一种高功率激光切割头用自带冷却结构的反射铜镜的制作方法

一种高功率激光切割头用自带冷却结构的反射铜镜
【技术领域】
1.本实用新型属于激光切割头技术领域，特别是涉及一种高功率激光切割头用自带冷却结构的反射铜镜。


背景技术：

2.光纤激光切割在一般的金属加工行业已经成为一种趋势，广泛应用于钣金金属加工等。随着市场需求的加工板材厚度越来越厚，这就对激光加工设备中的核心部件激光器和激光加工头的要求越来越严苛。目前激光加工头中的光学元件材料一般为高纯度、低羟基的人工熔融石英。受限于这种高成本的石英材料以及光学高能量领域的镀膜技术，市场上万瓦级以上的激光加工设备的光学元件更加倾向使用低成本的高反射率无氧铜镜。由于铜镜光学反射面的反射率不可能做到完全反射，因此铜镜在反射高功率激光的同时也会吸收激光光束能量，使得铜镜的表面面型发生一定程度的热变形。铜镜表面面型的变化最终会导致加工光束的光束质量以及能量分布遭到破坏，从而降低了激光加工设备的加工效率和质量。
3.因此，有必要提供一种新的高功率激光切割头用自带冷却结构的反射铜镜来解决上述问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的主要目的在于提供一种高功率激光切割头用自带冷却结构的反射铜镜，能够有效的对反射铜镜进行降温，大大改善反射铜镜的热变形问题，提高了激光加工设备的加工效率和加工质量，以及工作的稳定性。
5.本实用新型通过如下技术方案实现上述目的：一种高功率激光切割头用自带冷却结构的反射铜镜，其包括铜镜镜体、一体成型设置在所述铜镜镜体背面的冷却流道槽、盖合在所述冷却流道槽上的铜镜镜盖、包裹在所述铜镜镜体与所述铜镜镜盖外周表面上的且封闭所述冷却流道槽外围的铜镜外环，所述铜镜镜盖上设置有与所述冷却流道槽连通的冷却介质入口和冷却介质出口。
6.进一步的，所述铜镜镜体、所述铜镜镜盖以及所述铜镜外环均呈椭圆形，且装配在一起构成一椭圆形反射铜镜。
7.进一步的，所述铜镜镜体与所述铜镜镜盖的外周表面上均设置有环形凹槽，所述环形凹槽内设置有密封所述铜镜镜体与所述铜镜外环接触面、或密封所述铜镜镜盖与所述铜镜外环接触面的密封圈。
8.进一步的，所述铜镜镜体为椭圆形，所述铜镜外环的壁厚为所述铜镜镜体椭圆长轴的1/6～1/5。
9.进一步的，所述冷却流道槽呈双椭圆螺旋形。
10.进一步的，所述冷却流道槽沿冷却介质流向方向依次包括直线分流段、导流段以及椭圆螺旋段。
11.进一步的，所述椭圆螺旋段的起点为椭圆形反射铜镜中光学椭圆通光口径的焦点，所述直线分流段的末端形成有导流点，所述导流点至所述椭圆螺旋段的起点构成所述导流段。
12.进一步的，所述导流段的导线相对所述椭圆螺旋段对应椭圆长轴的夹角为20
°
～30
°
。
13.进一步的，所述冷却流道槽的截面面积等于所述冷却介质入口孔径的 1/2。
14.进一步的，所述铜镜镜盖为椭圆形，所述冷却介质入口位于所述椭圆形中心点上，所述冷却介质出口设置在所述椭圆形长轴方向靠近所述冷却流道槽边缘处。
15.与现有技术相比，本实用新型一种高功率激光切割头用自带冷却结构的反射铜镜的有益效果在于：椭圆形铜镜反射镜由铜镜镜体、铜镜镜盖、铜镜外环以及两个o型圈组成。铜镜镜体上开有双对称的椭圆形螺旋槽，可构成双冷却通道；冷却介质从铜镜镜盖的中心点处为入口一分为二地进入对称的椭圆形螺旋槽；相同流速和压力的情况下，冷却介质进入铜镜镜体可提高内双冷却通道的流速，实现快速、均匀冷却；双冷却通道以椭圆焦点为起点，且流线呈现为椭圆螺旋线形式，大大提高了流体的流速、降低了流体阻力；铜镜镜体和镜盖圆周面上均挖有密封槽，配合o型圈以及铜镜外环，即可实现冷却腔的密封；整个铜镜不存在螺钉和锁紧机构，避免了锁紧过程中的应力导致光学反射面面型发生形变，极大地减少了铜镜组件的体积和重量，为后期机构集成设计和组件耦合带来了较大的优势。
