Скачать PDF файл.

Текст

Смотреть все

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(72) Авторы Мышковец Виктор Николаевич Максименко Александр Васильевич Баевич Георгий Александрович Усов Петр Петрович(73) Патентообладатель Учреждение образования Гомельский государственный университет имени Франциска Скорины(57) 1. Лазерная обрабатывающая головка, содержащая кожух, выполненный в виде конусного стакана, в котором соосно установлен корпус с фокусирующей линзой, выполненный в виде цилиндра, переходящего в конус, в цилиндре которого выполнено не менее двух симметрично расположенных отверстий, при этом конус корпуса образует внутреннее сопло для подачи газа соосно лучу лазера, цилиндрические поверхности кожуха и корпуса образуют распределительную кольцевую камеру, в наружной стенке которой выполнено отверстие для входа газа, а конические поверхности кожуха и корпуса образуют внешнее 96782013.10.30 сопло, отличающаяся тем, что дополнительно содержит съемную насадку, выполненную в виде усеченного конуса с коническим внутренним соплом, размещаемую на конусе кожуха, при этом основание усеченного конуса перекрывает внешнее сопло, а диаметры внутреннего сопла конуса корпуса и съемной насадки в зоне сопряжения совпадают, узел фокусировки, состоящий из оправы, в которой размещена фокусирующая линза, и винтовой пары, винт которой закреплен в оправе, а гайка размещена в выполненном в корпусе пазу, и защитное стекло, установленное в цилиндре корпуса под фокусирующей линзой. 2. Лазерная обрабатывающая головка по п. 1, отличающаяся тем, что корпус выполнен составным, при этом коническая часть корпуса выполнена с дополнительной цилиндрической частью и соединена с цилиндрической частью корпуса резьбовым соединением. 3. Лазерная обрабатывающая головка по п. 1, отличающаяся тем, что кожух выполнен составным, включающим цилиндрическую часть, соединенную резьбовым соединением с конусом кожуха. 4. Лазерная обрабатывающая головка по п. 1, отличающаяся тем, что съемная насадка и конус кожуха связаны резьбовым соединением. 5. Лазерная обрабатывающая головка по п. 1, отличающаяся тем, что защитное стекло выполнено в виде круглого прозрачного элемента из кварцевого стекла. 6. Лазерная обрабатывающая головка по п. 1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, нижние поверхности фокусирующей линзы и защитного стекла содержат слой просветляющего покрытия. Полезная модель относится к оборудованию для лазерной обработки и может быть использована в различных отраслях машиностроения как для термоупрочнения, наплавки и сварки металлов, так и резки листового материала. Лазерообрабатывающие технологии предъявляют различные требования к движению потока газа от лазерной обрабатывающей головки в зону обработки. При резке листового материала необходимо обеспечить выдув расплавленного материала из зоны обработки. Для этого в зону обработки направляют турбулентный (вихревой) поток газа от лазерной обрабатывающей головки к обрабатываемой детали. При термоупрочнении, наплавке и сварке металлов необходимо обеспечить защиту зоны теплового воздействия лазерного луча от окисления и создать условия для однородного формирования расплава. Для этого в зону наплава направляют ламинарный (безвихревой) поток газа от лазерной обрабатывающей головки к обрабатываемой детали,который исключает перемешивание потока газа с окружающим воздухом и, как следствие,предотвращает окисление поверхности детали. Разработка лазерной обрабатывающей головки, пригодной одновременно как для термоупрочнения, наплавки, сварки металлов, так и для резки листового материала актуальна и востребована промышленностью. Для резки листового материала известна лазерная обрабатывающая головка, содержащая фокусирующую линзу, установленную в корпусе, выполненном в форме полого цилиндра, переходящего в конус, внутренняя поверхность которого образует внутреннее сопло для подачи газа соосно лучу лазера, и внешнее сопло 1. Известная лазерная головка предназначена для лазерной резки при давлении рабочего газа 5-25 кГс/см 2 и не обеспечивает получение безвихревого потока газа, необходимого 2 96782013.10.30 для надежной защиты обрабатываемой поверхности от окисления при термоупрочнении,наплавке и сварке металлов. Кроме того, недостатком данной лазерной обрабатывающей головки является необходимость использования двух устройств подачи технологического газа во внутреннее и внешнее сопла. Для термоупрочнения, наплавки и сварки металлов наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является лазерная обрабатывающая головка, содержащая кожух, выполненный в виде конусного стакана, в котором соосно установлен