Устройство для газолазерной резки материалов

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ МАТЕРИАЛОВ(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. Устройство для газолазерной резки материалов, содержащее размещенную в корпусе фокусирующую линзу, сопло подачи газа с кольцевым газораспределительным средством, выполненным в виде кольцевого буртика с множеством вертикальных отверстий и связанных с ними пазов, расположенных под углом к его радиальным осям, средство для присоединения сопла к корпусу, кольцевую камеру с каналом для входа газа, отличающееся тем, что снабжено втулкой, размещенной под газораспределительным средством соосно с соплом, содержащей отверстия, оси которых расположены под углом к его радиальным осям в сечении конуса втулки, и имеющей коническую внутреннюю поверхность,образующую с внешней поверхностью сопла дополнительное кольцевое сопло, дополнительной кольцевой камерой с каналом для входа газа, при этом средство для присоединения сопла к корпусу выполнено в виде накидной гайки, втулка связана с соплом и 106272015.04.30 накидной гайкой, фокусирующая линза установлена в цилиндрическом гнезде, выполненном в торцевой части корпуса, и поджимается соплом с помощью накидной гайки, кольцевые камеры образованы выполненными или в накидной гайке, или на внешней поверхности сопла и втулки проточками. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отверстия во втулке выполнены цилиндрической или конической формы и размещены под углом 15-35. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что снабжено защитным стеклом, выполненным в виде круглого прозрачного элемента из кварцевого стекла, расположенным под фокусирующей линзой, при этом защитное стекло установлено в выполненном в торцевой части корпуса цилиндрическом гнезде на герметичном уплотнении, а фокусирующая линза закреплена в оправе, установленной в корпусе. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность сопла выполнена в виде конуса или цилиндра, переходящего в конус. Полезная модель относится к устройствам для лазерной обработки материалов, конкретно к газолазерной резке материалов в импульсном и непрерывном режимах работы технологическими лазерами. Известно устройство для газолазерной резки материалов, содержащее фокусирующий объектив, корпус, конический патрубок для прохода лазерного излучения и установленную коаксиально патрубку втулку, размещенную соосно с коническим патрубоком, содержащую множество отверстий, оси которых расположены под углом к касательной к окружности в сечении конуса втулки, и имеющую коническую внутреннюю поверхность,образующую с внешней поверхностью конического патрубка сопло, кольцевую камеру для распределения газа по отверстиям втулки, средство для присоединения сопла к корпусу 1. Известное устройство предназначено для газолазерной резки создаваемый ею вихревой поток технологического газа обеспечивает выдув расплавленного материала из канала реза, при этом струйное течение газа, истекающего из сопла, сопровождается активным подмешиванием атмосферного воздуха, что приводит к загрязнению технологического газа, замедлению реакций окисления при резке материала кислородом и снижению качества поверхности реза. Устройство также не обеспечивает охлаждение и защиту фокусирующей линзы объектива от продуктов испарения с обрабатываемой поверхности. Все эти недостатки снижают его эффективность, функциональные возможности, долговечность и качество. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой полезной модели является устройство для газолазерной резки материалов, содержащее размещенную в корпусе фокусирующую линзу, сопло подачи газа с кольцевым газораспределительным средством, выполненным в виде кольцевого буртика с множеством вертикальных отверстий и связанных с ними пазов, расположенных под углом к его радиальным осям, средство для присоединения сопла к корпусу, кольцевую камеру с каналом для входа газа 2. Известное устройство для газолазерной резки материалов обеспечивает охлаждение и защиту фокусирующей линзы объектива от продуктов испарения с обрабатываемой поверхности, однако конструкция устройства недостаточно