[發明專利]一種航空發動機火焰筒異型氣膜孔的超快激光加工方法

有效

• 申請號: 202110205492.8
• 申請日: 2021-02-24
• 公開（公告）號: CN113059277B
• 公開（公告）日: 2022-11-04
• 發明（設計）人: 賈天卿;陳龍;曹凱強;蔣其麟;徐紅星
• 申請（專利權）人: 星控激光科技（上海）有限公司
• 主分類號: B23K26/38
• 分類號: B23K26/38;B23K26/082
• 代理公司: 上海藍迪專利商標事務所(普通合伙) 31215
• 代理人: 徐筱梅;張翔

本發明公開了一種航空發動機火焰筒異型氣膜孔的超快激光加工方法，包括由五軸平移臺與四光楔、超快激光器和計算機組成的激光加工系統，其特點是采用振鏡加工頭與四光楔協同旋切的方法，利用五軸平移臺對火焰筒的空間姿態調整進行異型氣膜孔的超快激光加工。本發明與現有技術相比具有精度高，孔型好，無裂紋，沒有材料選擇性等優點，在航空發動機火焰筒異型氣膜孔的加工中，取得了較好的加工效果，實用性強，明精度高、可靠、高效，可以用于加工高深徑比、內部空間結構復雜的微孔，真正解決了利用較簡單、穩定的設備加工多種復雜結構異型氣膜孔的難題，具有在航空發動機火焰筒異型氣膜孔的加工中推廣應用的價值。

技術領域

本發明涉及超快激光加工技術領域，尤其是一種用于民用航空發動機火焰筒的異型氣膜孔加工方法。

背景技術

航空發動機是靠燃燒室高溫高壓氣體推動葉片高速旋轉而產生巨大動力，對于目前的高性能燃燒室，燃燒產生的溫度高達2400K。即使目前最先進的單晶材料，其熔點也只有為1500K，遠低于這個燃燒中心的溫度。所以必需采用冷卻技術來對暴露在高溫燃氣側的火焰筒壁進行冷卻。目前氣膜孔冷卻技術是一種效率比較高的技術。高壓冷卻氣流通過氣膜孔，在火焰筒壁形成一層均勻的冷卻膜保護層，降低火焰筒壁的溫度，使其能承受高溫高壓氣流的沖擊。

火焰筒是典型的大尺寸薄壁件，其厚度只有2mm，直徑則大于800mm，甚至1000mm以上。在火焰筒上加工1萬個以上的異型氣膜孔難度極高。筒壁有類陶瓷的熱障涂層，且傾角很大，無法使用機械加工。采用電火花加工的工序繁多，重熔層厚，有微裂紋，孔型不規則。近年來，超快激光冷加工技術越來越受到人們重視，它能夠克服傳統激光、電火花加工等方式的諸多不足。同時，通過對光束空間運動軌跡的調控，配合精密五軸運動系統的發展，這為復雜精密結構激光加工提供了條件。

現有技術的幾種激光加工方法僅適用于一般異型孔型的加工，除五軸運動系統外，還需增加其他旋轉軸或電控設備，存在通用性不強、設備復雜、重熔層厚及加工效率低等制約因素。在火焰筒上加工1萬個以上的異型氣膜孔，它不能簡單的采用搖籃式五軸聯動方法加工異型氣膜孔，其主要原因在于：搖籃式五軸機床把火焰筒氣膜孔的按照設定的方位角和三維坐標定位在振鏡加工頭下方，但在加工過程中五軸機床是穩定不動的，高速抖動會導致火焰筒薄壁件形變，二是搖籃、轉盤、夾具太重（轉盤1000mm的搖籃通常4噸以上），高速抖動的精度很差，不能保證異型氣膜孔的孔型和加工精度。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術不足而提供的一種航空發動機火焰筒異型氣膜孔的超快激光加工方法，采用四光楔旋切和振鏡加工頭協同加工的方法，對航空發動機火焰筒上的異型氣膜孔進行皮秒激光加工，利用精密五軸運動系統進行復雜結構的異型孔加工，旋切保證了深孔的加工質量，振鏡保證了異型孔的孔型，大大減小了孔邊緣的熱效應，具有加工方法簡便，制作成本低，精度高，孔型好，無裂紋，沒有材料選擇性等優點，尤其在航空發動機的火焰筒異型氣膜冷卻孔的加工中，大大提高了異型孔的加工精度和制造質量，取得了較好的加工效果，實用性強，具備廣泛的推廣和應用前景。

本發明的目的是這樣實現的：一種航空發動機火焰筒異型氣膜孔的超快激光加工方法，包括由五軸平移臺與四光楔、超快激光器和計算機組成的激光加工系統，其特點是采用振鏡加工頭與四光楔協同旋切的方法，利用五軸平移臺對火焰筒的空間姿態調整進行異型氣膜孔的超快激光加工，具體加工包括下述步驟：

步驟一：使用三維掃描儀對火焰筒進行掃描，將得到的實體模型與設計模型進行比較并校準安裝誤差，然后根據火焰筒的設計模型，將異型孔的三維坐標一一輸入計算機。

步驟二：利用五軸平移臺通過計算機對火焰筒的空間姿態進行調整，將氣膜孔入口移到振鏡加工頭的正下方，使用超快激光器通過四光楔的旋切，加工出與氣膜孔出口尺寸一致的圓柱形通孔。

步驟三：計算機控制振鏡加工頭進行標刻，加工出與設計模型一致的氣膜孔入口，完成與設計模型尺寸一致的異型孔的加工。