Conception de buse de machine de découpe laser

Conception de la buse et technologie de contrôle du flux d'air : lors de la découpe laser de l'acier, de l'oxygène et un faisceau laser focalisé sont projetés à travers la buse sur le matériau à découper, formant ainsi un faisceau de flux d'air. L'exigence de base du flux d'air est que le flux de gaz dans l'incision doit être important et la vitesse doit être élevée, de sorte qu'une oxydation suffisante puisse provoquer une réaction complètement exothermique du matériau d'incision ; en même temps, il y a suffisamment d'élan pour souffler le matériau en fusion. Par conséquent, en plus de la qualité du faisceau et de son contrôle qui affectent directement la qualité de la découpe, la conception de la buse et le contrôle du flux d'air (comme la pression de la buse, la position de la pièce dans le flux d'air, etc.) sont également des facteurs très importants.
La buse utilisée pour la découpe au laser adopte une structure simple, c'est-à-dire un trou conique avec un petit trou rond à l'extrémité (Figure 4). Elle est généralement conçue par l'expérience et l'erreur. Comme la buse est généralement en cuivre et de petite taille, c'est une pièce vulnérable et doit être remplacée fréquemment, de sorte que le calcul et l'analyse de la dynamique des fluides ne sont pas effectués. Lors de l'utilisation depuis le côté de la buse à travers une certaine pression Pn (pression manométrique Pg) de gaz, appelée pression de la buse, depuis la sortie de la buse, après une certaine distance jusqu'à la surface de la pièce, la pression est appelée pression de coupe Pc, et enfin la détente du gaz à la pression atmosphérique Pa. Les travaux de recherche montrent qu'avec l'augmentation de Pn, la vitesse du flux d'air augmente et que Pc augmente également.
On peut le calculer par la formule suivante : V=8.2d2(Pg+1)
V- Débit de gaz L/min
d- Diamètre de la buse mm
Pg- Pression de buse (pression manométrique) bar
Français Il existe différents seuils de pression pour différents gaz, lorsque la pression de la buse dépasse cette valeur, le flux de gaz est une onde de choc oblique normale et le débit de gaz passe de subsonique à supersonique. Ce seuil est lié au rapport de Pn et Pa et au degré de liberté (n) des molécules de gaz : par exemple, n=5 d'oxygène et d'air, donc son seuil Pn=1bar×(1,2)3.5=1.89bar. Lorsque la pression de la buse est supérieure à Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2 (Pn ; 4 bar), l'onde de choc inclinée normale du flux d'air devient une onde de choc positive, la pression de coupe Pc diminue, la vitesse du flux d'air diminue et le courant de Foucault se forme à la surface de la pièce, ce qui affaiblit l'effet du flux d'air retirant le matériau en fusion et affecte la vitesse de coupe. Par conséquent, la buse avec un trou conique avec un petit trou rond à l'extrémité est utilisée, et la pression de la buse de l'oxygène est souvent inférieure à 3 bars.
Afin d'améliorer encore la vitesse de découpe laser, une buse de type écaille, la buse Laval, peut être conçue et fabriquée selon le principe de l'aérodynamique, sans produire d'onde de choc positive sous réserve d'augmenter la pression de la buse. La structure illustrée sur la figure 4 peut être utilisée pour faciliter la fabrication. Le Centre Laser de l'Université de Hanovre, en Allemagne, a utilisé un laser 500WCO2 avec une distance focale de lentille de 2,5", et a effectué des tests avec une buse à sténopé et une buse Laval, respectivement, comme le montre la Figure 4. Les résultats des tests sont présentés dans la Figure 5, qui représentent respectivement la relation fonctionnelle entre la rugosité de la surface d'incision Rz et la vitesse de coupe Vc des buses NO2, NO4 et NO5 sous différentes pressions d'oxygène. On peut voir sur la figure que la vitesse de coupe de la buse à petit trou NO2 ne peut atteindre que 2,75 m/min lorsque Pn est de 400 Kpa (ou 4 bar) (l'épaisseur de la plaque d'acier au carbone est de 2 mm). La vitesse de coupe des buses Laval NO4 et NO5 peut atteindre 3,5 m/min et 5,5 m/min lorsque Pn est de 500 Kpa à 600 Kpa. Il convient de noter que la pression de coupe Pc est fonction de la distance entre la pièce et la buse. Parce que l'onde de choc oblique est réfléchie plusieurs fois à la limite de le débit de gaz, la pression de coupe change périodiquement.
Français La première zone de pression de coupe élevée est proche de la sortie de la buse, la distance entre la surface de la pièce et la sortie de la buse est d'environ 0,5~1,5 mm, et la pression de coupe Pc est grande et stable, ce qui est le paramètre de processus couramment utilisé dans la production industrielle. La deuxième zone de pression de coupe la plus élevée est d'environ 3~3,5 mm de la sortie de la buse, et la pression de coupe Pc est également grande, ce qui permet également d'obtenir de bons résultats, et est propice à la protection de la lentille et à l'amélioration de sa durée de vie. Les autres zones de pression de coupe élevée sur la courbe ne peuvent pas être utilisées car elles sont trop éloignées de la sortie de la buse pour correspondre au faisceau focalisé.