корпус с фокусирующей линзой, выполненный в виде цилиндра, имеющего не менее двух симметрично расположенных отверстий, переходящего в конус, образующий внутреннее сопло для подачи газа соосно лучу лазера, цилиндрические поверхности кожуха и корпуса образуют распределительную кольцевую камеру, в наружной стенке которой выполнено отверстие для входа газа, а конические поверхности кожуха и корпуса образуют внешнее сопло 2. Описанная лазерная обрабатывающая головка обеспечивает получение направленного безвихревого потока газа к обрабатываемой детали, затрудняет перемешивание потока газа с окружающим воздухом и, как следствие, предотвращает окисление поверхности детали при термоупрочнении, наплавке, сварке металлов. Но данная лазерная обрабатывающая головка не пригодна для лазерной резки, так как подаваемый ею безвихревой поток газа не обеспечивает в полной мере выдув расплавленного материала из зоны обработки. Кроме того, в процессе обработки фокусирующая линза покрывается продуктами испарения обрабатываемой поверхности детали, что приводит к поглощению энергии лазерного излучения данными продуктами и накоплению тепла, которое может вызвать повреждение фокусирующей линзы. Кроме этого, кожух и корпус лазерной обрабатывающей головки выполнены в виде монолитной сварной конструкции, что увеличивает время на ее обслуживание, снижает производительность и эффективность. Таким образом, недостатком известной лазерной обрабатывающей головки, выбранной в качестве прототипа, являются узкие функциональные характеристики, производительность и качество обработки. Технической задачей заявляемой полезной модели является создание универсальной лазерной обрабатывающей головки, пригодной одновременно как для термоупрочнения,наплавки и сварки металлов, так и для резки листового материала. Технический результат, достигаемый заявляемой лазерной обрабатывающей головкой,заключается в возможности получения как ламинарного (безвихревого), так и турбулентного (вихревого) движения потока газа от лазерной обрабатывающей головки к обрабатываемой детали в обеспечении защиты фокусирующей линзы от продуктов испарения с обрабатываемой поверхности детали в уменьшении потери энергии лазерного излучения на поверхности фокусирующей линзы и накопления ею тепла, которое может вызвать ее растрескивание в повышении производительности и качества обработки. Заявляемый технический результат достигается тем, что лазерная обрабатывающая головка, содержащая кожух, выполненный в виде конусного стакана, в котором соосно установлен корпус с фокусирующей линзой, выполненный в виде цилиндра, переходящего в конус, в цилиндре которого выполнено не менее двух симметрично расположенных отверстий, при этом конус корпуса образует внутреннее сопло для подачи газа соосно лучу лазера, цилиндрические поверхности кожуха и корпуса образуют распределительную 3 96782013.10.30 кольцевую камеру, в наружной стенке которой выполнено отверстие для входа газа, а конические поверхности кожуха и корпуса образуют внешнее сопло, согласно полезной модели дополнительно содержит съемную насадку, выполненную в виде усеченного конуса с коническим внутренним соплом, размещаемую на конусе кожуха, при этом основание усеченного конуса перекрывает внешнее сопло, а диаметры внутреннего сопла конуса корпуса и съемной насадки в зоне сопряжения совпадают, узел фокусировки, состоящий из оправы, в которой размещена фокусирующая линза, и винтовой пары, винт которой закреплен в оправе, а гайка размещена в выполненном в корпусе пазу, и защитное стекло,установленное в цилиндре корпуса под фокусирующей линзой. Кроме того, корпус выполнен составным, при этом коническая часть корпуса выполнена с дополнительной цилиндрической частью и соединена с цилиндрической частью корпуса резьбовым соединением. Кроме того, кожух выполнен составным, включающим цилиндрическую часть, соединенную резьбовым соединением с конусом кожуха. Кроме того, съемная насадка и конус кожуха связаны резьбовым соединением. Кроме того, защитное стекло выполнено в виде круглого прозрачного элемента из кварцевого стекла. Кроме того, по меньшей мере, нижние поверхности фокусирующей линзы и защитного стекла содержат слой просветляющего покрытия. Сущность заявляемой полезной модели лазерной обрабатывающей головки заключается в следующем. Снабжение лазерной обрабатывающей головки съемной насадкой, выполненной в виде усеченного конуса с коническим внутренним соплом, размещаемой на конусе кожуха,при этом основание усеченного конуса перекрывает внешнее сопло, а диаметры внутреннего сопла конуса корпуса и съемной насадки в зоне сопряжения совпадают, расширяет технологические