用于切割由板狀材料構成的金屬工件的方法和裝置的制造方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于以激光燃燒切割過程從板狀材料(7)切割金屬工件(16)的方法，其中，帶有氧氣過程氣體射流(22)的激光射線(6)通過加工頭(4)上的切割噴嘴(20)對準并刺入板狀材料(7)上的加工地點(B)，使帶有氧氣過程氣體射流(22)的激光射線(6)在板狀材料(7)上運動，形成連貫的切割縫隙(9)并使工件(16)在形成剩余格柵(8)的情況下從板狀材料(7)分離出，在切割過程期間至少暫時將與氧氣過程氣體(10)不同的外來氣體(14)輸入給加工地點(B)，并且輸入外來氣體的持續時間期間在切割縫隙(9)中形成熔渣，熔渣留在切割縫隙(9)中并至少部分地封閉切割縫隙，使得切割出的工件(16)保持在剩余格柵(8)中。本發明還涉及一種用于實施該方法的激光切割機。
【專利說明】
用于切割由板狀材料構成的金屬工件的方法和裝置
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于以激光燃燒切割過程來切割由板狀材料構成的金屬工件的方法，其中，帶有氧氣過程氣體射流的激光射線通過激光切割機的加工頭上的切割噴嘴對準工件上的加工地點并且刺入，并且使帶有氧氣過程氣體射流的該激光射線在工件上運動，使得形成貫通的切割縫隙，并且在形成剩余格柵的情況下將工件由板狀材料中切割出來。本發明還涉及一種適用于實施所述方法的激光切割機。
【背景技術】
[0002]對于板狀材料在本申請的意義上也理解為具有比寬度大的延伸尺度的三維成型材料，在激光切割板狀材料時，切割出來的部分會由于其幾何形狀或者由于工件支座的支撐不夠而傾翻。這導致增大了加工頭的碰撞風險以及降低了切割結束時的切割質量并且使切割后的板狀材料、即至少一個工件和所形成的剩余格柵的自動卸料變得困難。
[0003]為了避免切割后的工件在剩余格柵中傾翻，已知的是，不完全結束輪廓的切割，而是留出一個橋接條(所謂微連接)，該橋接條使工件與剩余格柵連接。替換地，可以事后借助短的激光脈沖再焊接切割縫隙(所謂微焊)。通常在將板狀材料從激光切割機卸料之后，微連接或微焊在分開過程步驟中被分離開。這可以通過手工折斷、振動或者也可以通過新的激光切割過程來實現。這些方法的缺點在于，至少在機械地分離微連接或微焊時在切割棱邊上留下了可見的痕跡。
[0004]因此，在W0201009776IAl中替換地提出，通過加入膠粘劑將切割出的工件固定在剩余格柵中，因為接下來可以將膠粘劑更容易地并且無殘留地去除。此外，例如由JPH03138027A公開，切割出的工件借助膠帶保持在剩余格柵中。
[0005]由DE4131650C2公開了一種用于線材侵蝕的方法，其中，通過有針對性地影響侵蝕參數這樣改變侵蝕過程，使得引入在侵蝕間隙中引起沉積的物理化學過程。該沉積可以這樣產生:使得沉積物將切割后的工件保持在剩余格柵中。在此，沉積物來自于侵蝕線材的線材材料。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于，提供一種用于激光燃燒切割的簡單方法，以阻止切割出的工件在剩余格柵(剩余工件)中傾翻。
[0007]本發明所基于的目的通過一種方法實現，在該方法中，在切割過程期間，有針對性地至少暫時將與過程氣體氧氣不同的外來氣體輸送給加工地點，并且在輸入外來氣體的持續時間期間在切割縫隙中形成熔渣，這些熔渣至少部分地留在切割縫隙中并且封閉該切割縫隙，由此將切割出的工件保持在剩余格柵(剩余工件)中。通過根據本發明的方法，既不需要微連接，也不需要微焊，用于將切割出的工件在不傾翻的情況下固定至剩余格柵。這具有的優點是，切割出的工件可輕易松脫地保持在剩余格柵中并且可以僅用小的力作用即可從剩余格柵松脫。因此，在將工件從剩余格柵分離后在工件的切割棱邊上不留下附著物印記或殘留物。根據本發明認識到，與迄今的向激光燃燒切割引入盡可能高純度的氧氣的做法相反，通過將外來氣體混合到過程氣體中，可以有針對性地為了在切割縫隙中形成熔渣而影響過程地點或者說加工地點上的氧化條件，使得形成的熔渣留在切割縫隙中并且使斷割出的工件保持在剩余格柵中。通過殘留的熔渣至少部分地填充切割縫隙，構成至少一個橋接條，通過所述橋接條使工件無傾翻地保持在剩余格柵上。
