專利名稱：熱氣流軟化、壓合透射加工裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及ー種利用透射技術將エ件連接起來的加工裝置。這種裝置具有加工頭，所述加工頭能夠提供投向上層被加工材料表面的熱氣流和射線束。因此，在熱氣流作用處，上層被加工材料因熱氣流的加溫作用軟化，隨后在熱氣流的氣流壓力作用下，軟化后的上層被加工材料與下層被加工材料更容易地緊密壓合在一起。此時，攜帯足夠能量的射線束透過上層被加工材料，投射到上層被加工材料與下層被加工材料的緊密壓合處，并在這一緊密壓合處被高效吸收，轉變為熱能，這種熱能把上層被加工材料與下層被加工材料熔接在一起。冷卻后，上層被加工材料與下層被加工材料被連接起來。
背景技術：
在透射技術中，有待連接的エ件彼此鄰接的接觸面，在激光束的作用下熔化，隨后的冷卻中在壓カ的作用下彼此實現連接，這種使用激光束的塑料焊接方法得到普遍公開。 這類方法中重要的是焊接過程中需要把上下兩層エ件緊密地壓合在一起。專利文件EP1405713B1公開了ー種激光裝置。在該激光裝置中，要么逐點地精確地在激光束入射處的位置上對エ件進行擠壓，要么面狀地在圍繞著激光束的入射處的區域中進行擠壓，或者橫向于激光束的相對運動的線條對エ件進行擠壓。這樣，上下兩層エ件緊密地壓合在一起并有效焊接。專利文件200910139101. 6公開了ー種具有擺動的壓緊輥的激光裝置。在該激光裝置中，能夠旋轉的透明輥子同時具有聚焦激光束和壓緊被加工件的作用。已經公開的類似專利技術的ー個共同特點，是必須要通過直接接觸的方式施力，以使待連接的上下兩層材料緊密壓合在一起，從而保證上下兩層材料有效熔接。這將帶來以下問題首先，壓緊カ必須通過剛性直接接觸由起到壓緊作用的零件傳遞給上層材料，然后上層材料與下層材料緊密壓合。由于兩次接觸(尤其是起壓緊作用的零件把壓緊カ傳遞給上層材料的接觸)都是剛性接觸，難以實現面接觸，從而難以保證上下兩層材料有效熔接。200910139101. 6公開的帶壓緊輥的激光裝置，由于壓緊輥有ー個半徑尺寸，當加工進行到曲率半徑小于壓緊輥半徑的陰角處時，該陰角處將不能實現有效壓緊，可能導致熔接斷點。其次，起到壓緊作用的零件在把壓緊カ傳遞給上層材料的過程中，可能出現以下問題一是長期運行導致灰塵、油污等粘附于起到壓緊作用的零件上，影響到運行的平穩和壓緊力的均勻分布。對于200910139101. 6公開的壓緊輥來說，這些粘附物還可能影響到壓緊輥的聚光效果，使激光束的部分能量被散射到其它方向，無法保證熔接點處獲得足夠的激光能量，從而影響熔接的效果。ニ是長期運行可能帶來磨損，導致起到壓緊作用的零件和上層材料表面留下劃痕。對于200910139101. 6公開的壓緊輥來說，這些劃痕將可能影響到壓緊輥的聚光效果。已經公開的類似專利技術的另ー個共同特點，就是在下層被加工材料為有一定起伏的三維曲面時，上層被加工材料與下層被加工材料較難緊密壓合。

發明內容
為了克服現有此類技術必須采用剛性壓緊，上層被加工材料與下層被加工材料較難緊密壓合的問題，本發明的任務是提出一種解決方案，利用該解決方案能夠保證使上下兩層材料間獲得均勻的壓緊力，即使下層被加工材料為有一定起伏的三維曲面，加工時上層被加工材料仍能緊密壓合到下層被加工材料上。按本發明，該任務通過ー種具有權利要求I所述特征的熱氣流軟化、壓合透射加エ裝置得到解決。其它有利的設計方案可以從從屬權利要求中得到解決。按照本發明所提供的解決方案是熱氣流軟化、壓合透射加工裝置由進氣管、加工頭等部分組成，進氣管與加工頭連通，加工頭下端開設有出氣ロ。