激光切割机喷嘴设计及气流控制技术有什么要求？ 如何选择激光切割机的喷嘴
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mmPg-\u55b7\u5634\u538b\u529b\uff08\u8868\u538b\uff09bar\u5bf9\u4e8e\u4e0d\u540c\u7684\u6c14\u4f53\u6709\u4e0d\u540c\u7684\u538b\u529b\u9608\u503c,\u5f53\u55b7\u5634\u538b\u529b\u8d85\u8fc7\u6b64\u503c\u65f6,\u6c14\u6d41\u4e3a\u6b63\u5e38\u659c\u6fc0\u6ce2,\u6c14\u6d41\u901f\u4ece\u4e9a\u97f3\u901f\u5411\u8d85\u97f3\u901f\u8fc7\u6e21\u3002\u6b64\u9608\u503c\u4e0ePn\u3001Pa\u6bd4\u503c\u53ca\u6c14\u4f53\u5206\u5b50\u7684\u81ea\u7531\u5ea6\uff08n\uff09\u4e24\u56e0\u7d20\u6709\u5173\uff1a\u5982\u6c27\u6c14\u3001\u7a7a\u6c14\u7684n=5,\u56e0\u6b64\u5176\u9608\u503cPn=1bar\u00d7(1.2)3.5=1.89bar\u3002\u5f53\u55b7\u5634\u538b\u529b\u66f4\u9ad8Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2\u65f6\uff08Pn\uff1b4bar\uff09,\u6c14\u6d41\u6b63\u5e38\u659c\u6fc0\u6ce2\u5c01\u53d8\u4e3a\u6b63\u6fc0\u6ce2,\u5207\u5272\u538b\u529bPc\u4e0b\u964d,\u6c14\u6d41\u901f\u5ea6\u51cf\u4f4e,\u5e76\u5728\u5de5\u4ef6\u8868\u9762\u5f62\u6210\u6da1\u6d41,\u524a\u5f31\u4e86\u6c14\u6d41\u53bb\u9664\u7194\u878d\u6750\u6599\u7684\u4f5c\u7528,\u5f71\u54cd\u4e86\u5207\u5272\u901f\u5ea6\u3002\u56e0\u6b64\u91c7\u7528\u9525\u5b54\u5e26\u7aef\u90e8\u5c0f\u5706\u5b54\u7684\u55b7\u5634,\u5176\u6c27\u6c14\u7684\u55b7\u5634\u538b\u529b\u5e38\u57283bar\u4ee5\u4e0b\u3002\u4e3a\u8fdb\u4e00\u6b65\u63d0\u9ad8\u6fc0\u5149\u5207\u5272\u901f\u5ea6,\u53ef\u6839\u636e\u7a7a\u6c14\u52a8\u529b\u5b66\u539f\u7406,\u5728\u63d0\u9ad8\u55b7\u5634\u538b\u529b\u7684\u524d\u63d0\u4e0b\u4e0d\u4ea7\u751f\u6b63\u6fc0\u6ce2,\u8bbe\u8ba1\u5236\u9020\u4e00\u79cd\u7f29\u653e\u578b\u55b7\u5634,\u5373\u62c9\u4f10\u5c14\uff08Laval\uff09\u55b7\u5634\u3002\u4e3a\u65b9\u4fbf\u5236\u9020\u53ef\u91c7\u7528\u5982\u56fe4\u7684\u7ed3\u6784\u3002\u5fb7\u56fd\u6c49\u8bfa\u5a01\u5927\u5b66\u6fc0\u5149\u4e2d\u5fc3\u4f7f\u7528500WCO2\u6fc0\u5149\u5668,\u900f\u955c\u7126\u8ddd2.5\u3003,\u91c7\u7528\u5c0f\u5b54\u55b7\u5634\u548c\u62c9\u4f10\u5c14\u55b7\u5634\u5206\u522b\u4f5c\u4e86\u8bd5\u9a8c,\u89c1\u56fe4\u3002\u8bd5\u9a8c\u7ed3\u679c\u5982\u56fe5\u6240\u793a\uff1a\u5206\u522b\u8868\u793aNO2\u3001NO4\u3001NO5\u55b7\u5634\u5728\u4e0d\u540c\u7684\u6c27\u6c14\u538