эффективна при удалении рас 2 106272015.04.30 плава из канала реза, так как струя газа, истекающего из сопла, при взаимодействии с листом разделяется на две части. Одна его часть растекается по поверхности листа, а другая попадает в канал образующегося разреза и удаляет из него продукты разрушения материала. В связи с этим, чтобы улучшить продуваемость канала реза при резке толстолистовых материалов, необходимо увеличивать давление в сопле, что повышает требования кнадежности и прочности оптической системы. Кроме того, струйное вихревое течение газа, истекающего из сопла, сопровождается активным подмешиванием атмосферного воздуха, что приводит к загрязнению газа, например кислорода, замедлению реакций окисления и резкому снижению качества поверхности реза, а также к снижению ресурса работы оптической системы устройства. Перечисленные недостатки снижают его эффективность, функциональные возможности, долговечность и качество. Технической задачей полезной модели является увеличение эффективности процесса резки, функциональных возможностей, долговечности и качества обработки. Технический результат, достигаемый заявляемой полезной моделью, заключается в возможности резки листовых материалов различной толщины за счет создания устойчивых струй газа, глубоко проникающих через весь канал реза и интенсивно выдувающих продукты деструкции из канала в повышении производительности и качества обработки в повышении ресурса работы устройства. Заявляемый технический результат достигается тем, что устройство для газолазерной резки материалов, содержащее размещенную в корпусе фокусирующую линзу, сопло подачи газа с кольцевым газораспределительным средством, выполненным в виде кольцевого буртика с множеством вертикальных отверстий и связанных с ними пазов,расположенных под углом к его радиальным осям, средство для присоединения сопла к корпусу, кольцевую камеру с каналом для входа газа, согласно полезной модели, снабжено втулкой, размещенной под газораспределительным средством соосно с соплом, содержащей отверстия, оси которых расположены под углом к его радиальным осям в сечении конуса втулки, и имеющей коническую внутреннюю поверхность, образующую с внешней поверхностью сопла дополнительное кольцевое сопло, дополнительной кольцевой камерой с каналом для входа газа, при этом средство для присоединения сопла к корпусу выполнено в виде накидной гайки, втулка связана с соплом и накидной гайкой, фокусирующая линза установлена в цилиндрическом гнезде, выполненном в торцевой части корпуса и поджимается соплом с помощью накидной гайки, кольцевые камеры образованы выполненными или в накидной гайке, или на внешней поверхности сопла и втулки проточками. Кроме того, отверстия во втулке выполнены цилиндрической или конической формы и размещены под углом 15-35 в одном направлении. Кроме того, устройство снабжено защитным стеклом, выполненным в виде круглого прозрачного элемента из кварцевого стекла, расположенным под фокусирующей линзой,при этом защитное стекло установлено в выполненном в торцевой части корпуса цилиндрическом гнезде на герметичном уплотнении, а фокусирующая линза закреплена в оправе,установленной в корпусе. Кроме того, внутренняя поверхность сопла может быть выполнена в виде конуса или цилиндра, переходящего в конус. Сущность заявляемой полезной модели устройства для газолазерной резки материалов заключается в следующем. Снабжение устройства для газолазерной резки материалов втулкой, размещенной под газораспределительным средством соосно с соплом, содержащей отверстия, оси которых расположены под углом к его радиальным осям в сечении конуса втулки, и имеющей коническую внутреннюю поверхность, образующую с внешней поверхностью сопла допол 3 106272015.04.30 нительное кольцевое сопло, дополнительной кольцевой камерой с каналом для входа газа исключает загрязнение газа атмосферным воздухом, повышает глубину реза и качество обработки, улучшает защиту фокусирующей линзы от продуктов деструкции из зоны реза и тем самым увеличивает эффективность, функциональные возможности устройства, его долговечность и качество обработки. Выполнение средства для присоединения сопла к корпусу в виде накидной гайки,связь втулки с соплом и накидной гайкой, установка фокусирующей линзы в цилиндрическом гнезде, выполненном в торцевой части корпуса, и поджим ее соплом с помощью накидной гайки, образование кольцевых камер или в накидной гайке, или на внешней поверхности сопла и втулки проточками упрощает наладку в случае нарушения исполнительских функций (замены поврежденной фокусирующей линзы, очистки поверхностей сопел, поломки и т.