采用螺旋气流包裹约束水射流的水导激光加工装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种采用螺旋气流包裹约束水射流的水导激光加工装置，包括壳体、上座体和下座体，上座体和下座体均设于壳体中，且上座体和下座体之间形成液压腔，上座体中设有窗口透镜，下座体中设有喷嘴，且激光穿过窗口透镜并聚焦于喷嘴处，液压腔中的液体经由喷嘴喷出形成水射流，下座体中设有螺旋气流发生器，所述螺旋气流发生器内设有储气腔、螺旋气流发生腔和多个气体通道，螺旋气流发生腔设于储气腔中部，各个气体通道沿着圆周方向呈螺旋状分布且每个气体通道一端与所述螺旋气流发生腔相切、另一端与所述储气腔连通，水射流穿过所述螺旋气流发生腔。本发明专利技术可以产生螺旋气流包裹的水射流，能够有效降低加工过程中环境空气对水射流的干扰。水射流的干扰。水射流的干扰。

【技术实现步骤摘要】
采用螺旋气流包裹约束水射流的水导激光加工装置


[0001]本专利技术涉及水导激光加工领域，具体地说是一种采用螺旋气流包裹约束水射流的水导激光加工装置。

技术介绍

[0002]水导激光加工技术是一种新型激光加工技术，属于精密特种加工范畴，该技术使用稳定状态的水射流作为激光能量的载体，将激光能量限制在直径极细的稳态水射流内，利用水射流内极高的激光能量密度实现材料去除，但在加工过程中高速水射流与环境空气之间速度差大，会产生较大的粘性力，使水束稳定性降低，并使水导激光的有效加工距离变小。因此在水导激光加工过程中如何降低环境空气对水射流的影响对提高水射流的稳定性及加工能力有重要意义。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种采用螺旋气流包裹约束水射流的水导激光加工装置，可以产生螺旋气流包裹的水射流，能够有效降低加工过程中环境空气对水射流的干扰，提高加工过程中水射流的稳定性，进而大大提高水导激光加工距离与精度。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0005]一种采用螺旋气流包裹约束水射流的水导激光加工装置，包括壳体、上座体和下座体，上座体和下座体均设于壳体中，且上座体和下座体之间形成液压腔，上座体中设有窗口透镜，下座体中设有喷嘴，且激光穿过窗口透镜并聚焦于喷嘴处，液压腔中的液体经由喷嘴喷出形成水射流，所述下座体中设有螺旋气流发生器，所述螺旋气流发生器内设有储气腔、螺旋气流发生腔和多个气体通道，螺旋气流发生腔设于储气腔中部，各个气体通道沿着圆周方向呈螺旋状分布且每个气体通道一端与所述螺旋气流发生腔相切、另一端与所述储气腔连通，水射流穿过所述螺旋气流发生腔。
[0006]所述下座体一侧设有辅助气体接口，所述储气腔一侧设有进气口，且所述辅助气体接口通过充气通道与所述进气口连通。
[0007]所述气体通道截面为正方形。
[0008]所述液压腔一侧设有高压水接口。
[0009]本专利技术的优点与积极效果为：
[0010]1、本专利技术中的螺旋气流发生器能够形成螺旋辅助气流包裹水射流，从而防止环境空气进入影响水射流，有效降低加工过程中环境空气对水射流的干扰，提高加工过程中水射流的稳定性，进而大大提高水导激光加工距离与精度。
[0011]2、本专利技术螺旋气流发生器产生的螺旋包裹气流能够吹散加工过程中形成的残渣，使残渣被快速排离加工部位，防止残渣堆积导致水导激光加工效率下降。
[0012]3、本专利技术产生的螺旋包裹气流所采用的辅助气体可以隔绝材料与空气接触，从而减少加工过程中材料与空气发生氧化反应的情况，进而减少重铸层，提高加工质量。
附图说明
[0013]图1为本专利技术的结构示意图，
[0014]图2为图1中的A
‑
A视图。
[0015]其中，1为壳体，2为窗口透镜，3为激光，4为上座体，5为高压水接口，6为液压腔，7为喷嘴，8为下座体，9为螺旋气流发生器，10为水射流，11为辅助气体接口，12为储气腔，13为气体通道，14为螺旋气流发生腔，15为进气口。
具体实施方式
[0016]下面结合附图对本专利技术作进一步详述。
