Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 10359
(13) U
(46) 2014.10.30
(51) МПК
B 23K 26/14 (2014.01)
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54) ЛАЗЕРНАЯ ОБРАБАТЫВАЮЩАЯ ГОЛОВКА
(21) Номер заявки: u 20140089
(22) 2014.03.06
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Гомельский государственный уни-
верситет имени Франциска Скори-
ны" (BY)
(72) Авторы: Баевич Георгий Александро-
вич; Мышковец Виктор Николаевич;
Максименко Александр Васильевич;
Усов Петр Петрович (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение обра-
зования "Гомельский государственный
университет имени Франциска Скори-
ны" (BY)
(57)
1. Лазерная обрабатывающая головка, содержащая кожух, выполненный в виде конус-
ного стакана, в котором соосно установлен корпус с фокусирующей линзой и размещен-
ным под ней защитным стеклом, выполненный в виде цилиндра, переходящего в конус, в
цилиндре которого выполнено не менее двух симметрично расположенных отверстий, при
этом конус корпуса образует внутреннее сопло для подачи газа соосно лучу лазера, ци-
линдрические поверхности кожуха и корпуса образуют распределительную кольцевую
камеру, в наружной стенке которой выполнено отверстие для входа газа, а конические по-
верхности кожуха и корпуса образуют внешнее сопло, выполненное с возможностью пе-
рекрытия, отличающаяся тем, что кожух выполнен с возможностью автоматического
перемещения или вручную вдоль оси корпуса до герметичного сопряжения внутренней
поверхности внешнего сопла с наружной поверхностью внутреннего сопла и фиксации в
заданном рабочем положении дополнительным силовым узлом или элементом фиксации,
отверстия в цилиндре корпуса выполнены с диаметром 1,5-2,0 мм, при этом их суммарная
площадь в 1,6-3 раза меньше площади выходного сечения внешнего сопла, а площадь вы-
ходного сечения внутреннего сопла в 2-10 раз больше площади выходного сечения внеш-
него сопла.
BY10359U2014.10.30

2. BY 10359 U 2014.10.30
2
2. Лазерная обрабатывающая головка по п. 1, отличающаяся тем, что силовой узел
выполнен в виде пневмо- или гидроцилиндра, содержащего неподвижный цилиндриче-
ский корпус и шток, связанный с кожухом.
3. Лазерная обрабатывающая головка по п. 1, отличающаяся тем, что элемент фикса-
ции кожуха выполнен в виде зажимного винта или накидной гайки.
(56)
1. Патент РБ 736, МПК B 23K 26/14, 1995.
2. Патент РБ 9678, МПК B 23K 26/14, 2013 (прототип).
Полезная модель относится к оборудованию для лазерной обработки и может быть
использована в различных отраслях машиностроения как для резки листового материала,
так и для термоупрочнения, наплавки и сварки металлов.
Известна лазерная обрабатывающая головка, содержащая кожух, выполненный в виде
конусного стакана, в котором соосно установлен корпус с фокусирующей линзой, выпол-
ненный в виде цилиндра, переходящего в конус, в цилиндре которого выполнено не менее
двух симметрично расположенных отверстий, при этом конус корпуса образует внутрен-
нее сопло для подачи газа соосно лучу лазера, цилиндрические поверхности кожуха и
корпуса образуют распределительную кольцевую камеру, в наружной стенке которой вы-
полнено отверстие для входа газа, а конические поверхности кожуха и корпуса образуют
внешнее сопло [1].
Описанная лазерная обрабатывающая головка обеспечивает получение направленного
безвихревого потока технологического газа к обрабатываемой детали, который не пере-
мешивается с окружающим воздухом и, как следствие, предотвращает окисление поверх-
ности детали при термоупрочнении, наплавке, сварке металлов.
Но данная лазерная обрабатывающая головка непригодна для лазерной резки, так как
подаваемый ею безвихревой поток газа не обеспечивает в полной мере выдув расплавлен-
ного материала из зоны обработки.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявляемой
полезной модели является лазерная обрабатывающая головка, содержащая кожух, выпол-
ненный в виде конусного стакана, в котором соосно установлен корпус с фокусирующей
линзой и размещенным под ней защитным стеклом, выполненный в виде цилиндра, пере-
ходящего в конус, в цилиндре которого выполнено не менее двух симметрично располо-
женных отверстий, при этом конус корпуса образует внутреннее сопло для подачи газа
соосно лучу лазера, цилиндрические поверхности кожуха и корпуса образуют распреде-
лительную кольцевую камеру, в наружной стенке которой выполнено отверстие для входа
газа, а конические поверхности кожуха и корпуса образуют внешнее сопло [2].
Известная лазерная обрабатывающая головка обеспечивает получение направленного
вихревого и безвихревого потоков технологического газа к обрабатываемой детали, одна-
ко имеет ряд недостатков.