[0008]優選，這樣選擇或適配加工參數(主要為氣壓、外來氣體量和激光功率):使得從激光射線在切割縫隙中從優選板狀的材料出來的射出側開始并且僅在切割縫隙的部分高度上延伸地形成由熔渣構成的橋接條。也就是說，加工參數的選擇使得僅在切割棱邊的下部區域中產生熔渣。由此，以后的工件折斷更容易并且在切割棱邊上不留下可見的印跡，因為切割棱邊上的典型氧化層在切割棱邊的下部區域中最厚并且最容易松脫。
[0009]優選，在加工頭移動運動以產生切割縫隙期間，通過輸入外來氣體的持續時間來確定在切割縫隙中由熔渣形成的橋接條的長度。由此可以根據板材料的厚度和/或工件的大小來確定橋接條的長度，以確保切割后的工件在剩余格柵中的充分固定，使得能夠簡單地從加工機卸料。優選，外來氣體的輸入在預定時間間隔內進行或者持續地進行。由此可以確定由熔渣構成的橋接條的長度。在此，在切割薄的工件時與在切割較大厚度的工件時相比以更短的持續時間進行外來氣體的混入并且僅形成短小的熔渣橋接條。在較小厚度的小工件中一個單個的殘留物橋接條就可以足夠。在較厚的工件中產生更多或更長的殘留物橋接條，以施加更大的保持力。
[0010]在激光燃燒切割時，與激光射線平行或者同軸地通過加工頭上的切割噴嘴輸出過程氣體射流。使用高純度的氧氣作為過程氣體，以形成過程氣體射流。外來氣體的輸入導致有針對性地污染過程氣體射流，由此改變過程地點上的氧化條件并引起熔渣形成。優選使用氮氣、氮-氧混合氣(例如壓縮空氣)、氫氣或惰性氣體作為外來氣體。通過選擇外來氣體也可以影響熔渣的強度，使得將工件可靠地保持在剩余格柵上并且同時確保在工件從剩余格柵脫模之后使熔渣無殘留地去除。
[0011]優選，輸入的外來氣體的含量少于輸入的過程氣體的百分之三、優選少于百分之一。極小的外來氣體良已足夠促進熔渣形成。為了盡可能無殘留地去除熔渣，外來氣體含量選擇得非常小。隨著外來氣體含量升高，熔渣的強度升高并且由此工件在剩余格柵中的保持力也升高，從而能夠通過計量外來氣體來控制保持力。因此，隨著工件厚度增大而增大外來空氣的配給量。
[0012]此外，外來氣體優選通過加工頭上的切割噴嘴或者通過對準加工地點的外來氣體噴嘴來輸入。由此可以在不影響激光燃燒切割的過程參數并且不影響激光射線輸入的情況下通過過程空氣射流來改變過程地點上的氧化條件。
[0013]此外，優選通過作用于剩余格柵或至少一個切割出的工件上的機械應力使由熔渣構成的橋接條松脫。由脆性的熔渣形成的橋接條在機械應力下容易剝落，從而沒有附加物印跡殘留在工件上。因而可以將剩余格柵與至少一個切割出的工件一起從激光切割機的工件支座或者從卸料站取出，然后才通過振動或者手工折斷使橋接條松脫。
【附圖說明】
[0014]本發明以及進一步的有利實施方式和實施方式的擴展方案在下面根據附圖中所示實例來詳細地描述和說明。可從說明書和附圖中得出的特征根據本發明可以各自單獨地或者多個任意組合地應用。附圖示出:
[0015]圖1激光加工機的示意圖，
[0016]圖2通過本發明方法用板狀材料制成的工件的示意圖，該工件通過由熔渣構成的橋接條保持在剩余格柵中，
[0017]圖3沿著圖2中線I1-1I的示意性剖視圖，
[0018]圖4帶有切割出的工件的剩余格柵在脫模時的示意性視圖和
[0019]圖5對準加工地點的、具有外來氣體的加工頭的示意性放大細節圖。
【具體實施方式】
[0020]圖1作為激光切割機I的實例示出用于激光燃燒切割的CO2激光切割機，該CO2激光切割機具有CO2激光源、加工頭4和工件支座5。由激光源2或者存在于激光源2中的諧振器產生的激光射線6借助于射束引導裝置3被從(未示出的)轉向鏡引導到加工頭4，并且在加工頭中聚焦以及借助于在圖1中同樣未以圖示出的反射鏡垂直于板狀材料7的表面8a定向。激光射線6的射束軸線(光軸)垂直于板狀材料7的表面8a延伸。激光射線與氧氣過程氣體射流22—起在過程地點B上作用于板狀材料7。替換地，激光切割機I可以具有固體激光器作為激光源，該固體激光器的射線借助于光導線纜被引導到激光加工頭。
