專利名稱：壓縮機輔助氣激光汽化切割成型機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種激光切割機，尤其是一種激光成型機。
背景技術(shù)：
愛因斯坦在玻爾工作的基礎(chǔ)上于1916年發(fā)表《關(guān)于輻射的量子理論》。文章提出了激光輻射理論，而這正是激光理論的核心基礎(chǔ)。因此愛因斯坦被認為是激光理論之父。 在這篇論文中，愛因斯坦區(qū)分了三種過程受激吸收、自發(fā)輻射、受激輻射。前兩個概念是已為人所知的。受激吸收就是處于低能態(tài)的原子吸收外界輻射而躍遷到高能態(tài)；自發(fā)輻射是指高能態(tài)的原子自發(fā)地輻射出光子并遷移至低能態(tài)。這種輻射的特點是每一個原子的躍遷是自發(fā)的、獨立進行的，其過程全無外界的影響，彼此之間也沒有關(guān)系。因此它們發(fā)出的光子的狀態(tài)是各不相同的。這樣的光相干性差，方向散亂而受激輻射則相反。它是指處于高能級的原子在光子的“刺激”或者“感應(yīng)”下，躍遷到低能級，并輻射出一個和入射光子同樣頻率的光子。這好比清晨公雞打鳴，一個公雞叫起來，其他的公雞受到“刺激”也會發(fā)出同樣的聲音。受激輻射的最大特點是由受激輻射產(chǎn)生的光子與引起受激輻射的原來的光子具有完全相同的狀態(tài)。它們具有相同的頻率，相同的方向，完全無法區(qū)分出兩者的差異。這樣，通過一次受激輻射，一個光子變?yōu)閮蓚€相同的光子。這意味著光被加強了，或者說光被放大了。這正是產(chǎn)生激光的基本過程。激光切割是利用高功率密度的激光束掃描過材料表面，在極短時間內(nèi)將材料加熱到幾千至上萬攝氏度，使材料熔化或氣化，再用高壓氣體將熔化或氣化物質(zhì)從切縫中吹走，達到切割材料的目的。激光切割技術(shù)在傳統(tǒng)工業(yè)的應(yīng)用還是不能夠滿足發(fā)展的要求，在傳統(tǒng)工業(yè)的物料切割成型方面還是一個空缺。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服激光切割技術(shù)在傳統(tǒng)工業(yè)的物料切割成型方面的缺點和弊端，本發(fā)明的目的在于提供一種可以應(yīng)用在傳統(tǒng)工業(yè)物料切割成型方面上的激光切割機。壓縮機輔助氣激光汽化切割成型機，有激光發(fā)生器和輔助氣、控制器，其特征在于壓縮機輔助氣激光汽化切割成型機的輔助氣單元采用壓縮機制造的強氣流，在高功率密度激光束的加熱下，材料表面溫度升至沸點溫度的速度快足以避免熱傳導(dǎo)造成的融化，部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣流回吸收，激光汽化切割成型機由激光發(fā)生單元、廢料隔斷單元和控制單元組成，其中激光發(fā)生單元由激光發(fā)生單元、聚焦器和反射鏡組成，廢料隔斷單元由壓縮機、風(fēng)管通道和風(fēng)槍組成，控制單元由控制面板和PLC可編程控制器組成，激光發(fā)生器產(chǎn)生激光經(jīng)由聚光器聚光變?yōu)楦吣芰可渚€照射到反射鏡之上，反射鏡調(diào)整角度以完成不同形狀的物料切割，高功率的激光束加熱物料使其在瞬間汽化，汽化的物料被壓縮機制造的強氣流回吸，風(fēng)道用以連接壓縮機和風(fēng)槍，風(fēng)槍之間作用在汽化的物料，PLC可編程控制器的目的在于導(dǎo)入客戶信息，控制面板為整機人性化操作端。
本發(fā)明的有益效果是，激光切割的切割縫細激光切割的割縫一般在0. 10 0. 20mm，切割面光滑，激光切割的切割面無毛刺，表面粗糙度一般控制在Ra 12. 5以上。速度快，激光切割的速度與線切割的速度相比要快很多。熱變形小，激光加工的激光割縫細、 速度快、能量集中，因此傳到被切割材料上的熱量小，引起材料的變形也非常小。激光切割不會與材料表面相接觸，保證產(chǎn)品不會被劃傷，適合大件產(chǎn)品的加工大件產(chǎn)品的模具制造費用很高，激光加工不需任何模具制造，而且激光加工完全避免材料沖剪時形成的塌邊，可以大幅度地降低企業(yè)的生產(chǎn)成本提高產(chǎn)品的檔次。非常適合新產(chǎn)品的開發(fā)。一旦產(chǎn)品圖紙形成后，馬上可以進行激光加工，你可以在最短的時間內(nèi)得到新產(chǎn)品的實物。節(jié)省材料激光加工采用電腦編程，可以把不同形狀的產(chǎn)品進行材料的套裁，最大限度地提高材料的利用率。