熱氣流軟化、壓合透射加エ裝置工作吋，出氣ロ從正上方對準上層被加工材料的待加工區域表面，從出氣ロ流出的熱氣流垂直或接近垂直作用于上層被加工材料的待加工區域上表面，從而在使上層被加工材料升溫軟化的同吋，對上層被加工材料的待加工區域上表面產生ー個壓力。這ー壓力作用下，軟化的上層被加工材料與下層被加工材料之間的待加工區域緊密壓合在一起。此時， 加工頭內投射下來的攜帯足夠能量的射線束透過上層被加工材料，投射到上層被加工材料與下層被加工材料之間的待加工區域，并在這一區域被吸收轉化成熱能，迅速將上層被加エ材料與下層被加工材料熔接起來。這時，加工頭在驅動系統的驅動下，逐漸沿預先設計的軌跡移動離開，上下層被加工材料熔接處得到冷卻而凝固，上層被加工材料與下層被加工材料被牢固連接起來，加工頭掃過的地方留下一條寬度由加工頭和射線束決定的加工完成帶。經過對加工頭進行適當的改進設計，本發明在基本型的基礎上發展出了若干改進型，改進型的最大特點是更加適應各種曲面的加工。由于本發明上層被加工材料與下層被加工材料之間的壓合力是由熱氣流傳遞實現的，出氣ロ與上層被加工材料的待加工區域上表面并不須要直接剛性接觸，實際上是ー種柔性接觸施壓，因而能夠從根本上解決剛性接觸施壓所帶來的多種弊端。


下面借助于在附圖中示出的實施例對本發明進行詳細解釋。本發明的其他特征可以從以下對本發明的實施例所做的說明中結合權利要求和附圖來獲得。本發明的單個特征在此可以僅僅自身或者多個一起在本發明的不同實施方式中得到實現。其中圖I是本發明的基本型的實施例的剖切圖，更加適合于上下層被加工材料均為平板的情況。圖2是本發明的第一種衍生型的實施例剖切圖。圖3是本發明的第二種衍生型的實施例剖切圖。圖4是本發明的第二種衍生型的實施例的另外ー個方向半剖切圖。圖5是本發明的第三種衍生型的實施例剖切圖。圖6是本發明的第三種衍生型的實施例的另外ー個方向半剖切圖。圖7是本發明的第四種衍生型，更加適合于下層被加工材料為三維曲面的實施例剖切圖。圖8是本發明的第四種衍生型的實施例的另外ー個方向半剖切圖。
具體實施例方式在圖I中，進氣管(I)與加工頭(5)連通，把熱氣流(2)導入加工頭(5)中。從圖I可以看出，エ頭(5)下端開設有出氣ロ。熱氣流(2)從加工頭(5)下端的出氣ロ噴出，垂直或接近垂直作用于上層被加工材料出)的待加工區域上表面，合理調整熱氣流溫度、流速等參數，能夠保證熱氣流作用范圍內的上層被加工材料(6)迅速軟化，而后，在熱氣流產生的壓カ的作用下，上層被加工材料出)向下變形，貼附于下層被加工材料(X)的上表面，使得上層被加工材料(6)的待加工區域下表面與下層被加工材料(7)的待加工區域上表面緊密壓合。此時，經鏡片(3)投射下來的射線束(4)透過上層被加工材料￠)，在上層被加エ材料出)與下層被加工材料(7)的緊密壓合處被高效吸收，這種吸收使射線束(4)攜帯的能量轉化為熱能，此熱能使上層被加工材料出)與下層被加工材料(7)在兩者的接觸面上迅速熔化，并因上述熱氣流(2)帶來的壓緊カ而熔合。隨后，隨著加工頭(5)與材料(6)、
(7)間，按前進方向(11)發生相對運動，上層被加工材料(6)與下層被加工材料(7)的熔合區因射線束移除而迅速降溫固化，固化后上層被加工材料(6)與下層被加工材料(7)之間的預先設定區域牢固連接在一起，形成一條加工完成帯。緊鄰前面獲得的一條加工完成帶 多次重復上面的操作，可以獲得任意大的加工完成面。整個過程中，在噴氣流的作用下，エ頭(5)下端出氣ロ與上層被加工材料(6)表面基本無直接接觸，實現柔性加工。圖2是在本發明的基本型實施例的基礎上，為了更加適應對曲面材料的曲線加工而設計的ー種衍生實施例。