[發(fā)明專利]一種激光加工異型孔的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210537260.3
• 申請日: 2012-12-12
• 公開（公告）號: CN103008892A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊勇;賈海妮;姜寶寧;楊小君
• 申請（專利權(quán)）人: 中科中涵激光設(shè)備（福建）股份有限公司
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38
• 代理公司: 西安西交通盛知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 61217
• 代理人: 陳翠蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于激光加工領(lǐng)域，具體涉及一種激光加工異型孔的方法。

背景技術(shù)

目前葉片氣膜孔加工主要是采用機械加工、電火花方法、傳統(tǒng)的納秒激光及電液束流等方式進行加工，電液束流加工效率最低，孔的輪廓形狀最不可控、加工粗糙度很差、不能加工異型孔，未能成為目前航空精密加工的主流加工方式。

1.機械加工：具有強沖擊力和熱效應(yīng)，在加工小于200微米的微孔或者微槽的難度很大、而且產(chǎn)品合格率也很低。

2.電火花加工：這種加工方式具有難以克服的缺點：加工尺寸精度不可控，加工錐度不可控，這對于要求一致性良好的倒錐形的噴油孔，是難以克服的瓶頸問題；表面粗糙度低，毛刺多；加工效率不高；只能加工導(dǎo)體；熱效應(yīng)明顯。傳統(tǒng)的電火花加工由于要求加工工件必須具有導(dǎo)電性，所以對具有熱障涂層的葉片無能為力。

3.長脈沖激光加工：其效率和尺寸控制精度都有極大地改善，但是加工表面粗糙度很低且有很大的熱影響區(qū)，并出現(xiàn)如濺落物、微裂紋等許多缺陷，因此必然會對加工區(qū)域附近的材料性能產(chǎn)生負(fù)面影響，大大影響工件的使用壽命和冷卻效果。因此，其應(yīng)用領(lǐng)域只能集中在精細(xì)度要求不高的激光切割和激光焊接等領(lǐng)域，對于需要超精細(xì)加工的領(lǐng)域卻無能為力。

根據(jù)目前的加工方式，提高發(fā)動機性能最急需解決的關(guān)鍵問題就是重鑄層和再結(jié)晶加工過程熱影響的問題，只有在此基礎(chǔ)上提高孔尺寸的一致性問題才能進一步提高發(fā)動機的熱效率。

飛秒激光冷加工技術(shù)是超精細(xì)冷加工制造工藝的典型代表，也是先進制造技術(shù)的新興方向，該技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用克服了傳統(tǒng)激光、電火花加工和電液束流加工的缺點，突破了傳統(tǒng)加工存在熱效應(yīng)、材料選擇性以及精度低的技術(shù)瓶頸，在航空領(lǐng)域?qū)O大的提高發(fā)動機的壽命和無故障運行時間、提高航空發(fā)動機的推重比且應(yīng)用于燃燒室可以實現(xiàn)飛機的節(jié)能減排。

發(fā)明內(nèi)容

針對目前新一代航空發(fā)動機異型氣膜孔加工的存在精度低、加工效率低、有重鑄層、有微裂紋、有再結(jié)晶等工藝瓶頸，本發(fā)明研究一種采用超快激光作為“特殊刀具”實現(xiàn)高效超精細(xì)異型孔冷加工的工藝手段和方法。針對上述問題，本發(fā)明提出了一種利用飛秒激光在金屬上加工異型孔的方法，保證圓孔與異型孔的加工位于同一工位上，與高精度控制系統(tǒng)配套保證了異型孔孔中圓孔的位置精度。利用微動二維平臺的一個擺動軸與五軸平臺的一個直線軸進行運動復(fù)合，再加上激光器快門的實時控制，可以精確地控制激光束刀具加工各種各樣的異型形狀。

本發(fā)明的目的是通過下述技術(shù)方案來實現(xiàn)的。具體如下：

1)驅(qū)動激光以直線方式掃描被加工工件表面，同時驅(qū)動工件沿著與所述直線垂直的方向前進；

2)隨著工件的前進，根據(jù)預(yù)先設(shè)定，改變所述直線方式掃描的線段長度，形成不規(guī)則的切割面；

3)工件復(fù)位，重復(fù)步驟1)和2）；

4)多次重復(fù)所述步驟3)，直至工件表面的加工厚度達到預(yù)設(shè)值，形成不規(guī)則孔。

進一步地，所述步驟2)中，通過改變激光掃描時的振幅或激光開關(guān)快門時間來改變掃描的線段長度。

進一步地，通過PZT致動反射鏡的方式來驅(qū)動激光振蕩掃描。

本發(fā)明的有益效果是：

攻克傳統(tǒng)加工存在熱效應(yīng)、材料選擇性以及精度低的技術(shù)瓶頸，在航空領(lǐng)域?qū)O大的提高發(fā)動機的壽命和無故障運行時間、提高航空發(fā)動機的推重比且應(yīng)用于燃燒室可以實現(xiàn)飛機的節(jié)能減排。

附圖說明

圖1是異型孔加工實驗裝置原理圖。

圖2是變振幅復(fù)合加工運動原理圖。

圖3是單層異型面的控制流程圖。

圖4是異型孔的控制流程圖.

圖5是光束快門變振幅復(fù)合加工運動原理圖。

圖6所示為單層異型面通過光束快門時序控制方法控制流程圖。

圖7為異型孔激光加工的整體控制流程圖。

具體實施方式

如圖1所示，實現(xiàn)本發(fā)明的加工異型孔方法激光加工設(shè)備主要由二維擺動光學(xué)微動平臺1（如PZT致動微動平臺）、45°平面反射鏡2、平行平板玻璃3、聚焦鏡4、以及被加工工件5組成。其中，二維擺動光學(xué)微動平臺可以實現(xiàn)繞平面反射鏡中心的一維、二維擺動，可以實現(xiàn)繞平面反射鏡法線的二維擺動，從而對入射進來的激光光束實現(xiàn)螺旋運動、圓運動、直線運動。平行平板玻璃可以繞其中心軸做高速回轉(zhuǎn)運動；聚焦鏡對入射進來的平行光束進行能量匯聚，傳導(dǎo)到被加工材料并被吸收，轉(zhuǎn)化為溫度場，從而熔化、氣化材料，經(jīng)過排屑，便形成了簸箕孔的加工。