應用于激光切割液態(tài)金屬的冷卻裝置及加工工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應用于激光切割液態(tài)金屬的冷卻裝置及使用該冷卻裝置進行切割液態(tài)金屬的加工工藝，所述冷卻裝置包括冷卻軟管、風嘴、加工臺和水箱，所述冷卻軟管與風嘴相連通，加工時，該風嘴正對于所述加工臺上的液態(tài)金屬加工件，使從風嘴中流出的水性涂料正好落到液態(tài)金屬的切口處；該水箱設(shè)置于所述加工臺的下方，使該加工臺上的水性涂料回流至該水箱中，且該水箱與冷卻軟管相連通；在動力驅(qū)動下，該水箱中的水性涂料上升至該冷卻軟管中，并從所述風嘴中流出。所述冷卻裝置可以使水性涂料循環(huán)使用，節(jié)約能源，減少污染，且在加工過程中，滴加水性涂料到液態(tài)金屬的切口處，可以避免切割過程中液態(tài)金屬流動，便于激光切割。
【專利說明】應用于激光切割液態(tài)金屬的冷卻裝置及加工工藝【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在液態(tài)金屬領(lǐng)域的激光切割，尤其涉及一種應用于激光切割液態(tài)金屬的冷卻裝置及使用該冷卻裝置進行切割液態(tài)金屬的加工工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]液態(tài)金屬(一種新型金屬合金)有類似于玻璃的獨特的原子結(jié)構(gòu)，擁有獨特的非結(jié)晶分子結(jié)構(gòu)，與傳統(tǒng)金屬的結(jié)晶結(jié)構(gòu)截然不同。目前液態(tài)金屬由于有高硬度、高耐磨、熔點低等特點，一般都是熔融后塑形。由于液態(tài)金屬熔點低，同時還具有在受激光作用后有粘性流體流動，流動不穩(wěn)定，從而造成激光切割液態(tài)金屬的不便，且切割出的液態(tài)金屬的切口流體多、毛刺大，效果不好。激光切割在液態(tài)金屬領(lǐng)域的應用受到很大的束縛，激光切割液態(tài)金屬的加工工藝一直處于實驗階段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種激光切割液態(tài)金屬的冷卻裝置及加工工藝，可以避免切割過程中液態(tài)金屬流動，便于激光切割。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的:
一種應用于激光切割液態(tài)金屬的冷卻裝置，其包括冷卻軟管、風嘴和加工臺，所述冷卻軟管與風嘴相連通，加工時，該風嘴正對于所述加工臺上的液態(tài)金屬加工件，使從風嘴中流出的水性涂料正好落到液態(tài)金屬的切口處。
[0005]作為優(yōu)選方案，所述冷卻裝置還包括盛放水性涂料的水箱，該水箱設(shè)置于所述加工臺的下方，使該加工臺上的水性涂料回流至該水箱中，且該水箱與冷卻軟管相連通；在動力驅(qū)動下，該水箱中的水性涂料上升至該冷卻軟管中，并從所述風嘴中流出。
[0006]作為優(yōu)選方案，所述加工臺傾斜設(shè)置。
[0007]本發(fā)明提供的另一種技術(shù)方案:一種使用所述的冷卻裝置進行切割液態(tài)金屬的加工工藝，該加工工藝包括全固態(tài)激光器發(fā)射的激光切割液態(tài)金屬的操作步驟，在該操作步驟中，所述冷卻裝置中流出水性涂料落到液態(tài)金屬的切口處。
[0008]作為優(yōu)選方案，所述水性涂料能夠循環(huán)使用。
[0009]作為優(yōu)選方案，切割液態(tài)金屬的所述激光的波長范圍為1055~1075nm。 [0010]作為優(yōu)選方案，切割液態(tài)金屬的所述激光的波長為1064nm。
[0011]作為優(yōu)選方案，所述全固態(tài)激光器的準直光學系統(tǒng)的變焦倍數(shù)為10-15倍。
[0012]作為優(yōu)選方案，所述全固態(tài)激光器的聚焦透鏡的焦距為100_。