圖2中可見，加工頭(5a)的下端外圓加工有外螺紋，這一外螺紋與鎖緊螺母(17)及帶錐管套管(16)的內螺紋相配合，首先把鎖緊螺母(17)從加工頭(5a)的下端旋入，然后把帶有內錐面的球面噴嘴(14)從上ロ放入帶錐管套管(16)的內部，之后，把帶錐管套管(16)旋入加工頭(5a)的下端適當位置，保證帶有內錐面的球面噴嘴(14)可以繞其自身球心(15)自由旋轉，此時，向下旋鎖緊螺母(17)使之與帶錐管套管(16)抵緊鎖死。當加工頭(5a)按預設線路或在人工操縱下，按前進方向(11)對エ件進行曲面加エ時，為保證加工頭(5a)上的連接件不至于與被加工件發生有影響的直接接觸，并保證熱氣流(2)始終能夠對上層被加工材料(6)施加一個相對穩定的作用力，帶有內錐面的球面噴嘴(14)可以自動繞其自身球心(15)旋轉，以實現與相應時刻上層被加工材料(6)表面形狀的自動匹配。圖3是在本發明的基本型實施例的基礎上，為了強化熱氣流(2)對上層被加工材料(6)的軟化作用而設計的一種衍生型實施例。其特征是加工頭(5b)的下端ロ由基本型的水平開ロ改為向前進方向(11)傾斜的斜ロ。同時，前進方向(11)這ー側，加工頭(5b)的下端口上方可以開設一排附加噴氣孔(10b)。圖3結合圖4可以看出，加工頭(5b)的向前進方向(11)傾斜的下端ロ有利于把更多的熱氣流導向加工頭(5b)的前進方向，從而強化了熱氣流(2)對上層被加工材料(6)的軟化作用。如果進ー步開設一排附加噴氣孔(10b)，則進ー步強化了熱氣流(2)對上層被加工材料￠)的預先軟化作用。該衍生型的其他特征與基本型相同。圖5是在本發明的基本型實施例的基礎上，為了適應對曲面材料的加工而設計的ー種衍生實施例。其特征是加工頭(5c)的下端ロ用兩個銷釘(9)安裝了ー個柱面噴頭
(8)，兩個銷釘(9)分別穿過加工頭(5c)的下端ロ兩側的圓孔，安裝在柱面噴頭(8)外圓柱面軸心兩端的預留孔內。圖5結合圖6可以看出，在兩個銷釘(9)的限制下，柱面噴頭(8)可以繞其自身的外圓柱面軸心轉動。柱面噴頭(8)內部開有長條孔，朝向加工頭(5c)內側方向長條孔的孔ロ較大，朝向上層被加工材料(6) —側的孔ロ較小。柱面噴頭(8)的外圓柱面與加工頭(5c)的下端ロ保持有適度間隙，這ー適度間隙既保證了柱面噴頭(8)可以繞其自身的外圓柱面軸心靈活自由轉動，又保證了不至于因柱面噴頭(8)的轉動而使間隙加大漏過較多的氣流。當加工頭(5c)按預設線路或在人工操縱下，沿著前進方向(11)對エ件進行曲面加工時，柱面噴頭(8)可以自動繞其自身軸心旋轉，以實現柱面噴頭(8)噴ロ的朝向與相應時刻上層被加工材料(6)上表面形狀的實時自動匹配。圖7是在本發明的基本型實施例的基礎上，為了更加適應三維曲面材料的加工而設計的ー種衍生實施例。圖7結合圖8可見，加工頭(5d)的下端ロ用兩個銷釘(13)安裝了ー個可轉噴ロ(12)，可轉噴ロ(12)的外輪廓為前后面為兩個稍大的平面；左右兩個側面為對稱的圓弧面，并且屬于同一圓柱面，該圓柱面的軸心為兩個銷釘(13)的軸心。這樣，可轉噴ロ(12)繞兩個銷釘(13)的軸心轉動過程中，可轉噴ロ(12)的兩個前后平面及兩個圓弧側面與加工頭(5d)端ロ的間隙可保持基本不變。可轉噴ロ(12)的內輪廓是截面為矩形 的柱面。柱面噴頭(8d)位于可轉噴ロ(12)內，兩個銷釘(9d)分別穿過可轉噴ロ(12)兩側的圓孔，安裝在柱面噴頭(8d)外圓柱面軸心兩端的預留孔內。這樣，在兩個銷釘(9d)的限制下，柱面噴頭(8d)可以繞其自身的外圓柱面軸心轉動。柱面噴頭(8d)內部開有長條孔，其特征是朝向加工頭(5d)內側方向長條孔的孔ロ較大,朝向上層被加工材料(6) —側的孔ロ較小。