融金屬和浮渣也易于 被液膜吸收。當(dāng)沿中空?qǐng)A筒形工件W的熔化的環(huán)形區(qū)域切割該中空?qǐng)A筒形工件W時(shí)，由于基本 上與分支通道78的環(huán)形陣列對(duì)準(zhǔn)地施加激光束L，所以那些分支通道78被暴露并且液膜泄 漏。由于工件保持件14旋轉(zhuǎn)，因此泄漏的液膜在離心力下散開(kāi)。由于泄漏的液膜散開(kāi)，所以從中空?qǐng)A筒形工件W的切割邊緣有效地除去可能包含 在液膜中的熔融金屬和浮渣。這時(shí)，排放嘴82排放載體介質(zhì)(諸如壓縮空氣)并且吸入嘴84吸入該載體介質(zhì)。 這時(shí)，由于載體介質(zhì)流向吸入嘴84，所以散開(kāi)的液膜被載體介質(zhì)運(yùn)向吸入嘴84。因此，通過(guò) 載體介質(zhì)有效地除去液膜并且將液膜運(yùn)至吸入嘴84。當(dāng)使用激光束L切割中空?qǐng)A筒形工件W時(shí)，切割部分中產(chǎn)生的物質(zhì)(諸如升華金 屬氣和熔融金屬)也被載體介質(zhì)運(yùn)向吸入嘴84。因而，中空?qǐng)A筒形工件W的切割邊緣保持清潔。在從中空?qǐng)A筒形工件W切下金屬環(huán)后，將加工頭15移到圖5所示的雙點(diǎn)劃線(xiàn)位 置，然后當(dāng)中空?qǐng)A筒形工件W旋轉(zhuǎn)時(shí)，將激光束L施加至中空?qǐng)A筒形工件W上的另一位置 處。這時(shí)，將激光束L基本與分支通道78的另一個(gè)環(huán)形陣列對(duì)準(zhǔn)地施加至中空?qǐng)A筒形工件 W上，以如上所述的相同方式從中空?qǐng)A筒形工件W切去金屬環(huán)。在上述實(shí)施方式中，將水示為冷卻劑。然而，氣體(諸如壓縮空氣等等)可以用作 冷卻劑。假如將氣體用作冷卻劑，則在工件保持件14的環(huán)形側(cè)壁68和中空?qǐng)A筒形工件W 的內(nèi)周表面之間的空隙中形成氣膜。氣膜也起到從中空?qǐng)A筒形工件W的切割邊緣有效地除 去熔融金屬和浮渣的作用。
從排放嘴82排放的載體介質(zhì)可以包括液體(諸如水等等)。假如載體介質(zhì)包括液體，則可以更有效地冷卻中空?qǐng)A筒形工件W的切割邊緣，并且也保持該切割邊緣更清潔。工件保持件14可以包括代替環(huán)形側(cè)壁68的固體。可以不必將激光束L施加至與分支通道78的任一個(gè)環(huán)形陣列對(duì)準(zhǔn)的位置。即使 將激光束L施加至不與分支通道78的任一個(gè)環(huán)形陣列對(duì)準(zhǔn)的位置，也不會(huì)防止液膜或氣膜 從中空?qǐng)A筒形工件W的切割邊緣泄漏。雖然已經(jīng)詳細(xì)示出并且描述了本發(fā)明的某個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，但是應(yīng)當(dāng)理解，在沒(méi) 有脫離隨附的權(quán)利要求的范圍的情況下，可以在其中進(jìn)行各種改變和修改。
權(quán)利要求
一種用于使用激光束(L)切割金屬制成的中空?qǐng)A筒形工件(W)以制造多個(gè)金屬環(huán)的設(shè)備(10)，所述設(shè)備包括可旋轉(zhuǎn)的工件保持件(14)，所述可旋轉(zhuǎn)的工件保持件(14)用于在其上保持所述中空?qǐng)A筒形工件(W)，所述可旋轉(zhuǎn)的工件保持件(14)具有可插入所述中空?qǐng)A筒形工件(W)的通孔的側(cè)壁(68)，并且當(dāng)所述側(cè)壁(68)插入所述中空?qǐng)A筒形工件(W)的所述通孔時(shí)，所述工件保持件(14)起到冷卻器的作用以冷卻該中空?qǐng)A筒形工件(W)，所述工件保持件(14)具有冷卻劑通道(76)和多個(gè)分支通道(78)，其中所述冷卻劑通道(76)縱向限定在所述工件保持件(14)中以使冷卻劑沿所述側(cè)壁(68)通過(guò)該冷卻劑通道(76)，所述多個(gè)分支通道(78)從所述冷卻劑通道(76)延伸到所述側(cè)壁(68)的外表面；其中當(dāng)所述冷卻劑從所述冷卻劑通道(76)在所述側(cè)壁(68)的所述外表面和所述中空?qǐng)A筒形工件(W)的內(nèi)周表面之間流過(guò)所述分支通道(78)時(shí)，該冷卻劑冷卻待被所述激光束(L)切割的所述中空?qǐng)A筒形工件(W)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，該設(shè)備還包括激光束施加裝置(15)，所述激光束 施加裝置(15)停在與所述分支通道(78)的環(huán)形陣列對(duì)準(zhǔn)的位置處，用于將所述激光束(L) 施加至所述中空?qǐng)A筒形工件(W)，以在所述位置通過(guò)該激光束(L)切割所述中空?qǐng)A筒形工 件(W)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其中，當(dāng)通過(guò)所述激光束(L)切割所述中空?qǐng)A筒 