Для получения вихревого потока газа лазерная головка снабжена дополнительной
съемной насадкой, которой перекрывают внешнее сопло, установление которой требует
дополнительных затрат времени и дополнительной юстировки оптической системы (фо-
кусирующей линзы) при обработке детали в фокальной плоскости, которую осуществля-
ют винтовой парой.
Указанные недостатки усложняют конструкцию лазерной головки, приводят к сниже-
нию производительности, так как требуются остановка установки для переналадки (сня-
тия или установка сменной насадки) и юстировка оптической системы для обеспечения
высокого качества изделий.

3. BY 10359 U 2014.10.30
3
Технической задачей данной полезной модели является улучшение функциональных
возможностей лазерной обрабатывающей головки и повышение производительности.
Технический результат, достигаемый заявляемой лазерной обрабатывающей головкой,
заключается в повышении производительности и эффективности за счет быстрой наладки
на разные виды обработки.
Заявляемый технический результат достигается тем, что в лазерной обрабатывающей
головке, содержащей кожух, выполненный в виде конусного стакана, в котором соосно
установлен корпус с фокусирующей линзой и размещенным под ней защитным стеклом,
выполненный в виде цилиндра, переходящего в конус, в цилиндре которого выполнено не
менее двух симметрично расположенных отверстий, при этом конус корпуса образует
внутреннее сопло для подачи газа соосно лучу лазера, цилиндрические поверхности ко-
жуха и корпуса образуют распределительную кольцевую камеру, в наружной стенке кото-
рой выполнено отверстие для входа газа, а конические поверхности кожуха и корпуса
образуют внешнее сопло, выполненное с возможностью перекрытия, согласно полезной
модели, кожух выполнен с возможностью автоматического перемещения или вручную
вдоль оси корпуса до герметичного сопряжения внутренней поверхности внешнего сопла
с наружной поверхностью внутреннего сопла и фиксации в заданном рабочем положении
дополнительным силовым узлом или элементом фиксации, отверстия в цилиндре корпуса
выполнены с диаметром 1,5-2,0 мм, при этом их суммарная площадь в 1,6-3 раза меньше
площади выходного сечения внешнего сопла, а площадь выходного сечения внутреннего
сопла в 2-10 раз больше площади выходного сечения внешнего сопла.
Кроме того, силовой узел выполнен в виде пневмо- или гидроцилиндра, содержащего
неподвижный цилиндрический корпус и шток, связанный с кожухом.
Кроме того, элемент фиксации кожуха выполнен в виде зажимного винта или накид-
ной гайки.
Сущность заявляемой полезной модели лазерной обрабатывающей головки заключа-
ется в следующем.
Выполнение кожуха с возможностью перемещения дополнительным силовым узлом
или вручную вдоль оси корпуса до герметичного сопряжения внутренней поверхности
внешнего сопла с наружной поверхностью внутреннего сопла и фиксация кожуха в задан-
ном рабочем положении силовым узлом или дополнительным элементом фиксации обес-
печивают перекрытие внешнего сопла и получение вихревого потока газа.
При получении безвихревого потока газа внешнее и внутреннее сопла открыты.
Это упрощает конструкцию лазерной обрабатывающей головки и ее наладку и тем са-
мым повышает производительность.
Выполнение отверстия в стенке корпуса с диаметром от 1,5 до 2,0 мм и суммарной
площадью отверстий в 1,6-3 раза меньше площади выходного сечения внешнего сопла и
площадью выходного сечения внутреннего сопла в 2-10 раз больше площади выходного
сечения внешнего сопла обеспечивает эффективное истечение как безвихревого, так и
вихревого потоков газа от лазерной головки к обрабатываемой детали, что, в свою оче-
редь, повышает эффективность и производительность.
Сопоставление заявляемого технического решения с прототипом показывает, что но-
выми существенными признаками являются следующие признаки: кожух выполнен с воз-
можностью перемещения вдоль оси корпуса до герметичного сопряжения внутренней
поверхности внешнего сопла с наружной поверхностью внутреннего сопла; перемещение
кожуха осуществляют дополнительным силовым узлом или вручную; фиксацию кожуха в
заданном рабочем положении при автоматическом его перемещении осуществляют сило-
вым узлом, а при ручном перемещении кожуха - элементом фиксации; отверстия в цилин-
дре корпуса выполнены диаметром от 1,5 до 2,0 мм, их суммарная площадь в 1,6-3 раза
меньше площади выходного сечения внешнего сопла, а площадь выходного сечения внут-

4. BY 10359 U 2014.10.30
4
реннего сопла в 2-10 раз больше площади выходного сечения внешнего сопла, которые
для специалиста явным образом не следуют из уровня техники.
Проведенный заявителем анализ уровня техники позволил установить, что аналоги,
характеризующиеся совокупностями признаков, тождественными всем признакам заяв-
ленной лазерной обрабатывающей головки, отсутствуют.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".
Изложенная сущность заявляемой полезной модели поясняется фигурой, на которой
представлен общий вид лазерной обрабатывающей головки в положении, обеспечиваю-
щем вихревое движение потока газа к обрабатываемой детали.