柱面噴頭(8d)朝向前進方向(11)這ー側，可以開設一排附加噴氣孔(IOd)，強化了熱氣流(2)對上層被加工材料￠)的預先軟化作用。柱面噴頭(8d)的外圓柱面與可轉噴ロ(12)的下端ロ保持有適度間隙，這ー適度間隙既保證了柱面噴頭(8d)可以繞其自身的外圓柱面軸心靈活自由轉動，又保證了不至于因柱面噴頭(8d)的轉動而使間隙加大漏過較多的熱氣流。當加工頭(5d)按預設線路或在人工操縱下，沿著前進方向(11)對エ件進行曲面加工時，柱面噴頭(8d)可以自動繞其自身軸心旋轉，同時，可轉噴ロ(12)可以繞著兩個銷釘(13)的軸心旋轉，以實現柱面噴頭(8d)噴ロ的朝向與相應時刻上層被加エ材料(6)上表面形狀的實時自動匹配。
權利要求
1.通過熱氣流的軟化作用和加壓作用，使上層材料軟化變形并使之壓合到下層材料上，取代以往的接觸式變形和施壓，出氣ロ從正上方對準上層被加工材料的待加工區域表面，從出氣ロ流出的熱氣流垂直或接近垂直作用于上層被加工材料的待加工區域上表面，從而在使上層被加工材料升溫軟化的同時，對上層被加工材料的待加工區域上表面產生ー個壓力，這ー壓力作用下，軟化的上層被加工材料與下層被加工材料之間的待加工區域緊密壓合在一起，其特征是所述熱氣流為有一定溫度和流速的氣流，該熱氣流的溫度、流速等參數，能夠保證熱氣流作用范圍內的上層被加工材料(6)迅速軟化，進氣管(I)與加工頭(5 ；5a ；5b ；5c ；5d)連通，把熱氣流(2)導入加工頭(5 ；5a ；5b ；5c ；5d)中，加工頭(5)下端開設有長條狀出氣ロ，熱氣流(2)從加工頭(5)下端的長條狀出氣ロ噴出，垂直或接近垂直作用于上層被加工材料出)的待加工區域上表面，上層被加工材料(6)迅速軟化，而后，在熱氣流產生的壓カ的作用下，上層被加工材料出)向下變形，貼附于下層被加工材料(X)的上表面，使得上層被加工材料出)的待加工區域下表面與下層被加工材料(7)的待加工區域上表面緊密壓合，經透鏡(3)投射下來的射線束(4)透過上層被加工材料￠)，在上層被加工材料(6)與下層被加工材料(7)的緊密壓合處被高效吸收，這種吸收使射線束(4)攜帶的能量轉化為熱能，此熱能使上層被加工材料出)與下層被加工材料(7)在兩者的接觸面上迅速熔化，并因上述熱氣流(2)帶來的壓緊カ而熔合，隨著加工頭(5 ；5a ；5b ；5c ；5d)與材料(6)、(7)間按著預先設計的軌跡沿方向(11)發生相對運動，上層被加工材料(6)與下層被加工材料(7)的熔合區因射線束移除而迅速降溫固化，固化后上層被加工材料(6)與下層被加工材料(7)之間的預先設定區域牢固連接在一起，從而留下一條一定寬度的帶狀焊合軌跡。
2.按權利要求I所述的熱氣流軟化、壓合透射加工裝置，其特征是柱面噴頭(8；8d)內部開有長條孔，其特征是朝向加工頭(5c;5d)內側方向長條孔的孔ロ較大，朝向上層被加工材料(6) —側的孔ロ較小。
3.按權利要求I所述的熱氣流軟化、壓合透射加工裝置，其特征是兩個銷釘(9)分別穿過加工頭(5c)的下端ロ兩側的圓孔，安裝在柱面噴頭(8)外圓柱面軸心兩端的預留孔內，在兩個銷釘(9)的限制下，柱面噴頭(8)可以繞其自身的外圓柱面軸心轉動，柱面噴頭(8)的外圓柱面與加工頭(5c)的下端ロ保持有適度間隙，這ー適度間隙既保證了柱面噴頭(8)可以繞其自身的外圓柱面軸心靈活自由轉動，又保證了不至于因柱面噴頭(8)的轉動而使間隙加大漏過較多的熱氣流。
