一种气液复合射流辅助激光加工冷却系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种气液复合射流辅助激光加工冷却系统及方法，包括光传输系统、固定调节系统、气液复合射流冷却系统，所述光传输系统中组合使用聚焦透镜和自聚焦镜，喷嘴固定在喷嘴固定板，喷嘴固定板安装在环形滑轨，环形滑轨通过螺纹与激光头同轴连接，由多个液体喷嘴和一个气体喷嘴组成气液复合且均可任意调节角度、位置，气体束作用在激光辐照区域，液体束作用在激光辐照边缘，通过调整液体束和气体束的位置可实现多角度、多方位冷却辅助激光加工。本发明专利技术提出一种气液复合射流辅助激光加工冷却系统及方法，可实现更小的激光光斑直径，气液复合冷却在一定程度上实现低损伤加工和高效率加工并存，以简易的装置满足不同环境的加工需要。加工需要。

A cooling system and method of gas-liquid composite jet assisted laser processing

【技术实现步骤摘要】
一种气液复合射流辅助激光加工冷却系统及方法


[0001]本专利技术属于激光复合加工
，具体涉及一种气液复合射流辅助激光加工冷却系统及方法。

技术介绍

[0002]激光加工技术具有加工效率高、加工质量高、无刀具磨损、自动化程度高且具有柔性加工的特点被广泛应用在材料加工领域，尤其是硬脆性材料的加工。然而，由于激光加工主要是依靠热效应实现材料的去除，所以在加工过程中材料存在一定的热损伤、重铸层，这将严重影响产品的力学性能。为此，衍生出了激光复合加工技术。激光复合加工技术是在激光加工的同时施加额外的冷却装置来辅助激光加工，比如，旁轴水射流辅助激光加工、水射流引导激光、同轴气体辅助激光加工、旁轴气体辅助激光加工等。
[0003]由于施加的辅助装置能够有效的冷却加工过程中产生的残余热量，所以材料热损伤得到了控制。但随着对产品精度要求的逐渐提高，这使得对激光复合加工技术提出了更高的要求。利用水射流等液体辅助激光时虽然降低了加工产生的热损伤。然而，由于水具有高效冷却，使得激光损失严重，大大降低了激光加工效率。利用气体辅助激光加工时虽然激光损失较小，提高了加工效率。但是，气体的冷却效果有限，热损伤的降低程度有限。因此，现有的冷却装置很难解决激光加工过程中低损伤加工和高效率加工并存的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术提出一种气液复合射流辅助激光加工冷却系统及方法，可以实现激光加工过程中低损伤加工和高效率加工并存，装置灵活可调，可用于不同方式的加工，并具有装置结构简单的优点。
[0005]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案解决上述问题。
[0006]一种气液复合射流辅助激光加工冷却系统，包括从上至下依次为光传输系统，固定调节系统和气液复合射流冷却系统。
[0007]所述的光传输系统由激光器、反射镜、聚焦透镜和自聚焦镜组成；所述反射镜以45
°
倾斜安装，其目的是改变激光传输方向；所述聚焦透镜位于反射镜下方，用于聚焦反射镜传输的激光束；所述自聚焦镜与聚焦透镜同轴安装，对激光束进行二次聚焦，可实现更小的激光光斑直径。
[0008]所述的固定调节系统由环形滑轨、锁止结构组成；所述的环形滑轨由环形轨道、轮辐和螺纹环组成，所述环形轨道用于安装、固定锁止结构，螺纹环与环形轨道用轮辐进行连接，螺纹环以螺纹的形式固定在激光头外部，使整个固定调节系统与激光头保持同轴，处于水平；所述锁止结构由调节手柄、喷嘴固定板和卡扣组成，所述调节手柄通过螺纹的方式可将卡扣与环形轨道固定、锁死，以此保证锁止结构与激光头保持相对静止；所述喷嘴固定板用于固定喷嘴，调节手柄通过螺纹可将喷嘴固定板固定于环形轨道，通过调节调节手柄可
以安装在环形轨道任意位置，以此可实现不同方位辅助加工。
[0009]所述的气液复合射流冷却系统由液体喷嘴和气体喷嘴组成，所述喷嘴以螺纹、焊接等方式直接固定于喷嘴固定板，可以通过调节调节手柄使喷嘴固定板旋转以实现角度调节，通过改变喷嘴固定板位置可实现不同方位调节；所述液体喷嘴为多个喷嘴组成，本专利所述以两个喷嘴为例，但不限于两个喷嘴；所述液体喷嘴可将液体喷射在激光辐照区域附近，可通过替换不同液体喷嘴直径实现不同直径的液体束；所述气体喷嘴的直径极小，仅将气体喷射在激光辐照区域，使激光辐照区域始终保持干燥，避免对液体累积对激光造成较大的损失。
[0010]上述方案中，将传统的单独气体辅助和单独液体辅助激光加工的优点结合，实现气体与液体复合来辅助激光加工，结合气体对激光损失少和液体强大的冷却效果对加工区域进行及时、有效的冷却，同时减少对激光能量的损失。采用极小的气体喷嘴仅对激光辐照区域进行吹气，可使激光辐照区域保持干燥，减少液体对激光的损失，同时气体也可对加工区域进行冷却。采用多个液体喷嘴从不同方向对激光辐照区域边缘进行冷却，可实现较为全面的冷却古额，弥补传统单个液体辅助对某些位置不能冷却的现象。环形滑轨安装喷嘴，可根据实际加工需要任意调节喷嘴的作用位置；通过调节喷嘴固定板的角度还可以实现喷嘴的角度实现，满足更多的加工环境需求。将传统的聚焦改为二次聚焦，结合聚焦透镜与自聚焦镜，可实现更小的激光光斑直径。