[0021]為了對板狀材料7進行激光燃燒切割，用激光射線6在輸入作為過程氣體10的氧氣的情況下首先刺入，也就是說，使板狀材料7在一個部位上點狀熔化并且通過放熱反應而氧化。接著使激光射線6在板狀材料7上運動，從而產生連貫的切割縫隙9，在該切割縫隙上激光射線6切斷板狀材料，由此在剩余格柵8中產生至少一個切割出的工件16(圖2)。所述刺入以及所述激光燃燒切割都在作為過程氣體的氧氣的作用下進行。過程氣體射流22相對于激光射線6平行地或同軸地被輸入。為了激光燃燒切割，通常輸入盡可能高純度的、具有
0.4bar至5bar氣壓的氧氣作為過程氣體。
[0022]在刺入并且激光燃燒切割期間產生的顆粒和氣體可以借助于抽吸裝置11從抽吸室12吸走。
[0023]激光切割機I的操控通過機器控制裝置21進行，其中，機器控制裝置21控制刺入過程并且承擔激光切割機I的用于形成切割縫隙9的其它控制任務。機器控制裝置21與激光器控制裝置2a處于信號技術上的連接中，該激光器控制裝置典型地集成在激光源2中。
[0024]在產生切割縫隙9期間，至少暫時地將外來氣體14輸入給過程氣體氧氣。例如可以通過通到加工頭4的單獨的輸入管路15將外來氣體14輸入給加工頭4的切割噴嘴20。氮氣、氫氣、氮-氧混合氣(例如壓縮空氣)或者惰性氣體如氦氣或氬氣可以作為外來氣體被輸入。
[0025]通過至少暫時輸入外來氣體14給過程氣體10，加工地點B上的氧化條件發生改變，由此在切割縫隙9中實現有針對性的熔渣形成。過程氣體的小的污染物導致對切割質量的不良影響，該不良影響以切割縫隙9之中和之下的熔渣形成的形式表現。熔渣形成此時被利用，以便在切割縫隙9內部形成由在切割縫隙9中積聚的熔渣構成的一個或多個橋接條18。熔渣在切割縫隙9中不僅附著在剩余格柵8上而且附著在切割后的工件上，由此構成橋接條18 ο通過橋接條18使工件16保持在剩余格柵8中。
[0026]沿著切割縫隙9延伸的橋接條18的長度通過向過程氣體輸入外來氣體的持續時間來確定。由此可以例如沿著切割縫隙9形成多個橋接條18，這些橋接條的長度和/或間距可以通過外來氣體的輸入持續時間來確定。橋接條18的數量以及長度與切割縫隙9的寬度、板狀材料7的厚度和待切割工件的尺寸和幾何形狀有關，以確保用于切割出的工件16定位在剩余格柵8內所需的保持力。通過由熔渣構成橋接條18，可以相對于剩余格柵8防止松動地接收切割出的工件16，以阻止工件16在切割過程期間或者在卸料期間從剩余格柵8傾翻。
[0027]在圖3中示出沿著圖2中的線I1-1I的示意性剖面圖。由此得知切割縫隙9中的至少一個橋接條18的優選構型。橋接條18僅部分地在切割縫隙9的高度上或者說在特別是板狀的材料7的厚度上延伸。通過用激光射線6和/或氧氣過程氣體射流12和/或外來氣體射流14選擇和調整加工參數，熔渣可以從激光射線6從材料7出來的射出側起在切割縫隙9中生長。也就是說，橋接條18從被切割的材料7的下切割棱邊26向上朝向材料7的上切割棱邊27的方向生長。在此，由熔渣構成的橋接條18可以優選僅部分地在切割縫隙9的高度上延伸，由此，在將切割后的工件16從剩余格柵8脫模時橋接條18更容易松脫。
[0028]在向加工地點B輸入外來氣體期間，用于激光燃燒切割的其余過程參數例如切割速度、激光功率等可以有利地保持不變。
[0029]為了將切割后的工件16從剩余格柵8脫模，例如以機械應力作用于剩余格柵8和/或工件16上就足夠了，由此，如在圖4中所示，橋接條18剝落并且從切割縫隙9脫離。但至少橋接條18被破壞，使得能夠接下來簡單地從剩余格柵8取走切割出的工件16。
[0030]圖5中示出用于將外來氣體射流14輸入給過程氣體射流22的一個替換實施方式。在加工頭4上設置一個附加的外來氣體噴嘴24，通過該外來氣體噴嘴將外來氣體射流23輸送到加工地點B上，以改變加工地點B上的氧化條件。外來氣體射流23相對于激光射線6的射線方向Z成一個不等于0°或180°的角度α地傾斜輸入。機器控制裝置21激活外來氣體噴嘴24并且還操控壓力，外來氣體射流23以該壓力流向加工地點B。
【主權項】