[0013]本發(fā)明達到的技術(shù)效果如下:本發(fā)明在激光切割液態(tài)金屬的操作步驟中，使用所述冷卻裝置流出的水性涂料落到液態(tài)金屬的切口處，可使得液態(tài)金屬熔融后沒能流動就迅速凝固，方便激光對液態(tài)金屬的有效切割。且水性涂料可以循環(huán)使用，節(jié)約資源，降低加工成本，減少污染。此外，選用10-15倍的準直系統(tǒng)變焦倍數(shù)和IOOmm的聚焦透鏡，可使激光的功率密度大，液態(tài)金屬上切割光斑的面積小，同時米用1064nm的激光波長,易于液態(tài)金屬吸收，從而可以減少切口流體以及減小毛刺。而且，使用本發(fā)明的冷卻裝置，可以使水性涂料循環(huán)使用，節(jié)約資源，降低生產(chǎn)成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明冷卻裝置的立體圖；
圖2為本發(fā)明冷卻裝置的另一角度的立體圖；
圖3為本發(fā)明冷卻裝置的又一角度的立體圖；
圖4為全固態(tài)激光器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為不同因素的切割效果對比圖。
[0015]【主要部件符號說明】
I冷卻裝置
11冷卻軟管 12風嘴 13加工臺 14水箱
2全固態(tài)激光器 21泵浦源激光二極管 22耦合光學系統(tǒng) 23諧振腔 231光纖光柵 232增益光纖` 233反光鏡 24準直光學系統(tǒng) 25掃描系統(tǒng) 26聚焦透鏡。
【具體實施方式】
[0016]如圖f圖3所示，本發(fā)明應用于激光切割液態(tài)金屬的冷卻裝置I包括冷去軟管
11、風嘴12、加工臺13以及水箱14，所述冷卻軟管11與風嘴12相連通，加工時，所述風嘴12正對于所述加工臺上的液態(tài)金屬加工件，使從風嘴12中流出的水性涂料正好落到液態(tài)金屬的切口處。所述水箱14設(shè)置于加工臺13的下方，使該加工臺13上的水性涂料可回流至水箱14中；且該水箱14與冷卻軟管11相連通，在動力驅(qū)動下，水箱14中的水性涂料可上升至該冷卻軟管11中，并從所述風嘴12中流出。從而形成水性涂料的循環(huán)裝置，循環(huán)使用水性涂料，可節(jié)約資源，減少污染，并且可降低加工成本。
[0017]所述加工臺13傾斜設(shè)置，有利于加工臺13上的水性涂料回流至水箱14中。
[0018]本發(fā)明使用冷卻裝置進行切割液態(tài)金屬的加工工藝包括如圖4所示的全固態(tài)激光器2發(fā)射的激光切割液態(tài)金屬的操作步驟，在該操作步驟中，所述冷卻裝置I中流出水性涂料落到液態(tài)金屬的切口處。
[0019]由于液態(tài)金屬的熔點低且激光的一個單脈沖能量可以達到幾十焦耳，使得液態(tài)金屬表面的溫度急劇增加瞬間會呈熔融狀態(tài)，因此在切割過程中需要不斷的在液態(tài)金屬的切口處滴加水性涂料。水性涂料既可以利于激光能量的吸收，又可以加速液態(tài)金屬的冷凝。這樣可以使液態(tài)金屬熔融后沒能流動就迅速凝固，便于激光對液態(tài)金屬的有效切割。
[0020]波長范圍為1055~1075nm的激光易于液態(tài)金屬吸收，最佳波長為1064nm。
[0021]如圖4所示，發(fā)射波長1064nm激光的全固態(tài)激光器2包括依次順序排列的泵浦源激光二極管21、稱合光學系統(tǒng)22、諧振腔23、準直光學系統(tǒng)24、掃描系統(tǒng)25以及聚焦系統(tǒng)
26。泵浦源激光二極管21發(fā)射的激光入射至稱合光學系統(tǒng)22,稱合光學系統(tǒng)22對激光做整形和重新排列并輸入至諧振腔23，激光經(jīng)過諧振腔23提高能量并入射至準直光學系統(tǒng)24，準直光學系統(tǒng)24使激光最大效率的耦合進入掃描系統(tǒng)25，最后經(jīng)過聚焦透鏡26射出以切割液態(tài)金屬。
[0022]其中諧振腔23包括光纖光柵231、增益光纖232以及反光鏡233，且光纖光柵231和反光鏡233均與增益光纖232的軸線垂直,且反光鏡233可以透射部分光信號。入射至諧振腔23中的光信號在光纖光柵231和反光鏡233之間不斷反射，并且在反射過程中，經(jīng)由增益光纖232不斷放大光信號，使得從反光鏡33透射出的光信號能量提高。