и функциональные возможности. Снабжение обрабатывающей головки узлом фокусировки, состоящим из оправы, в которой размещена линза, и винтовой пары, винт которой закреплен в оправе, а гайка размещена в выполненном в корпусе пазу, позволяет регулировать заданную плотность лазерного излучения в зоне обработки и тем самым повышает производительность и качество обработки. Снабжение лазерной обрабатывающей головки защитным стеклом, выполненным в виде круглого прозрачного элемента из кварцевого стекла и установленным в цилиндре корпуса под фокусирующей линзой, предотвращает загрязнение фокусирующей линзы продуктами испарения с обрабатываемой поверхности, которое может вызвать растрескивание или иное повреждение фокусирующей линзы, уменьшает время простоя и тем самым повышает эффективность и производительность. Выполнение кожуха и корпуса составными, состоящими из цилиндров и конусов, соединенных резьбовым соединением, упрощает процесс очистки их внутренних поверхностей и защитного стекла от продуктов испарения, попадающих из зоны обработки,уменьшает время простоя и, тем самым, повышает производительность. Соединение съемной насадки и конуса кожуха резьбовым соединением уменьшает время переналадки, что также повышает производительность. Слой просветляющего покрытия, нанесенный, по меньшей мере, на нижние поверхности фокусирующей линзы и защитного стекла, обеспечивает уменьшение потери энергии лазерного излучения на поверхности фокусирующей линзы и защитного стекла и тем самым повышает эффективность, качество обработки и производительность. Сопоставление заявляемого технического решения с прототипом показывает, что новыми существенными признаками являются следующие признаки лазерная обрабатывающая головка дополнительно содержит съемную насадку, выполненную в виде усечен 4 96782013.10.30 ного конуса с коническим внутренним соплом, размещаемую на конусе кожуха, при этом основание усеченного конуса перекрывает внешнее сопло, а диаметры внутреннего сопла конуса корпуса и съемной насадки в зоне сопряжения совпадают узел фокусировки, состоящий из оправы, в которой размещена фокусирующая линза, и винтовой пары, винт которой закреплен в оправе, а гайка размещена в выполненном в корпусе пазу и защитное стекло, установленное в цилиндре корпуса под фокусирующей линзой, которые для специалиста явным образом не следуют из уровня техники. Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги,характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленной лазерной обрабатывающей головки, отсутствуют. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию новизна. Изложенная сущность заявляемой полезной модели поясняется фигурами, на которых представлены фиг. 1 - общий вид лазерной обрабатывающей головки в разрезе фиг. 2 - общий вид лазерной обрабатывающей головки со съемной насадкой. Лазерная обрабатывающая головка содержит корпус 1, в котором установлена фокусирующая линза 2. Корпус 1 выполнен в виде цилиндра, переходящего в конус, и размещен в кожухе 3, выполненном в виде конусного стакана. Цилиндрические поверхности корпуса 1 и кожуха 3 образуют распределительную кольцевую камеру 4. Конические поверхности корпуса 1 и кожуха 3 образуют внешнее сопло 5. В цилиндре корпуса 1 выполнено не менее двух симметрично расположенных отверстий 6 для прохода рабочего газа во внутреннюю полость корпуса 1. Конус корпуса 1 образует внутреннее сопло 7 для подачи газа соосно лучу лазера. Лазерная обрабатывающая головка содержит съемную насадку 8, выполненную в виде усеченного конуса с коническим внутренним соплом 9, размещаемую на конусе кожуха 3. Основание усеченного конуса перекрывает внешнее сопло 5, а диаметры внутреннего сопла 7 конуса корпуса 1 и съемной насадки 8 в зоне сопряжения совпадают. Узел фокусировки состоит из оправы 10 и винтовой пары 11, винт 12 которой закреплен в оправе 10, а гайка 13 размещена в выполненном в корпусе 1 пазу. Фокусирующая линза 2 закреплена в оправе 10 резьбовым полым элементом 14, в частности, выполненным в виде резьбового кольца или втулки. Защитное стекло 15 выполнено в виде круглого прозрачного элемента из кварцевого стекла и установлено в цилиндре корпуса 1 под фокусирующей линзой 2. Защитное стекло 15 закреплено в корпусе 1 резьбовым полым элементом 14. Нижние поверхности фокусирующей линзы 2 и защитного стекла 15 содержат соответственно слой просветляющего покрытия 16 и 17. Корпус 1 выполнен составным, при этом коническая часть корпуса 1 выполнена с дополнительной цилиндрической частью 18 и соединена с цилиндрической частью корпуса 1 резьбовым соединением. Кожух 3 выполнен составным, включающим цилиндрическую часть 