Design duze pentru mașină de tăiat cu laser

Designul duzei și tehnologia de control al fluxului de aer: Când tăiați cu laser oțelul, oxigenul și raza laser focalizată sunt aruncate prin duză către materialul de tăiat, formând astfel un fascicul de flux de aer. Cerința de bază a fluxului de aer este ca fluxul de gaz în incizie să fie mare, iar viteza să fie mare, astfel încât o oxidare suficientă să poată face materialul de incizie o reacție complet exotermă; În același timp, există suficient impuls pentru a sufla materialul topit afară. Prin urmare, pe lângă calitatea fasciculului și controlul acestuia afectează direct calitatea tăierii, designul duzei și controlul fluxului de aer (cum ar fi presiunea duzei, poziția piesei de prelucrat în fluxul de aer etc.) sunt de asemenea factori foarte importanți.
Duza utilizată pentru tăierea cu laser adoptă o structură simplă, adică o gaură conică cu o mică gaură rotundă la capăt (Figura 4). De obicei, este proiectat prin experiment și eroare. Deoarece duza este în general realizată din cupru, de dimensiuni mici, este o piesă vulnerabilă și trebuie înlocuită frecvent, astfel încât calculul și analiza dinamicii fluidelor nu sunt efectuate. În utilizare din partea laterală a duzei printr-o anumită presiune Pn (presiunea manometrică Pg) gaz, numită presiune duză, de la ieșirea duzei, după o anumită distanță până la suprafața piesei de prelucrat, presiunea se numește presiune de tăiere Pc și, în final expansiunea gazului la presiunea atmosferică Pa. Lucrările de cercetare arată că odată cu creșterea lui Pn, viteza fluxului de aer crește, iar Pc crește și el.
Acesta poate fi calculat prin următoarea formulă: V=8.2d2(Pg+1)
V- Debit gaz L/min
d- Diametru duză mm
Pg- Presiunea duzei (presiunea manometrică) bar
Există diferite praguri de presiune pentru diferite gaze, când presiunea duzei depășește această valoare, debitul de gaz este o undă de șoc oblică normală, iar debitul de gaz trece de la subsonic la supersonic. Acest prag este legat de raportul dintre Pn și Pa și de gradul de libertate (n) al moleculelor de gaz: de exemplu, n=5 de oxigen și aer, deci pragul său Pn=1bar×(1,2) )3.5=1.89bar. Când presiunea duzei este mai mare Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2 (Pn; 4bar), unda de șoc înclinată normală a fluxului de aer devine un șoc pozitiv val, presiunea de tăiere Pc scade, viteza fluxului de aer scade și se formează curent turbionar pe suprafața piesei de prelucrat, ceea ce slăbește efectul fluxului de aer de îndepărtare a materialului topit și afectează viteza de tăiere. Prin urmare, se folosește duza cu o gaură conică cu o mică gaură rotundă la capăt, iar presiunea oxigenului în duză este adesea sub 3 bar.
Pentru a îmbunătăți și mai mult viteza de tăiere cu laser, o duză de tip scară, duza Laval, poate fi proiectată și fabricată conform principiului aerodinamicii, fără a produce o undă de șoc pozitivă sub premisa creșterii presiunii duzei. Structura prezentată în figura 4 poate fi utilizată pentru confortul producției. Centrul Laser al Universității din Hanovra, Germania, a folosit un laser de 500 WCO2 cu o distanță focală a lentilei de 2,5 inchi și a efectuat teste cu o duză cu orificiu de unghi și, respectiv, o duză Laval, așa cum se arată în Figura 4. Rezultatele testului sunt prezentate. în Figura 5, care reprezintă, respectiv, relația funcțională dintre rugozitatea suprafeței de incizie Rz și viteza de tăiere Vc a duzelor NO2, NO4 și NO5 sub diferite presiuni de oxigen 2,75 m/min când Pn este de 400 Kpa (sau 4 bari) (grosimea plăcii de oțel carbon este de 2 mm Viteza de tăiere a duzelor NO4 și NO5 Laval poate atinge 3,5 m/min și 5,5 m/min când Pn este de 500 Kpa la 600 Kpa). Trebuie remarcat faptul că presiunea de tăiere Pc este o funcție a distanței dintre piesa de prelucrat și duză Deoarece unda de șoc oblică este reflectată de multe ori la limita fluxului de gaz, presiunea de tăiere se modifică periodic.
Prima zonă cu presiune mare de tăiere este aproape de orificiul de evacuare a duzei, distanța dintre suprafața piesei de prelucrat și orificiul de evacuare a duzei este de aproximativ 0.5~1,5 mm, iar presiunea de tăiere Pc este mare și stabilă, care este procesul parametru utilizat în mod obișnuit în producția industrială. A doua cea mai mare zonă de presiune de tăiere este de aproximativ 3 ~ 3,5 mm din ieșirea duzei, iar presiunea de tăiere Pc este, de asemenea, mare, ceea ce poate obține, de asemenea, rezultate bune și este propice pentru protejarea lentilei și îmbunătățirea duratei de viață a acestuia. Alte zone cu presiune mare de tăiere de pe curbă nu pot fi utilizate deoarece sunt prea departe de orificiul de evacuare a duzei pentru a se potrivi cu fasciculul focalizat.