4.按權利要求I所述的熱氣流軟化、壓合透射加工裝置，其特征是為了更加適應對曲面材料的加工，筒形加工頭(5a)的下端外圓加工有外螺紋，這一外螺紋與鎖緊螺母(17)及帶錐管套管(16)的內螺紋相配合，保證帶有內錐面的球面噴嘴(14)可以繞其自身球心(15)自由旋轉，當筒形加工頭(5a)按預設曲線或在人工操縱下對エ件進行曲面加工吋，帶有內錐面的球面噴嘴(14)可以自動繞其自身球心(15)旋轉，以實現與相應時刻上層被加エ材料(6)表面形狀的自動匹配。
5.按權利要求I所述的熱氣流軟化、壓合透射加工裝置，其特征是加工頭(5b)的下端ロ為向前進方向(11)傾斜的斜ロ。
6.按權利要求I所述的熱氣流軟化、壓合透射加工裝置，其特征是前進方向(11)的ー側，加工頭(5b)的下端口上方可以開設一排附加噴氣孔(10b)。
7.按權利要求I所述的熱氣流軟化、壓合透射加工裝置，其特征是加工頭(5d)的下端ロ用兩個銷釘(13)安裝了ー個可轉噴ロ(12)，可轉噴ロ(12)的外輪廓為前后面為兩個稍大的平面；左右兩個側面為對稱的圓弧面，并且屬于同一圓柱面，該圓柱面的軸心為兩個銷釘(13)的軸心，柱面噴頭(8d)位于可轉噴ロ(12)內，兩個銷釘(9d)分別穿過可轉噴ロ(12)兩側的圓孔，安裝在柱面噴頭(8d)外圓柱面軸心兩端的預留孔內，在兩個銷釘(9d)的限制下，柱面噴頭(8d)可以繞其自身的外圓柱面軸心轉動，柱面噴頭(8d)的外圓柱面與可轉噴ロ(12)的下端ロ保持有適度間隙，這ー適度間隙既保證了柱面噴頭(8d)可以繞其自身的外圓柱面軸心靈活自由轉動，又保證了不至于因柱面噴頭(8d)的轉動而使間隙加大漏過較多的熱氣流。
8.按權利要求I所述的熱氣流軟化、壓合透射加工裝置，其特征是前進方向(11)的ー側，柱面噴頭(8d)可以開設一排附加噴氣孔(10b)。
9.按權利要求I所述的熱氣流軟化、壓合透射加工裝置，其特征是當加工頭(5c；5d)按預設線路或在人工操縱下對エ件進行曲面加工時，柱面噴頭(8;8d)可以自動繞其自身軸心旋轉，以實現柱面噴頭(8 ；8b)噴ロ的朝向與相應時刻上層被加工材料(6)上表面形狀的實時自動匹配。
10.按權利要求I所述的熱氣流軟化、壓合透射加工裝置，其特征是當加工頭(5d)按預設線路或在人工操縱下對エ件進行曲面加工時，柱面噴頭(8d)可以自動繞其自身軸心旋轉，同時，可轉噴ロ(12)可以繞著兩個銷釘(13)的軸心旋轉，以實現柱面噴頭(8d)噴ロ的朝向與相應時刻上層被加工材料(6)上表面形狀的實時自動匹配。
11.按權利要求I所述的熱氣流軟化、壓合透射加工裝置，其特征是加工頭(5;5a;5b ；5c ；5d)掃過的地方留下一條寬度由加工頭(5 ；5a ；5b ；5c ；5d)和射線束(4)決定的加エ完成帶，緊貼著前面一條加工完成帶，重復上述動作，可以獲得由一條一條加工完成帶并排而成的加工完成面。
全文摘要
本發明涉及一種利用透射技術將工件連接起來的加工裝置。這種裝置具有加工頭，所述加工頭能夠提供投向上層被加工材料表面的熱氣流和射線束。因此，在熱氣流產生的軟化作用和壓力作用范圍內，上層被加工材料與下層被加工材料被緊密壓合在一起，加工頭的出氣口與上層被加工材料的待加工區域上表面沒有直接剛性接觸，實際上是一種柔性接觸，因而能夠從根本上解決剛性接觸施壓所帶來的諸多弊端。此時，攜帶足夠能量的射線透過上層被加工材料，投射到上層被加工材料與下層被加工材料的接合面，并在這一接合面上產生大量的熱能，把上層被加工材料與下層被加工材料熔接在一起。冷卻后，上層被加工材料與下層被加工材料被連接起來。
文檔編號B23K26/20GK102672961SQ20121002811
公開日2012年9月19日 申請日期2012年2月9日 優先權日2012年2月9日
發明者王瑛瑋, 王耀民, 程亞婷 申請人:王瑛瑋, 王耀民