Лазерная обрабатывающая головка содержит корпус 1, выполненный в виде цилиндра,
переходящего в конус. Корпус 1 размещен соосно в кожухе 2, выполненном в виде конус-
ного стакана. В корпусе 1 установлены фокусирующая линза 3 и размещенное под ней
защитное стекло 4. Цилиндрические поверхности корпуса 1 и кожуха 2 образуют распре-
делительную кольцевую камеру 5, в наружной стенке которой выполнено отверстие для
входа газа (не обозначено). В цилиндре корпуса 1 выполнено не менее двух симметрично
расположенных отверстий 6 для прохода рабочего газа во внутреннюю полость корпуса 1.
Отверстия 6 в цилиндре корпуса 1 имеют диаметр от 1,5 до 2,0 мм.
Конус корпуса 1 образует внутреннее сопло 7 для подачи газа соосно лучу лазера. Ко-
нические поверхности кожуха 2 и корпуса 1 образуют внешнее сопло 8.
Суммарная площадь отверстий 6 в 1,6-3 раза меньше площади выходного сечения
внешнего сопла 8.
Кожух 2 выполнен с возможностью перемещения вдоль оси корпуса 1 до герметично-
го сопряжения внутренней поверхности внешнего сопла 8 с наружной поверхностью внут-
реннего сопла 7.
Перемещение кожуха 2 осуществляют или автоматически дополнительным силовым
узлом (не показан), или вручную.
При автоматическом перемещении фиксацию кожуха 2 в заданном рабочем положе-
нии осуществляют силовым узлом, а при ручном перемещении кожуха 2 - дополнитель-
ным элементом фиксации (не показан), в частности зажимным винтом или накидной
гайкой.
Обрабатываемая деталь обозначена цифрой 9.
Лазерная обрабатывающая головка работает следующим образом.
При резке листового материала потоку газа необходимо придать вихревое движение,
чтобы обеспечить эффективное выдувание расплавленного материала из зоны обработки.
Для этого лазерную головку настраивают, перемещая кожух 2 или автоматически си-
ловым узлом (не показан), или вручную до герметичного сопряжения внутренней поверх-
ности внешнего сопла 8 с наружной поверхностью внутреннего сопла 7. Фиксируют
кожух 2 в положении, перекрывающем внешнее сопло 8, при автоматическом его пере-
мещении силовым узлом, а при ручном перемещении кожуха - дополнительным элемен-
том фиксации (не показаны).
Включают лазер (не показан) и на поверхность детали 9 подают сфокусированное ла-
зерное излучение и поток технологического газа.
Поток технологического газа подают из магистрали под давлением от 5 до 8 атм. через
боковое отверстие (не обозначено) в распределительную кольцевую камеру 5, одновре-
менно через отверстия 6 газ поступает во внутреннюю полость корпуса 1 и далее во внут-
реннее сопло 7.
Вихревой поток газа, выходя из сопла 7, попадает в виде высокоскоростной струи газа
на обрабатываемую деталь и выдувает расплавленный металл из зоны реза.
При термоупрочнении, наплавке деталей и сварке металлов потоку газа надо придать
безвихревое движение, чтобы поток газа не перемешивался с окружающим воздухом и,
как следствие, предотвращал окисление поверхности детали. Для этого кожух 2 переме-

5. BY 10359 U 2014.10.30
5
щают в исходное нижнее положение, выходные сечения внутреннего 7 и внешнего 8 (на
фигурее дополнительно контурно показана его выходная часть) сопел располагают на од-
ном уровне.
Включают лазер (не показан) и на поверхность детали 9 подают сфокусированное ла-
зерное излучение и поток технологического газа.
Технологический газ подают из магистрали под давлением от 0,01-0,02 атм. через бо-
ковое отверстие (не обозначено) в распределительную кольцевую камеру 5, одновременно
через отверстия 6 газ поступает во внутреннюю полость корпуса 1 и далее во внутреннее
сопло 7.
Безвихревой поток газа, выходя из сопел 7, 8, не перемешиваясь с окружающим воз-
духом, попадает на обрабатываемую деталь 9 и тем самым предотвращают окисление по-
верхности детали.
Вихревое и безвихревое движение технологического газа, выходящего из сопел 7 и 8,
можно хорошо наблюдать, если использовать вместо технологического газа белый дым.
Изготовленным и опробованным опытным образцом лазерной обрабатывающей го-
ловки подтвердили ее работоспособность и основные технические характеристики для
вышеуказанных обрабатывающих технологий при осуществлении резки деталей из листо-
вого материала и наплавки порошковых и проволочных материалов на детали лазерным
излучением.
По сравнению с прототипом предложенная лазерная обрабатывающая головка имеет
улучшенные конструктивные и технологические характеристики для повышения произво-
дительности.
Заявляемое техническое решение пригодно к осуществлению промышленным спосо-
бом с использованием существующей технологии производства.
Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "промыш-
ленная применимость".
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.