具體實施例方式下面結(jié)合實施案例對本發(fā)明進一步說明。激光發(fā)生器產(chǎn)生激光經(jīng)由聚光器聚光變?yōu)楦吣芰可渚€照射到反射鏡之上，反射鏡調(diào)整角度以完成不同形狀的物料切割，高功率的激光束加熱物料使其在瞬間汽化，激光發(fā)生單元的激光發(fā)生器產(chǎn)生激光，經(jīng)由透鏡匯聚到很小的一個點，在單位空間內(nèi)激光的能量被集中到很小的范圍內(nèi)，使其具有非常大的能量，激光經(jīng)由發(fā)射鏡反射到物料/被切割工件之上，在高功率密度激光束的加熱下，材料表面溫度升至沸點溫度的速度快足以避免熱傳導(dǎo)造成的融化，部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣流回吸收。汽化的物料被壓縮機制造的強氣流回吸，風(fēng)道用以連接壓縮機和風(fēng)槍，風(fēng)槍之間作用在汽化的物料，壓縮機制造壓縮氣流，通過風(fēng)管通道反應(yīng)給風(fēng)槍，風(fēng)槍的運行和方位與激光在物料/被切割工件上的入射點保持同步，在激光汽化物料的下一瞬間回吸汽化廢料阻止其因熱傳導(dǎo)造成的融化帶給良品物料損失，風(fēng)管通道用以連接壓縮機和風(fēng)槍。PLC可編程控制器的目的在于導(dǎo)入客戶信息，控制面板為整機人性化操作端，用戶利用專有程序在控制面板寫入所需程序，該程序包括激光能量的大小、聚焦器的聚光程度、 聚光器的角度、角度改變的速度、以及相關(guān)需要加工的物料的成型要求。當(dāng)使用本發(fā)明對金屬材料進行切割成型的時候，雖然金屬材料在室溫對紅外能量有很高的反射率，但發(fā)射處于遠紅外弊端10. 6um激光束的其實吸收率只有0. 5% 10%， 但是，當(dāng)具有功率密度超過106w/cm2的聚焦激光束照射到金屬表面時，卻能在微秒級的時間內(nèi)很快使表面開始熔化。處于熔融狀態(tài)的大多數(shù)金屬的吸收率急劇上升，一般可提高 66% 80%。當(dāng)使用本發(fā)明對非金屬材料進行切割成型的時候，10. 6um波長的co2激光束很容易被非金屬材料吸收，導(dǎo)熱性不好和低的蒸發(fā)溫度又使吸收的光束幾乎整個輸入材料內(nèi)部，并在光斑的照射處瞬間汽化，形成起始孔洞，進入切割過程的良性循環(huán)。其中，廢料隔斷單元的輔助氣的壓縮機采用離心式高壓壓縮機，離心式壓縮機的氣量大，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，重量輕，機組尺寸小，占地面積小，運轉(zhuǎn)平衡，操作可靠，運轉(zhuǎn)率高， 摩擦件少，因之備件需用量少，維護費用及人員少，在本發(fā)明的輔助氣流單元，利用壓縮機壓縮氣體產(chǎn)生氣壓差制造回吸氣流，把高功率激光束汽化或熔化掉的廢料進行回吸隔斷，避免因其熱傳導(dǎo)造成其他部位的形變損失。激光發(fā)生單元的聚焦器采用雙凸聚光透鏡，雙凸聚光透鏡在原本激光束高能量的基礎(chǔ)上再次將激光束聚集，使其在很小的一個質(zhì)點上釋放能量，可以根據(jù)不同情況來調(diào)節(jié)透鏡的角度和激光束距離以調(diào)整激光束在物料上的切縫大小，以及切割溫度。風(fēng)槍采用大頭離子風(fēng)槍，其用強離子風(fēng)清除物體表面的靜電及異物、塵埃，其內(nèi)施加壓縮機高功率回吸氣壓，與激光束在被切割物料表面上的移動同步，有效距離在30mm 90mml50mm，離子中和時間正0. ls、0. 4s,0. 7s，負 0. ls、0. 3s,0. 8s，工作電壓 4. 6KV 消耗電流、200uA、操作溫度-10 50°C、重量0. 55Kg、高壓電纜長度3Meters、空氣壓力5 7Kg、 空氣速率> 10m/s。反光鏡內(nèi)設(shè)感光器件，以保證激光束的能量能夠很好的被控制在一定范圍內(nèi)，PLC 可編程控制器內(nèi)寫入用戶所需的反射鏡的移動軌道在接收合反射激光束的同時時刻調(diào)整反射角度，按要求完成所需的圖形切割。