19, соединенную резьбовым соединением с конусом кожуха. Съемная насадка 8 и конус кожуха 3 связаны резьбовым соединением. Лазерная обрабатывающая головка работает следующим образом. Выполнение операций термоупрочнения, наплавки деталей и сварки металлов (фиг. 1) осуществляют лазерной обрабатывающей головкой без съемной насадки 8. Включают лазер (не показан), излучение лазера фокусируют линзой 2 на поверхности детали 20 и одновременно подают газ в зону обработки. При термоупрочнении, наплавке деталей и сварке металлов (фиг. 1), когда потоку газа надо придать ламинарное (безвихревое) движение, защитный газ подают через боковое отверстие (не обозначено) распределительной камеры 4, одновременно через отверстия 6 газ поступает во внутреннюю полость корпуса 1 и далее во внутреннее сопло 7. 5 96782013.10.30 Ламинарные (безвихревые) потоки газа, выходя из сопел 5 и 7, попадают на обрабатываемую деталь 20. Полученные безвихревые потоки газа не перемешиваются с окружающим воздухом и, как следствие, предотвращают окисление поверхности детали. В момент обработки продукты испарения направляются навстречу потоку защитного газа и оседают на внутренних поверхностях внешнего 5 и внутреннего 7 сопел. При этом потоки защитного газа не захватывают конденсат, осаждаемый на внутренних поверхностях сопел 5 и 7, и в результате защитный газ, свободный от посторонних примесей и кислорода воздуха,поступает в зону обработки. Кроме того, продукты испарения, оседая на поверхности сопел 5, 7, уменьшают воздействие загрязняющих веществ на защитное стекло 15, предохраняющее фокусирующую линзу 2. При резке листового материала (фиг. 2) потоку газа необходимо придать турбулентное(вихревое) движение, чтобы обеспечить эффективное выдувание расплавленного материала из зоны обработки. Для этого на лазерную обрабатывающую головку навинчивают съемную насадку 8. Съемная насадка 8 при этом перекрывает выходное внешнее сопло 5 и сопрягается своим коническим внутренним соплом 9 с выходной торцевой поверхностью внутреннего сопла 7 корпуса 1. Обрабатываемую деталь 20 устанавливают под лазерной обрабатывающей головкой. Управление фокусным положением линзы 2 относительно обрабатываемой поверхности детали 20 осуществляют винтовой парой 11, вращая гайку 13, размещенную в пазу корпуса 1, и перемещая винтом 12 оправу с фокусирующей линзой 2. Включают лазер (не показан) и в зону реза подают через сопло 7 корпуса 1 и сопло 9 сфокусированное лазерное излучение и поток защитного газа. Защитный газ подают через боковое отверстие (не обозначено) распределительной камеры 4, одновременно через отверстия 6 газ поступает во внутреннюю полость корпуса 1 и далее во внутреннее сопло 7 корпуса 1 и сопло 18 съемной насадки 8. Турбулентный (вихревой) поток газа, выходя из сопла 9 сменной насадки 8, попадает на обрабатываемую деталь 20 и выдувает расплавленный материал из зоны обработки. Для очистки загрязненных поверхностей сопел 5, 7 и 9 и защитного стекла 15 от продуктов испарения конусы кожуха 3, корпуса 1 и съемную насадку 8 вывинчивают из соответствующих цилиндров и конуса кожуха 3 и осуществляют удаление загрязняющих веществ с их поверхностей. При замене фокусирующей линзы 2 вывинчивают гайку 13 винтовой пары 11. Вытаскивают оправу 9 с фокусирующей линзой 2 и винтом 12 из корпуса 1. Вывинчивают резьбовой полый элемент 14, в частности, выполненный в виде резьбового кольца или втулки,вынимают фокусирующую линзу 2 и осуществляют ее очистку или замену. Затем вывинчивают второй резьбовой полый элемент 14 из корпуса 1 и меняют защитное стекло 15. Изготовленным и опробованным опытным образцом лазерной обрабатывающей головки при осуществлении наплавки порошковых и проволочных материалов деталей и резке деталей из листового материала лазерным излучением подтвердили работоспособность и основные технические характеристики лазерной обрабатывающей головки для вышеуказанных обрабатывающих технологий. Тем самым, по сравнению с прототипом предложенная лазерная обрабатывающая головка расширяет технологические и функциональные возможности, повышает производительность и качество обработки. Заявляемое техническое решение пригодно к осуществлению промышленным способом с использованием существующей технологии производства. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию промышленная применимость. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7

МПК / Метки

МПК: B23K 26/14

Метки: головка, лазерная, обрабатывающая

Код ссылки

<a href="http://bypatents.com/7-u9678-lazernaya-obrabatyvayushhaya-golovka.html" rel="bookmark" title="База патентов Беларуси">Лазерная обрабатывающая головка</a>

Похожие патенты