形工件(W)時(shí)，所述工件保持件(14)以范圍從740到2000米/分鐘的圓周速度旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，該設(shè)備還包括抽吸裝置(84)，所述抽吸裝置(84) 用于當(dāng)通過(guò)所述激光束(L)切割所述中空?qǐng)A筒形工件(W)時(shí)，吸入從該中空?qǐng)A筒形工件(W) 的切割邊緣泄漏的所述冷卻劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備(10)，該設(shè)備還包括載體介質(zhì)排放裝置(82)，所述載體 介質(zhì)排放裝置(82)用于排放載體介質(zhì)，所述載體介質(zhì)將從所述中空?qǐng)A筒形工件(W)的所述 切割邊緣泄漏的所述冷卻劑運(yùn)向所述抽吸裝置(84)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備(10)，其中，所述載體介質(zhì)包括壓縮氣體或水。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其中，所述冷卻劑在所述工件保持件(14)的所述 側(cè)壁(68)的所述外表面和所述中空?qǐng)A筒形工件(W)的所述內(nèi)周表面之間形成膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(10)，其中，所述冷卻劑包括水。
9.一種用于使用激光束(L)切割金屬制成的中空?qǐng)A筒形工件(W)以制造多個(gè)金屬環(huán)的 方法，該方法包括以下步驟將可旋轉(zhuǎn)的工件保持件(14)插入所述中空?qǐng)A筒形工件(W)的通孔；并且當(dāng)冷卻劑沿所述工件保持件(14)的側(cè)壁(68)流過(guò)縱向限定在該工件保持件(14)中 的冷卻劑通道(76)，流過(guò)從所述冷卻劑通道(76)延伸到所述側(cè)壁(68)的外表面的多個(gè)分 支通道(78)，并且所述冷卻劑在所述側(cè)壁(68)的所述外表面和所述中空?qǐng)A筒形工件(W)的 內(nèi)周表面之間流動(dòng)時(shí)，所述冷卻劑冷卻所述中空?qǐng)A筒形工件(W)，同時(shí)通過(guò)激光束(L)切割 所述中空?qǐng)A筒形工件(W)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，該方法還包括以下步驟將激光束施加裝置(15)停 在與所述分支通道(78)的環(huán)形陣列對(duì)準(zhǔn)的位置處，用于將所述激光束(L)施加至所述中空 圓筒形工件(W)，以在所述位置通過(guò)該激光束(L)切割所述中空?qǐng)A筒形工件(W)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，該方法還包括以下步驟；當(dāng)通過(guò)所述激光束(L)切割 所述中空?qǐng)A筒形工件(W)時(shí)，使所述工件保持件(14)以范圍從740到2000米/分鐘的圓周速度旋轉(zhuǎn)。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，該方法還包括以下步驟當(dāng)通過(guò)所述激光束(L)切割 所述中空?qǐng)A筒形工件(W)時(shí)，通過(guò)抽吸裝置(84)吸入從所述中空?qǐng)A筒形工件(W)的切割邊 緣泄漏的所述冷卻劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，該方法還包括以下步驟通過(guò)被排放到所述冷卻劑 的載體介質(zhì)，將從所述中空?qǐng)A筒形工件(W)的所述切割邊緣泄漏的所述冷卻劑運(yùn)向所述抽 吸裝置(84)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于切割中空?qǐng)A筒形工件的設(shè)備和方法。用于在其上保持中空?qǐng)A筒形工件(W)的可旋轉(zhuǎn)的工件保持件(14)起到冷卻器的作用，以冷卻所述中空?qǐng)A筒形工件(W)。通過(guò)限定在所述工件保持件(14)中的第二冷卻劑通道(76)和分支通道(78)將諸如水的冷卻劑供應(yīng)至所述中空?qǐng)A筒形工件(W)，從而冷卻該中空?qǐng)A筒形工件(W)。所述冷卻劑在所述工件保持件(14)的環(huán)形側(cè)壁(68)的外表面和所述中空?qǐng)A筒形工件(W)的內(nèi)周表面之間的空隙中形成膜。
文檔編號(hào)B23K26/14GK101797664SQ20101011538
公開(kāi)日2010年8月11日 申請(qǐng)日期2010年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月10日
發(fā)明者中島克幸, 根本章宏, 越野大介 申請(qǐng)人:本田技研工業(yè)株式會(huì)社