【附图说明】
16.图1为本实用新型实施例的结构示意图；
17.图2为本实用新型实施例的爆炸结构示意图；
18.图3为本实用新型实施例的垂直剖面结构示意图；
19.图4为本实用新型实施例的垂直剖面局部结构示意图；
20.图5为本实用新型实施例的水平剖面结构示意图；
21.图6为本实用新型实施例的冷却介质流向示意图；
22.图中数字表示：
23.100高功率激光切割头用自带冷却结构的反射铜镜；
24.1铜镜镜体，11环形凹槽；2冷却流道槽，21直线分流段，22导流段， 23椭圆螺旋段；3铜镜镜盖；4铜镜外环；5冷却介质入口；6冷却介质出口； 7密封圈。
【具体实施方式】
25.实施例：
26.请参照图1
‑
图6，本实施例为高功率激光切割头用自带冷却结构的反射铜镜100，其包括铜镜镜体1、一体成型设置在铜镜镜体1背面的冷却流道槽2、盖合在冷却流道槽2上的铜镜镜盖3、包裹在铜镜镜体1与铜镜镜盖3 外周表面上的且封闭冷却流道槽2外围的铜镜外环4，铜镜镜盖3上设置有与冷却流道槽2连通的冷却介质入口5和冷却介质出口6。
27.铜镜镜体1、铜镜镜盖3以及铜镜外环4装配在一起构成所述反射铜镜，且所述反射铜镜整体呈一椭圆形。
28.铜镜镜体1与铜镜镜盖3的外周表面上均设置有环形凹槽11，环形凹槽 11内设置
有密封铜镜镜体1与铜镜外环4接触面、或密封铜镜镜盖3与铜镜外环4接触面的密封圈7。密封圈7配合铜镜外环4对冷却流道槽2形成密封腔。
29.铜镜外环4的壁厚为铜镜镜体1椭圆长轴的1/5～1/6。
30.冷却流道槽2呈双椭圆螺旋形，所述冷却介质入口5位于椭圆的中心点上，冷却流道槽2沿冷却介质流向方向依次包括直线分流段21、导流段22 以及椭圆螺旋段23。通过三段流道的结构设计，配合椭圆螺旋结构可大大的提高冷却介质的流速，提高冷却效果。
31.椭圆螺旋段23的起点为椭圆形反射铜镜中光学椭圆通光口径的焦点，直线分流段21的末端形成有导流点，所述导流点至椭圆螺旋段23的起点构成所述导流段22。导流段22的导线相对于椭圆螺旋段23对应椭圆长轴的夹角为20
°
～30
°
。经过流体仿真分析，限定该角度可有效地保证冷却介质在相同压力的情况达到最佳流速时做到压损最小。
32.冷却流道槽2的截面面积等于冷却介质入口5孔径的1/2。
33.铜镜镜盖3为椭圆形，且中心点处开设有所述冷却介质入口5，在椭圆形长轴方向靠近冷却流道槽2边缘处开设有所述冷却介质出口6。
34.本实施例为高功率激光切割头用自带冷却结构的反射铜镜100的工作原理为：冷却介质从铜镜镜盖3上的冷却介质入口5处流入镜体冷却流道槽2 内，经过直线分流段21一分为二，经过导流段22、椭圆螺旋段23后从铜镜镜盖3上的冷却介质出口6流出，从而将铜镜镜体1上的热量带走。
35.本实施例为高功率激光切割头用自带冷却结构的反射铜镜100，冷却介质在冷却流道槽中以高流速、低流体阻力的方式均匀冷却着铜镜，避免铜镜因存在局部热点或导热性能不佳，引起光学反射面面型发生微小形变；同时，整个铜镜不存在一个螺钉和锁紧机构，避免了锁紧过程中的应力导致光学反射面面型发生形变；整体结构极大地简化了铜镜构造，极大地减少了铜镜组件的体积和重量，为后期机构集成设计和组件耦合带来了较大的优势。
36.以上所述的仅是本实用新型的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。