b\u529b\u4e0b,\u5207\u53e3\u8868\u9762\u7c97\u7cd9\u5ea6Rz\u4e0e\u5207\u5272\u901f\u5ea6Vc\u7684\u51fd\u6570\u5173\u7cfb\u3002\u4ece\u56fe\u4e2d\u53ef\u4ee5\u770b\u51faNO2\u5c0f\u5b54\u55b7\u5634\u5728Pn\u4e3a400Kpa\uff08\u62164bar\uff09\u65f6\u5207\u5272\u901f\u5ea6\u53ea\u80fd\u8fbe\u52302.75m/min\uff08\u78b3\u94a2\u677f\u539a\u4e3a2mm\uff09\u3002NO4\u3001NO5\u4e8c\u79cd\u62c9\u4f10\u5c14\u55b7\u5634\u5728Pn\u4e3a500Kpa\u5230600Kpa\u65f6\u5207\u5272\u901f\u5ea6\u53ef\u8fbe\u52303.5m/min\u548c5.5m/min\u3002\u5e94\u6307\u51fa\u7684\u662f\u5207\u5272\u538b\u529bPc\u8fd8\u662f\u5de5\u4ef6\u4e0e\u55b7\u5634\u8ddd\u79bb\u7684\u51fd\u6570\u3002\u7531\u4e8e\u659c\u6fc0\u6ce2\u5728\u6c14\u6d41\u7684\u8fb9\u754c\u591a\u6b21\u53cd\u5c04,\u4f7f\u5207\u5272\u538b\u529b\u5448\u5468\u671f\u6027\u7684\u53d8\u5316\u3002\u7b2c\u4e00\u9ad8\u5207\u5272\u538b\u529b\u533a\u7d27\u90bb\u55b7\u5634\u51fa\u53e3,\u5de5\u4ef6\u8868\u9762\u81f3\u55b7\u5634\u51fa\u53e3\u7684\u8ddd\u79bb\u7ea6\u4e3a0.5~1.5mm,\u5207\u5272\u538b\u529bPc\u5927\u800c\u7a33\u5b9a,\u662f\u5de5\u4e1a\u751f\u4ea7\u4e2d\u5207\u5272\u624b\u6273\u5e38\u7528\u7684\u5de5\u827a\u53c2\u6570\u3002\u7b2c\u4e8c\u9ad8\u5207\u5272\u538b\u529b\u533a\u7ea6\u4e3a\u55b7\u5634\u51fa\u53e3\u76843~3.5mm,\u5207\u5272\u538b\u529bPc\u4e5f\u8f83\u5927,\u540c\u6837\u53ef\u4ee5\u53d6\u5f97\u597d\u7684\u6548\u679c,\u5e76\u6709\u5229\u4e8e\u4fdd\u62a4\u900f\u955c,\u63d0\u9ad8\u5176\u4f7f\u7528\u5bff\u547d\u3002\u66f2\u7ebf\u4e0a\u7684\u5176\u4ed6\u9ad8\u5207\u5272\u538b\u529b\u533a\u7531\u4e8e\u8ddd\u55b7\u5634\u51fa\u53e3\u592a\u8fdc,\u4e0e\u805a\u7126\u5149\u675f\u96be\u4ee5\u5339\u914d\u800c\u65e0\u6cd5\u91c7\u7528\u3002
\u6fc0\u5149\u5207\u5272\u673a\u7684\u55b7\u5634\u53ef\u4ee5\u5e2e\u52a9\u5feb\u901f\u5730\u55b7\u51fa\u6c14\u4f53\uff0c\u7136\u540e\u963b\u6b62\u6742\u7269\u5f80\u4e0a\u53cd\u5f39\u3002\u4e0e\u6b64\u540c\u65f6\uff0c\u8fd8\u53ef\u4ee5\u63a7\u5236\u6c14\u4f53\u6269\u6563\u7684\u9762\u79ef\u8fd8\u6709\u5927\u5c0f\uff0c\u8fd9\u6837\u5bf9\u5207\u5272\u8d28\u91cf\u6709\u7740\u81f3\u5173\u91cd\u8981\u7684\u79df\u7528\u3002\u90a3\u4e48\u6fc0\u5149\u5207\u5272\u673a\u55b7\u5634\u7684\u5b54\u5f84\u8be5\u5982\u4f55\u9009\u62e9\u5462?