權(quán)利要求
1.壓縮機輔助氣激光汽化切割成型機，有激光發(fā)生器和輔助氣、控制器，其特征在于激光汽化切割成型機的輔助氣單元采用壓縮機制造的強氣流，在高功率密度激光束的加熱下，材料表面溫度升至沸點溫度的速度快足以避免熱傳導(dǎo)造成的融化，部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣流回吸收，激光汽化切割成型機由激光發(fā)生單元、廢料隔斷單元和控制單元組成，其中激光發(fā)生單元由激光發(fā)生單元、聚焦器和反射鏡組成，廢料隔斷單元由壓縮機、風(fēng)管通道和風(fēng)槍組成，控制單元由控制面板和PLC可編程控制器組成，激光發(fā)生器產(chǎn)生激光經(jīng)由聚光器聚光變?yōu)楦吣芰可渚€照射到反射鏡之上， 反射鏡調(diào)整角度以完成不同形狀的物料切割，高功率的激光束加熱物料使其在瞬間汽化， 汽化的物料被壓縮機制造的強氣流回吸，風(fēng)道用以連接壓縮機和風(fēng)槍，風(fēng)槍之間作用在汽化的物料，PLC可編程控制器的目的在于導(dǎo)入客戶信息，控制面板為整機人性化操作端。
2.根據(jù)權(quán)利1要求所述的壓縮機輔助氣激光汽化切割成型機，其特征在于廢料隔斷單元的輔助氣的壓縮機采用離心式高壓壓縮機，離心式壓縮機的氣量大，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，重量輕，機組尺寸小，占地面積小，運轉(zhuǎn)平衡，操作可靠，運轉(zhuǎn)率高，摩擦件少，因之備件需用量少，維護費用及人員少，在本發(fā)明的輔助氣流單元，利用壓縮機壓縮氣體產(chǎn)生氣壓差制造回吸氣流，把高功率激光束汽化或熔化掉的廢料進行回吸隔斷，避免因其熱傳導(dǎo)造成其他部位的形變損失。
3.根據(jù)權(quán)利1要求所述的壓縮機輔助氣激光汽化切割成型機，其特征在于激光發(fā)生單元的聚焦器采用雙凸聚光透鏡，雙凸聚光透鏡在原本激光束高能量的基礎(chǔ)上再次將激光束聚集，使其在很小的一個質(zhì)點上釋放能量，可以根據(jù)不同情況來調(diào)節(jié)透鏡的角度和激光束距離以調(diào)整激光束在物料上的切縫大小，以及切割溫度。
4.根據(jù)權(quán)利1要求所述的壓縮機輔助氣激光汽化切割成型機，其特征在于風(fēng)槍采用大頭離子風(fēng)槍，其用強離子風(fēng)清除物體表面的靜電及異物、塵埃，其內(nèi)施加壓縮機高功率回吸氣壓，與激光束在被切割物料表面上的移動同步，有效距離在30mm 90mm 150mm，離子中和時間正0. ls、0. 4s,0. 7s，負0. ls、0. 3s,0. 8s，工作電壓4. 6KV消耗電流、200uA、操作溫度-10 50°C、重量0. 55Kg、高壓電纜長度3Meters、空氣壓力5 7Kg、空氣速率> 10m/s。
5.根據(jù)權(quán)利1要求所述的壓縮機輔助氣激光汽化切割成型機，其特征在于反光鏡內(nèi)設(shè)感光器件，以保證激光束的能量能夠很好的被控制在一定范圍內(nèi)，PLC可編程控制器內(nèi)寫入用戶所需的反射鏡的移動軌道在接收合反射激光束的同時時刻調(diào)整反射角度，按要求完成所需的圖形切割。
全文摘要
壓縮機輔助氣激光汽化切割成型機，輔助氣采用壓縮機制造的強氣流，在高功率密度激光束的加熱下，材料表面溫度升至沸點溫度的速度快足以避免熱傳導(dǎo)造成的融化，部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣流回吸收，激光切割的切割縫細切割面光滑、速度快、熱變形小、激光切割不會與材料表面相接觸、適合大件產(chǎn)品的加工、節(jié)省材料，應(yīng)用于重、輕工業(yè)、醫(yī)療等相關(guān)行業(yè)的鈑金加工，以及轉(zhuǎn)子、定子、葉片的切割成型，各類鏈條和汽車制造業(yè)零件的制造，廣告裝潢及工藝品制造業(yè)等。
文檔編號B23K26/42GK102310274SQ20111017427
公開日2012年1月11日 申請日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月27日
發(fā)明者胡忠 申請人:胡忠