[0017]如图1～2所示，本专利技术包括壳体1、上座体4和下座体8，所述上座体4和下座体8均设于壳体1中，且上座体4和下座体8之间形成液压腔6，上座体4中设有窗口透镜2，下座体8中设有喷嘴7和螺旋气流发生器9，激光3通过外部聚焦透镜聚焦后穿过所述窗口透镜2并聚焦于所述喷嘴7处，液压腔6中的液体经由所述喷嘴7形成水射流10，且激光3沿着所述水射流10传播形成用于加工的水导激光，如图2所示，所述螺旋气流发生器9内设有储气腔12、螺旋气流发生腔14和多个气体通道13，其中螺旋气流发生腔14设于储气腔12中部，各个气体通道13沿着圆周方向呈螺旋状分布且每个气体通道13一端与所述螺旋气流发生腔14相切、另一端与所述储气腔12连通，水射流10穿过所述螺旋气流发生腔14。本专利技术工作时，气体沿着各个气体通道13进入螺旋气流发生腔14中形成螺旋辅助气流，水射流10在螺旋辅助气流的包裹下从螺旋气流发生器9的末端喷出，从而防止环境空气进入水射流10，有效降低加工过程中环境空气对水射流10的干扰作用，提高了加工过程中水射流10的稳定性，进而大大提高水导激光加工距离与精度。
[0018]如图1所示，所述下座体8一侧设有辅助气体接口11用于充入辅助气体，如图2所示，所述螺旋气流发生器9的储气腔12一侧设有进气口15，且所述辅助气体接口11通过充气通道与所述进气口15连通。所述辅助气体接口11直径取值范围为10～200mm，所述辅助气体接口11接入的气体流量取值范围为0.1～50L/min，气体密度取值范围为0.1g/L～2g/L，气体纯度取值范围为80％～99.99％，螺旋气流发生器9内可通入的气体包括氢气、氦气、氮气、氩气等，本实施例中通入的气体为氦气，密度为0.15g/L，纯度为95％。
[0019]所述气体通道13截面为正方形，且正方形边长长度取值范围为0.1～10mm，本实施例中，所述气体通道13的正方形截面的边长为5mm。
[0020]所述螺旋气流发生器9内的气体通道13数量为2～10个，如图2所示，本实施例中气体通道13的数量为4个。
[0021]如图1所示，在液压腔6一侧设有高压水接口5用于充入高压液体，所述高压水接口5直径取值范围为10～200mm。
[0022]所述喷嘴7中孔直径取值范围为50～300μm。
[0023]本专利技术的工作原理为：
[0024]本专利技术工作时，激光3被外部聚焦透镜聚焦后穿过窗口透镜2后聚焦于喷嘴7处，液压腔6侧壁开有高压水接口5充入高压液体，并且液压腔6中的高压液体经由所述喷嘴7喷出形成水射流10，激光3沿着所述水射流10传播形成用于加工的水导激光，当水射流10经过螺旋气流发生器9内的螺旋气流发生腔14时，所述储气腔12内的气体沿着各个气体通道13流
入螺旋气流发生腔14中，并且由于各个气体通道13呈螺旋状分布且均与所述螺旋气流发生腔14相切，这样气体便形成螺旋状的辅助气流将水射流10包裹并从螺旋气流发生器9的末端喷出，从而可以防止周围空气进入影响水射流6，提高了加工过程中水射流10的稳定性，进而大大提高水导激光加工距离与精度。此外本专利技术的螺旋包裹气流所采用的辅助气体一方面能够吹散加工过程中形成的残渣，使残渣被快速排离加工部位，防止残渣堆积导致水导激光加工效率下降，另一方面可以隔绝材料与空气接触，减少加工过程中材料与空气发生氧化反应的情况，从而减少重铸层，提高加工质量。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用螺旋气流包裹约束水射流的水导激光加工装置，包括壳体、上座体和下座体，上座体和下座体均设于壳体中，且上座体和下座体之间形成液压腔，上座体中设有窗口透镜，下座体中设有喷嘴，且激光穿过窗口透镜并聚焦于喷嘴处，液压腔中的液体经由喷嘴喷出形成水射流，其特征在于：所述下座体(8)中设有螺旋气流发生器(9)，所述螺旋气流发生器(9)内设有储气腔(12)、螺旋气流发生腔(14)和多个气体通道(13)，螺旋气流发生腔(14)设于储气腔(12)中部，各个气体通道(13)沿着圆周方向呈螺旋状分布且每个气体通道(13)一端与所述螺旋气流发生腔(14)相切、另一端与...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔红超，梁金盛，赵吉宾，曹治赫，滕啸天，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳自动化研究所，
类型：发明
国别省市：