[0011]一种气液复合射流辅助激光加工方法，包括以下步骤：S1：打开不同角度分布的液体喷嘴，将液体以一定角度喷射在激光辐照区域边缘；S2：打开气体喷嘴，将气体束以一定角度喷射在激光辐照区域，避免激光辐照区域内有液体存在；S3：打开激光器，激光发射激光束经过光传输系统，以更小光斑直径辐照在待加工工件表面进行加工；S4：根据实际加工需要调节液体、气体作用位置、角度以及方式。
[0012]本专利技术具备以下有益效果：1、本专利技术所述一种气液复合射流辅助激光加工冷却系统，采用两个液体喷嘴组成，分别以不同角度将液体束喷射在激光辐照区域边缘，实行有效冷却，实现低损伤加工；同时采用直径极小的气体束驱逐激光辐照区域的液体，减少液体对激光的散射、损失，实现高效率加工；两者结合可在一定程度上实现低损伤加工和高效率加工并存。
[0013]2、本专利技术所述一种气液复合射流辅助激光加工冷却系统，采用聚焦透镜对激光束进行第一次聚焦，采用自聚焦镜对激光束进行二次聚焦，经过自聚焦镜聚焦后的激光光斑直径更小，提高激光能量密度，减少辐照面积，提高加工质量和加工效率。
[0014]3、本专利技术所述一种气液复合射流辅助激光加工冷却系统，可根据实际加工需求调节冷却物质作用位置，实现多角度、多方位冷却辅助激光加工；同时调节喷嘴开关，可实现单独气体辅助激光加工、单独液体辅助激光加工、双液体辅助激光加工以及气液复合辅助激光加工，以简易的装置满足不同环境的加工需要。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现
有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
[0016]图1为本申请具体实施方式气液复合射流辅助激光加工系统。
[0017]图2为本申请具体实施方式锁止结构。
[0018]图3为本申请具体实施方式环形滑轨。
[0019]图4为本申请具体实施方式液体束作用在激光束两侧的示意图。
[0020]图5为本申请具体实施方式液体束作用在激光束前后的示意图。
[0021]图中各附图标记说明如下:（1）待加工工件，（2）、（17）液体束，（3）、（16）液体喷嘴，（4）、（9）、（15）调节手柄，（5）、（10）、（14）喷嘴固定板，（6）环形滑轨，（7）气体束，（8）气体喷嘴，（11）反射镜，（12）激光束，（13）激光器，（18）聚焦透镜，（19）自聚焦镜，（61）环形轨道，（62）环形滑轨轮辐，（63）螺纹环，（41）卡扣。
具体实施方式
[0022]下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
[0023]本实施例所述的一种气液复合射流辅助激光加工冷却系统，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种气液复合射流辅助激光加工冷却系统，包括光传输系统、固定调节系统、气液复合射流冷却系统；所述光传输系统包括（11）反射镜，（13）激光器，（18）聚焦透镜，（19）自聚焦镜；（13）激光器发射的（12）激光束经过（11）反射镜改变传播方向为竖直向下，在经过（18）聚焦透镜进行一次聚焦，聚焦后的激光束再次经过（19）自聚焦镜进行二次聚焦，最后辐照在（1）待加工工件表面；所述固定调节系统由（6）环形滑轨、锁止结构组成；（6）环形滑轨由环形轨道、轮辐和螺纹环组成，螺纹环与环形轨道用轮辐进行连接，螺纹环以螺纹的形式固定在激光头外部；所述锁止结构由（4）、（9）、（15）调节手柄换、（5）、（10）、（14）喷嘴固定板和（41）卡扣组成，所述（4）、（9）、（15）调节手柄通过螺纹的方式可将（41）卡扣与（61）环形轨道固定、锁死；所述（5）、（10）、（14）喷嘴固定板用于固定（3）、（8）、（16）喷嘴，（4）、（9）、（15）调节手柄通过螺纹可将（5）、（10）、（14）喷嘴固定板固定于（61）环形轨道，通过调节（4）、（9）、（15）调节手柄可以安装在（61）环形轨道任意位置；所述气液复合射流冷却系统由（2）、（17）液体束和（7）气体束组成；（2）、（17）液体束的作用区域为非激光光斑辐照区域且在激光辐照区域边缘；（7）气体束的作用区域为激光光斑作用位置，气体束的直径极小。2.根据权利要求1所述的一种气液复合射流辅助激光加工冷却系统，其特征在于：所述的光传输系统结合（18）聚焦透镜和（19）自聚焦镜进行二次聚焦，实现更小直径的激光光斑。3.根据权利要求1所述的一种气液复合射流辅助激光加工冷却系统，其特征在于：所述气液冷却系统通过（6）环形滑轨以螺纹固定的形式与激光头同轴。4.根据权利要求1所述的一种气液复合射流辅助激光加工冷却系统，其特征在于：所述（3）、（8）、（16）喷嘴固定在（5）、（10）、（14）喷嘴固定板，（5）、（10）、（14）喷嘴固定板可通过（4）、（9）、（15）调节手柄使（...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙芋宏，周辽，张炳涛，黄平，张振杰，张光辉，焦辉，黄宇星，周嘉，蔺泽，赵臻，李兆艳，徐榕蔚，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：