д.) и тем самым увеличивает его эффективность. Выполнение во втулке отверстий цилиндрической или конической формы и размещение их под углом 15-35 в одном направлении обеспечивает оптимальное завихрение потока газа, и в результате газ выходит из дополнительного кольцевого сопла в виде высокоскоростной кольцевой струи, которая не только увеличивает интенсивность воздействия струи газа в зоне реза, но и способствует предотвращению загрязнения фокусирующей линзы продуктами испарения с зоны реза. Подача потока газа отверстиями втулки в дополнительное кольцевое сопло под углом менее 15 не обеспечивает достаточное завихрение потока газа, и, как следствие, газ не выходит из кольцевого сопла в виде эффективной высокоскоростной кольцевой струи. Подача потока газа отверстиями втулки в дополнительное кольцевое сопло под углом более 35 дает почти тот же результат, что и подача потока газа под углом менее 15. Снабжение устройства защитным стеклом, выполненным в виде круглого прозрачного элемента из кварцевого стекла, расположение его под фокусирующей линзой, установка защитного стекла в выполненном в торцевой части корпуса цилиндрическом гнезде на герметичном уплотнении, закрепление фокусирующей линзы в оправе, установленной в корпусе, защищает фокусирующую линзу от попадания на нее летящих искр, испарений и других мелких частиц из зоны резки. Это увеличивает срок службы линзы и повышает эффективность устройства. Выполнение внутренней поверхности сопла в виде конуса или цилиндра, переходящего в конус, обеспечивает устойчивые режимы резания и качественную резку материалов. Сопоставление заявляемого технического решения с прототипом показывает, что оно отличается от прототипа следующими признаками снабжено втулкой, размещенной под газораспределительным средством соосно с соплом, содержащей отверстия, оси которых расположены под углом к его радиальным осям в сечении конуса втулки, и имеющей коническую внутреннюю поверхность, образующую с внешней поверхностью сопла дополнительное кольцевое сопло снабжено дополнительной кольцевой камерой с каналом для входа газа средство для присоединения сопла к корпусу выполнено в виде накидной гайки втулка связана с соплом и накидной гайкой фокусирующая линза установлена в цилиндрическом гнезде, выполненном в торцевой части корпуса, и поджимается соплом с помощью накидной гайкой кольцевые камеры образованы выполненными или в накидной гайке, или на внешней поверхности сопла и втулки проточками. Отличительные от прототипа признаки для специалиста явным образом не следуют из уровня техники. Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги,характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заявленного устройства для газолазерной резки материалов, отсутствуют. 106272015.04.30 Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию патентоспособности новизна. Изложенная сущность заявляемой полезной модели поясняется фигурами, на которых представлены фиг. 1 - общий вид устройства для газолазерной резки материалов фиг. 2 - общий вид устройства для газолазерной резки материалов с защитным стеклом, расположенным под фокусирующей линзой фиг. 3 - сечение А-А на фиг. 1 фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 1. Устройство для газолазерной резки материалов (фиг. 1) содержит размещенную в корпусе 1 фокусирующую линзу 2, сопло 3 подачи газа с кольцевым газораспределительным средством 4, выполненным в виде кольцевого буртика 5 сопла 3, имеющего множество вертикальных отверстий 6 и связанных с ними пазов 7 (фиг. 3), расположенных под углом к его радиальным осям, средство 8 для присоединения сопла 3 к корпусу 1, кольцевую камеру 9 с каналом 10 для входа газа. Устройство