1.用于在激光切割機(I)中通過激光燃燒切割過程從特別是板狀的材料(7)切割金屬工件(16)的方法， 其中，使帶有氧氣過程氣體射流(22)的激光射線(6)通過加工頭(4)上的切割噴嘴(20)對準并刺入板狀材料(7)上的加工地點(B)， 其中，使帶有氧氣過程氣體射流(22)的激光射線(6)在板狀材料(7)上運動，從而形成連貫的切割縫隙(9)并且在形成剩余格柵(8)的情況下從所述板狀材料(7)分割出工件(16)，其特征在于， 在切割過程期間至少暫時地將與氧氣過程氣體(10)不同的外來氣體(14)輸入給所述加工地點(B)，并且 在輸入所述外來氣體(14)的持續時間期間在所述切割縫隙(9)中形成熔渣，所述熔渣留在所述切割縫隙(9)中并且至少部分地封閉該切割縫隙，從而將切割出的所述工件(16)保持在所述剩余格柵(8)中。2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，使用于操控激光射線(6)、氧氣過程氣體射流(22)和/或外來氣體射流(14)的加工參數適配于要切割的材料(7)，使得從激光射線(6)在切割縫隙(9)中從要切割的材料(7)出來的射出側開始并僅在所述切割縫隙(9)的部分高度上延伸地形成由熔渣組成的橋接條(18)。3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述加工頭(4)移動運動期間，通過向所述加工地點(B)輸入外來氣體的持續時間來確定在所述切割縫隙(9)中由熔渣形成的橋接條(18)的長度，所述橋接條用于將切割出的工件(16)固定在剩余格柵(8)中。4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，將所述外來氣體(14)在預定時間間隔內或者持續地輸入給所述加工地點(B)。5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，輸入氮氣、氮-氧混合氣、氫氣或惰性氣體作為外來氣體(14)。6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，給由所述過程氣體(10)形成的過程氣體射流(22)輸入體積含量低于3%、特別是低于I %的外來氣體(14)。7.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述外來氣體(14)通過所述加工頭(4)上的切割噴嘴(20)或者通過對準所述加工地點(B)的外來氣體射流(23)從外來氣體噴嘴(24)輸入。8.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在從板狀材料(7)切割所述至少一個工件(16)后，將所述剩余格柵(8)連同通過熔渣保持在所述剩余格柵(8)中的至少一個工件(16) —起從所述激光切割機(I)取出。9.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過作用于所述剩余格柵(8)上或所述至少一個切割出的工件(16)上的機械應力使由熔渣形成的至少一個橋接條(18)松脫。10.激光切割機(I)，用于利用根據前述權利要求中任一項所述的方法從特別是板狀的材料(7)切割金屬工件(I 6 )，其中，所述激光切割機(I)構造用于，使激光射線(6)和氧氣過程氣體射流(22)通過布置在加工頭(4)上的切割噴嘴(20)對準所述板狀的材料(7)上的加工地點(B)，其特征在于， 所述激光切割機(I)具有用于將與氧氣過程氣體(10)不同的外來氣體(14)輸入給所述加工地點(B)的裝置(15，24)和 控制裝置(21)，所述控制裝置這樣控制所述外來氣體(14)的輸入持續時間和量，使得在切割縫隙(9)中形成熔渣，所述熔渣留在切割縫隙(9)中并且至少部分地封閉該切割縫隙，使得切割出的工件(16)被保持在剩余格柵(8)中。
【文檔編號】B23K26/14GK106041318SQ201610214353
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年4月7日 公開號201610214353.0, CN 106041318 A, CN 106041318A, CN 201610214353, CN-A-106041318, CN106041318 A, CN106041318A, CN201610214353, CN201610214353.0
【發明人】T·凱澤
【申請人】通快機床兩合公司