1\u30013mm\u4ee5\u4e0b\u7684\u8584\u677f\uff0c\u9009\u62e9\u7684\u55b7\u5634\u7684\u5b54\u5f84\u8981\u5728\u03a61mm\uff0c\u8fd9\u6837\u5207\u5272\u7684\u7f1d\u9699\u5c31\u4f1a\u6bd4\u8f83\u7ec6\uff0c\u5982\u679c\u518d\u5927\u4e00\u4e9b\u5c31\u4f1a\u6bd4\u8f83\u7c97\uff0c\u5728\u5207\u5272\u7684\u8f6c\u89d2\u7684\u4f4d\u7f6e\u5c31\u4f1a\u4e0d\u592a\u6d41\u7545\u3002
2\u30013mm\u4ee5\u4e0a\uff0c10mm\u4ee5\u4e0b\u7684\u539a\u677f\u5b50\u7684\u5207\u5272\uff0c\u9009\u62e9\u03a61mm\u7684\u55b7\u5634\u5b54\u5f84\u5c31\u4f1a\u4e0d\u592a\u7a33\u5b9a\u3002\u5982\u679c\u529f\u7387\u8f83\u9ad8\u7684\u4f1a\uff0c\u5c31\u4f1a\u56e0\u4e3a\u9700\u8981\u7684\u6563\u70ed\u65f6\u95f4\u800c\u5bfc\u81f4\u5207\u5272\u7684\u65f6\u95f4\u4e5f\u6bd4\u8f83\u957f\u3002\u5982\u679c\u662f\u7528\u592a\u5c0f\u7684\u5b54\u5f84\uff0c\u867d\u7136\u6563\u70ed\u5feb\u4e86\uff0c\u4f46\u662f\u4e5f\u8fd8\u662f\u4e0d\u592a\u7a33\u5b9a\u3002\u8fd9\u4e2a\u65f6\u5019\u9009\u62e9\u03a61.5mm\uff0c\u800c\u6563\u70ed\u9762\u79ef\u6bd4\u8f83\u5927\u60c5\u5f62\uff0c\u5c31\u4f1a\u8ba9\u6c14\u6d41\u53d8\u5f97\u6bd4\u8f83\u6162\uff0c\u6240\u4ee5\u8bf4\u5207\u5272\u7684\u65f6\u5019\u4e5f\u5c31\u6bd4\u8f83\u7a33\u5b9a\u3002
\u5982\u679c\u662f\u9009\u62e910mm\u4ee5\u4e0a\u7684\u677f\u5b50\u6765\u5207\u5272\u5c31\u8981\u9009\u62e9\u66f4\u5927\u76f4\u5f84\u55b7\u5634\u3002\u6240\u4ee5\u8bf4\u6fc0\u5149\u5207\u5272\u673a\u7684\u55b7\u5634\u7684\u9009\u62e9\u4e5f\u662f\u6709\u4e00\u5b9a\u7684\u539f\u5219\u7684\u3002
激光切割用的喷嘴采用简单的结构，即一锥形孔带端部小圆孔。通常用实验和误差方法进行设计。由于喷嘴一般用紫铜制造，体积较小，是易损零件，需经常更换，因此不进行流体力学计算与分析。在使用时从喷嘴侧面通入一定压力Pn(表压为Pg)的气体，称喷嘴压力，从喷嘴出口喷出，经一定距离到达工件表面，其压力称切割压力Pc，最后气体膨胀到大气压力Pa。研究工作表明随着Pn的增加，气流流速增加，Pc也不断增加。
可用下列公式计算：V=8.2d2(Pg+1)
V-气体流速L/min
d-喷嘴直径mm
Pg-喷嘴压力（表压）bar
对于不同的气体有不同的压力阈值，当喷嘴压力超过此值时，气流为正常斜激波，气流速从亚音速向超音速过渡。此阈值与Pn、Pa比值及气体分子的自由度（n）两因素有关：如氧气、空气的n=5，因此其阈值Pn=1bar×(1.2)3.5=1.89bar。当喷嘴压力更高Pn/Pa=(1+1/n)1+n/2时（Pn；4bar），气流正常斜激波封变为正激波，切割压力Pc下降，气流速度减低，并在工件表面形成涡流，削弱了气流去除熔融材料的作用，影响了切割速度。因此采用锥孔带端部小圆孔的喷嘴，其氧气的喷嘴压力常在3bar以下。
为进一步提高激光切割速度，可根据空气动力学原理，在提高喷嘴压力的前提下不产生正激波，设计制造一种缩放型喷嘴，即拉伐尔（Laval）喷嘴。为方便制造可采用如图4的结构。德国汉诺威大学激光中心使用500WCO2激光器，透镜焦距2.5〃，采用小孔喷嘴和拉伐尔喷嘴分别作了试验，见图4。试验结果如图5所示：分别表示NO2、NO4、NO5喷嘴在不同的氧气压力下，切口表面粗糙度Rz与切割速度Vc的函数关系。从图中可以看出NO2小孔喷嘴在Pn为400Kpa（或4bar）时切割速度只能达到2.75m/min（碳钢板厚为2mm）。NO4、NO5二种拉伐尔喷嘴在Pn为500Kpa到600Kpa时切割速度可达到3.5m/min和5.5m/min。应指出的是切割压力Pc还是工件与喷嘴距离的函数。由于斜激波在气流的边界多次反射，使切割压力呈周期性的变化。
第一高切割压力区紧邻喷嘴出口，工件表面至喷嘴出口的距离约为0.5~1.5mm，切割压力Pc大而稳定，是工业生产中切割手扳常用的工艺参数。第二高切割压力区约为喷嘴出口的3~3.5mm，切割压力Pc也较大，同样可以取得好的效果，并有利于保护透镜，提高其使用寿命。曲线上的其他高切割压力区由于距喷嘴出口太远，与聚焦光束难以匹配而无法采用。
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