[发明专利]一种水导激光加工系统的喷嘴防溅装置

说明书

技术领域

本发明涉及水导激光加工技术，具体为一种水导激光加工系统的喷嘴防溅装置。

背景技术

水导激光的原理如下，激光束聚焦到喷嘴，光束与喷嘴产生的水束共轴，光束在稳定的水束中进行多次全反射，之后光能在水束中能量均匀分布，激光随细小的水束深入切缝内部。当稳定的激光水束冲击到工件上时，激光加热熔化准备切割的工件的局部材料，水束剥离熔化的材料并冷却工件。目前水导激光已获得较高的切削质量和较大的切深。

水导激光加工时必须采用水流引导激光，水流的特点是受冲击就易分散。加工过程中当水流冲击到工件表面，高速水流必会产生溅射，向上飞溅的水珠造成引导激光的水束不稳定。当四溅的水珠落在喷嘴附近，水珠会移动聚集到喷嘴出口处，因液体之间的相容特性，水珠会把水束拉偏易在短时间内烧毁喷嘴，并且激光偏离预定加工点，影响加工精度，水导激光喷嘴造价高昂且易烧毁限制了其工业应用范围。

因此水导激光需要解决水束的溅射问题。已有水导激光防溅装置采用加热机构，将飞溅的水滴汽化，避免溅射的水珠聚集干扰水束。加热方式不仅结构复杂，而且加热对水束产生影响，且加热无法将所有的飞溅的水滴汽化，故此方法效果不佳。

发明内容

本发明的目的是设计一种水导激光加工系统的喷嘴防溅装置，在工作缸下方经连接壳体固接可旋转的挡盘，挡盘处于工件上方，水束通过挡盘的中心孔到达工件表面，水束冲击工件后向上溅射的水珠被挡盘阻挡，离心力将落在旋转挡盘上的水珠甩出，在水束附近不会有水珠，水束不再受影响。

本发明设计的一种水导激光加工系统的喷嘴防溅装置，工作缸顶部为激光聚光透镜，底部中心有通孔，喷嘴嵌装于工作缸底部通孔，工作缸底部通孔直径为喷嘴孔直径的50～100倍。工作缸内腔中部固定石英窗，石英窗将工作缸内腔分为相互密封隔离的上、下两部分。工作缸内腔下部有多支入水管，入水汇聚于喷嘴孔的上口，激光束聚焦于喷嘴孔的上口，从喷嘴孔流下的水束引导激光射向喷嘴下方。本发明在工作缸下方固定连接中间壳体，中间壳体为中空的壳体，中间壳体底部开口直径为工作缸底部通孔直径的15～30倍；定子固定于中间壳体下部，转子可转动地安装于定子的外侧，挡盘固定于转子下方，挡盘的直径为中间壳体底部开口直径的1.0～1.5倍，挡盘中心孔直径为工作缸底部通孔直径的1.1～1.5倍。定子与转子的中轴线、挡盘中心孔中心线、中间壳体中空部分的中心线、工作缸底部通孔中心线与喷嘴孔的中心线重合，为同一铅垂线，水束引导激光穿过中间壳体和挡盘中心孔到达工件表面。

所述挡盘的盘面为开口向下的圆锥面，中心角为125～145度。

所述挡盘底面的边缘有向下的凸沿，凸沿高度为2～6毫米。飞溅到挡盘表面的水，顺圆锥面流下，有凸沿的阻挡，挡盘转动时其底面的水被向下甩落，可避免甩向四周。

为排出中间壳体腔内可能的少量水，所述挡盘上表面有4～8个均布的径向泄流槽，每个泄流槽靠近挡盘边缘处有向下与挡盘底面相通的泄流孔，泄流槽的深度为挡盘盘面厚度的1/4至1/3。水落在挡盘上表面时，沿泄流槽流到泄流孔，然后向下流，以避免挡盘转动时其上表面的水被甩向四周。

所述中间壳体的中空腔体为两个顶部相接的圆锥体，该中空腔体最窄处的直径为工作缸底部通孔直径的1.1～1.5倍。当有少量的水从水束溅到中间壳体的内壁，可沿锥面下流落到下方的挡盘上。

所述转子的转速为2000r/min～3600r/min，以保证挡盘高速旋转产生足够的离心力，将溅射水珠甩下，避免溅射水珠对水导激光水束造成影响。

所述工作缸内腔下部有均匀布置的12～36支入水管，入水沿径向射向喷嘴孔的上口，汇聚于喷嘴孔的上口。

本装置使用时，先接通定子电源，转子带动挡盘高速旋转。然后开启激光水导装置，激光聚焦于喷嘴孔上口，和水束耦合，激光在水束里传导，穿过中间壳体的中空腔和挡盘的中心孔，激光和水束打到待加工工件表面进行加工。

水束冲击工件表面产生的水花向上溅射，挡盘阻挡溅射的水，防止水束被拉偏，保护喷嘴免于被激光烧蚀。挡盘上的水珠在自身重力和旋转的离心力作用下，沿挡盘的倾斜锥面流至凸沿，被甩下。中间壳体内腔中的水也沿壳体内壁流下落在挡盘上表面，沿挡盘的泄流槽流出，不会积聚影响出射水束。