УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ МАТЕРИАЛОВ

Полезная модель устройства относится к технологии лазерной обработки материалов, в частности, к устройствам для лазерной резки металла толщиной более 10 мм.
Известно устройство формирования струи для лазерной резки "Устройство формирования струи для лазерной резки" (патент RU 2121912, публ. 20.11.98, МПК 6 В23К 26/14), заключающееся в формировании газовой струи камерой с передней и задней стенками, резкого ее разворота в выходных отверстиях сопла и разделения на две противоположно направленные струи кругового сечения, одна из которых направлена на поверхность обрабатываемой детали.
Недостатком аналога является то, что получаемая струя газа имеет малую эффективность при резке металла толщиной более 10 мм.
Наиболее близким по технической сущности к предполагаемой полезной модели является устройство для газолазерной резки "Способ газолазерной резки и устройство для его осуществления" (А.С. №1361850, публ. от 20.09.96, Б.И. 26 МПК 6 В23К 26/00), состоящее из фокусирующего объектива, корпуса, конического патрубка для прохода лазерного излучения с заданным апертурным углом и втулки с рабочим соплом, установленной коаксиально патрубку и с зазором относительно него с возможностью формирования сверхзвукового газового потока с заданным соотношением площадей рабочего сопла и кольцевого зазора с образованием полости, открытой со стороны торцовой поверхности, в котором боковые стенки втулки выполнены наклонными к оптической оси объектива под углом, превышающим апертурный угол не более, чем на 10°, а отношение площадей рабочего сопла и срезов сопел в кольцевом зазоре равно 1,05-10.
Недостатком устройства является то, что получаемый газовый поток после выхода из рабочего сопла расширяется и теряет свою энергию, следствием чего является малая эффективность устройства при резке металла толщиной более 10 мм.
Решаемой задачей предполагаемой полезной модели является повышение эффективности устройства за счет превращения газового потока в газовый вихрь, концентрирующий в себе энергию окружающей среды.
Технический результат данной полезной модели заключается в повышении кпд газового потока за счет придания ему центробежной составляющей скорости и превращении его в вихрь.
Для этого в устройстве для газолазерной резки, содержащем фокусирующий объектив, корпус, конический патрубок для прохода лазерного излучения с заданным апертурным углом и втулку с рабочим соплом и боковыми стенками, выполненными в виде конуса и наклоненными к оптической оси объектива, установленную коаксиально патрубку и с зазором относительно него, в корпус введена канавка с образованием
полости для распределения газа по отверстиям во втулке, а во втулке выполнены отверстия, оси которых расположены под углом к касательной к окружности в сечении конуса втулки, расположенном по нормали к оси конуса, с возможностью придания потоку газа центробежной составляющей скорости и превращению его в вихрь.
Для пояснения технической сущности предполагаемой полезной модели рассмотрим чертеж:
на фиг.1 приведен чертеж устройства,
где:
1 - Фокусирующий объектив
2 - Корпус
3 - Конический патрубок
4 - Втулка
5 - Отверстия
6 - Полость
7 - Зона реза
Данное устройство работает следующим образом:
Газ подается в кольцевую полость 6, где распределяется по отверстиям 5 и, попадая в зазор между коническим патрубком 3 и втулкой 4, получает центробежную составляющую скорости, получая вихревой поток. Из зазора вихревой поток направляется в зону реза и воздействует на материал.
Преимуществом заявляемой полезной модели по сравнению с известными аналогами является повышенная эффективность благодаря отверстиям, расположенным во втулке, оси которых расположены под углом к касательной к окружности в сечении конуса втулки, расположенном по нормали к оси конуса, которые придают потоку газа центробежную составляющую, обеспечивая высокую плотность потока. Высокая плотность обусловлена вихревой структурой потока. Элемент газа, находящийся на внешней стороне вихря, стремится под действием внутреннего давления и центробежной силы оторваться, этому препятствует внешнее давление. Если внутренние силы превышают внешние, элемент газа отрывается от вихря, так как для газа никаких препятствий к тому нет. Сумма внутренних сил оставшегося в стенках газа меньше внешних или равна им. Последнее состояние является неустойчивым. Сжатие тела вихря давлением окружающей среды вызывает увеличение скорости вращения, причем внутреннее давление при этом падает, так что равновесие остается неустойчивым и вихрь продолжает сжиматься. Таким образом, газовый вихрь концентрирует в себе энергию окружающей среды, увеличивая проникающую способность газового потока, повышая эффективность устройства.