снабжено втулкой 11, размещенной под газораспределительным средством 4 соосно с соплом 3 и содержащей отверстия 12 (фиг. 4), оси которых расположены под углом к радиальным осям в сечении конуса втулки 11. Втулка 11 имеет коническую внутреннюю поверхность, образующую с внешней поверхностью сопла 3 дополнительное кольцевое сопло 13. Устройство также снабжено дополнительной кольцевой камерой 14 с каналом 15 для входа газа. Средство 8 для присоединения сопла 3 к корпусу выполнено в виде накидной гайки. Втулка 11 связана с соплом 3 и накидной гайкой. Фокусирующая линза 2 установлена в цилиндрическом гнезде, выполненном в торцевой части корпуса 1, и поджимается соплом 3 с помощью накидной гайки. Кольцевые камеры 9 и 14 образованы выполненными или в накидной гайке, или на внешней поверхности сопла 3 и втулки 11 проточками. Отверстия 12 во втулке 11 выполнены цилиндрической или конической формы и размещены под углом 15-35 в одном направлении с пазами 7 газораспределительного средства 4. Каналы 10 и 15 для входа газа в кольцевые камеры 9 и 14 размещены в нижней их части, или перпендикулярно осям сопел 3 и 13, или тангенциально внутренним полостям кольцевых камер 9 и 14. Устройство может быть снабжено защитным стеклом 16 (фиг. 2), выполненным в виде круглого прозрачного элемента из кварцевого стекла, расположенным под фокусирующей линзой 2. Защитное стекло 16 установлено в выполненном в торцевой части корпуса 1 цилиндрическом гнезде на герметичном уплотнении 17, а фокусирующая линза 2 закреплена в оправе 18, установленной в корпусе 1. Внутренняя поверхность сопла 3 может быть выполнена в виде конуса или в виде цилиндра, переходящего в конус. Обрабатываемый материал обозначен цифрой 19. Устройство для газолазерной резки материалов работает следующим образом. Устанавливают обрабатываемую заготовку 19 на рабочем столе (не показан). Включают лазер (не показан), лазерный луч фокусируется линзой 2 и, проходя через сопло 3,попадает на поверхность обрабатываемого материала 19 в исходную точку реза. Одновременно в кольцевую камеру 9 через канал 10 и в дополнительную кольцевую камеру 14 через канал 15 подают из магистрали под давлением технологический газ, например кислород. Поток газа из кольцевой камеры 9 кольцевым газораспределительным средством 4 по отверстиям 6 и расположенными под углом пазами 7 направляют в сопло 3, или под нижнюю поверхность фокусирующей линзы 2, или при наличии защитного стекла 16 под его нижнюю поверхность. Из дополнительной кольцевой камеры 14 по расположенным под углом отверстиям 12 втулки 11 поток газа направляют в дополнительное кольце 5 106272015.04.30 вое сопло 13. Вихревые потоки газа, например кислорода, соплами 3 и 13, которые закручивают их в одном направлении, направляют в исходную точку реза на поверхность материала 19. Поток газа, вытекающий из сопла 3, оказывается охваченным кольцевым потоком газа, вытекающим из кольцевого сопла 13, который защищает поток газа, например кислорода, вытекающего из сопла 3, от подмешивания атмосферного воздуха и одновременно обжимает поток газа, вытекающий из сопла 3, формируя узконаправленную почти цилиндрическую струю. В результате скорость потока газа, вытекающего из сопла 3, становится повышенной с равномерным распределением по его сечению. Перемещают вихревые потоки газа, например кислорода, вместе с лазерным лучом относительно разрезаемого материала 19 и по заданной программе вырезают контур детали, при этом достигается хорошее качество поверхности реза. Преимущество предлагаемого технического решения по сравнению с известными аналогами заключается в повышении эффективности процесса резки, расширении номенклатуры получаемых изделий, уменьшении ширины реза и повышении качества реза, а также в увеличении ресурса работы устройства. При этом устройство имеет простую конструкцию и технологично в обслуживании. Заявляемое техническое решение пригодно к осуществлению промышленным способом с использованием существующей технологии производства. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует условию промышленная применимость. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 7