[发明专利]激光切割喷嘴，具有喷嘴的激光加工设备及其运行方法

说明书

本发明说明了一种用于激光加工设备(20)的激光切割喷嘴(1)，所述激光切割喷嘴具有在喷嘴入口(4)和喷嘴出口(5)之间沿着通道纵轴线(6)延伸的、用于激光束和切割气体的通道(2)。所述通道(2)具有收敛区段(8)和发散区段(9)。在整个发散区段(9)中，所述通道(2)的壁相对于所述通道纵轴线(6)构成最大为5°的倾斜角度。此外，所述发散区段(9)的长度(L_D)小于所述狭窄部位(10)的直径(d_min)的5倍。此外，本发明说明了一种具有这种激光切割喷嘴(1)的激光加工设备和一种用于运行这种激光加工设备的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于激光加工设备的激光切割喷嘴，所述激光切割喷嘴具有在喷嘴入口和喷嘴出口之间沿着通道纵轴线延伸的、用于激光束和切割气体的通道，其中，所述通道朝其出口的方向在直至所述通道的狭窄部位的收敛区段中连续地收敛到小于在收敛区段入口处的横截面面积的40％，其中，所述通道从狭窄部位出发在直至所述通道的出口的发散区段中连续地发散到超过在所述狭窄部位处的横截面面积的130％。

此外，本发明涉及一种具有这种激光切割喷嘴的激光加工设备和用于运行所述激光加工设备的方法。

背景技术

现代激光加工设备通常能够在高加工速度的情况下提供无缺陷的切割结果。然而，这些设备在加工复杂的三维工件时会达到极限。例如，由于不利的空间布局不能足够恒定地保持或不能足够精确地调整确定切割过程的参数，如喷嘴-工件间距、激光喷嘴的位态等。因此，可能在工件的角落中或角部上进行切割工作时出现质量下降，例如导致更多地出现划痕或(微)毛刺。此外，随着加工速度的提高和喷嘴到工件间距的减小，构件碰撞的风险增加，例如由于与预给定形状偏离的工件。

由文献已知，从喷嘴喷出的切割气体射束的特性对切割结果的质量具有决定性的影响。由于该原因，已经提出了用于气体射束成型的、具有内轮廓或通道的喷嘴，所述喷嘴不同于具有简单锥形通道的喷嘴而设有锥形-柱形的、锥形-发散的通道或通常设有收敛-发散的通道。例如参考H.C.Man等人在材料加工技术杂志，第63期(1997)，第217-222页的专业文章“用于高气压激光切割的超音速喷嘴的设计与特性分析”。

例如由US 6423928已知具有收敛-发散通道的开头所述类型的激光切割喷嘴。从柱形狭窄部位区段出发，已知的喷嘴在出口区域中具有明显的锥形横截面扩宽部。此外，由这些条件决定地，所述喷嘴在面向工件的端部上仅具有非常窄的端面，因此，喷嘴对于电容式间距调节的灵敏度仅适用于小加工间距。

发明内容

本发明的任务是，提供一种激光切割喷嘴，该激光切割喷嘴能够实现具有更好切割结果的三维激光切割加工。

该任务通过根据本发明的激光切割喷嘴来解决。

在本发明的意义上，收敛-发散通道的壁在整个发散区段中具有相对于通道纵轴线最大为5°的倾斜角度，并且发散区段的长度小于狭窄部位直径的5倍。

优选地，通道壁相对于通道纵轴线的平均倾斜角度在发散区段中小于4.0°。在喷嘴的特别优选的构造形式中，该倾斜角度甚至小于3.0°或小于2.0°。然而，平均倾斜角度尤其大于1.0°。

由于在发散区段中倾斜角度被限制到最大5°，确保喷出的气体射束在整个发散区段上的有效造型。防止气流在边缘侧的“脱离”或“撕裂”，所述“脱离”或“撕裂”引起气流的不希望的非均匀性。尽管最大倾斜角度相对小，但发散区段不大于狭窄部位直径的5倍。出乎意料地表明，发散区段的该长度对于有效的气体射束造型是足够的。尤其，即使发散区段的长度小于狭窄部位直径的4倍或3倍也是足够的。然而优选地，为了确保足够的效果，发散区段应至少大于狭窄部位直径的2倍。