[0023]聚焦透鏡26的焦距一般選取為F=IOOmm,可以使輸出激光的功率密度較大，液態(tài)金屬上的切割光斑面積較小，易于切割液態(tài)金屬。
[0024]影響液態(tài)金屬切割效果的因素有多種，例如有無水性涂料、準直光學系統(tǒng)的變焦倍數(shù)以及聚焦透鏡的焦距等，如圖5所示為不同因素的切割效果對比圖(標注:圖5中所示的圖片均是在顯微鏡下拍攝的)。
[0025]由圖5可知，I)在準直光學系統(tǒng)的變焦倍數(shù)相同(變焦倍數(shù)可為5倍、8倍、10倍或15倍的其中之一)且聚焦透鏡的焦距為IOOnm時，不加水性涂料的切割效果是明顯存在毛刺，特別是熔融后在截面形成一定面積的流體，而加水性涂料后，水性涂料促進液態(tài)金屬表面對激光吸收同時起到了很 好冷卻效果，加工相對細膩，切口處的流體減少，毛刺也相對較小。2)在切割過程中均添加水性涂料的情況下，激光對于不同的準直光學系統(tǒng)的變焦倍數(shù)，表征出來的功率密度不一樣，作用在液態(tài)金屬上切割光斑的面積也不一樣，因此加工的細膩程度也不相同。并根據(jù)平均功率=單脈沖能量*重復頻率，單脈沖峰值功率=單脈沖能量/脈寬，功率密度=單脈沖峰值功率/光斑面積可得，在準直光學系統(tǒng)的變焦倍數(shù)在10-15倍之間，且聚焦透鏡的焦距F為IOOnm時，光斑面積小，功率密度大，易于材料有效吸收并在水性涂料作用下迅速凝固，從而實現(xiàn)切口流體少毛刺小的良好效果。
[0026]以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種應用于激光切割液態(tài)金屬的冷卻裝置，其特征在于，其包括冷卻軟管、風嘴和加工臺，所述冷卻軟管與風嘴相連通，加工時，該風嘴正對于所述加工臺上的液態(tài)金屬加工件，使從風嘴中流出的水性涂料正好落到液態(tài)金屬的切口處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于，所述冷卻裝置還包括盛放水性涂料的水箱，該水箱設(shè)置于所述加工臺的下方，使該加工臺上的水性涂料回流至該水箱中，且該水箱與冷卻軟管相連通；在動力驅(qū)動下，該水箱中的水性涂料上升至該冷卻軟管中，并從所述風嘴中流出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的冷卻裝置，其特征在于，所述加工臺傾斜設(shè)置。
4.一種使用根據(jù)權(quán)利要求廣3中任一項所述的冷卻裝置進行切割液態(tài)金屬的加工工藝，該加工工藝包括全固態(tài)激光器發(fā)射的激光切割液態(tài)金屬的操作步驟，其特征在于，在該操作步驟中，所述冷卻裝置中流出水性涂料落到液態(tài)金屬的切口處。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加工工藝，其特征在于，所述水性涂料能夠循環(huán)使用。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加工工藝，其特征在于，切割液態(tài)金屬的所述激光的波長范圍為 1055~1075nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的加工工藝，其特征在于，切割液態(tài)金屬的所述激光的波長為1064nm。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加工工藝，其特征在于，所述全固態(tài)激光器的準直光學系統(tǒng)的變焦倍數(shù)為10-15倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的加工工藝，其特征在于，所述全固態(tài)激光器的聚焦透鏡的焦距為100mm。
【文檔編號】B23K26/40GK103817435SQ201310497557
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】張信, 陳云剛, 黃海強, 江碩, 饒良政, 龍翔 申請人:深圳華工激光設(shè)備有限公司