可一次进行群孔加工的系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种可一次进行群孔加工的系统。所述系统包括：激光加工单元，用于在主要由待加工工件、绝缘层和阴极导电层依次叠层形成的多层拼接结构上预加工形成多个沿厚度方向贯穿所述工件的通孔；电解加工单元，包括加工腔室和电解液供给机构，所述加工腔室用于容置所述多层拼接结构，所述电解液供给机构用于向加工腔室内提供电解液；驱动单元，用于驱使所述多层拼接结构表面的不同区域与所述激光加工单元提供的高能量激光束接触反应，所述驱动单元、激光加工单元和加工腔室设置在底座上。本实用新型专利技术实施例提出的一种可一次进行群孔加工的系统，能够兼顾高质量群孔加工中的加工效率与加工质量，从而满足无再铸层群孔的高效精密加工需求。高效精密加工需求。高效精密加工需求。

【技术实现步骤摘要】
可一次进行群孔加工的系统


[0001]本技术特别涉及一种可一次进行群孔加工的系统，属于特种加工


技术介绍

[0002]在航空航天领域中，群孔结构的应用十分广泛。航空制造业针对精密微细群孔加工，特别是航空发动机叶片上气膜冷却孔的加工，有着极其苛刻的加工要求，其中包括无重铸层、微裂纹等缺陷，且需严格控制热影响层的厚度，传统的加工工艺已经难以满足。
[0003]激光加工通过能量聚焦方式，可实现高能量密度的输出。目前，高能激光的功率输出已达到万瓦级别，已广泛应用于航空航天、核工业等制造领域中的难加工材料切割以及焊接等。常规短脉冲激光可加工如20mm铝合金、50mm不锈钢的大厚度金属板，2kW级别准连续激光器能在高温合金上实现500mm/min的打孔速率，15kW能级激光器在20mm铝合金板材上能在1s内完成内通圆孔的加工，远高于电解加工小孔所能达到的2
‑
4mm/min的最大速度。但作为一种热加工工艺，激光加工难以避免地会在微孔内表面形成再铸层、微裂纹等缺陷，影响零件的力学性能和使用寿命。
[0004]电解加工利用阳极溶解原理实现工件既定区域的材料蚀除，具有无工具损耗、无热影响区、无再铸层等优势，广泛应用于金属材料的高质量复杂结构的加工。管电极电解加工是以管状金属作为工具阴极，利用电解液从金属管内孔高速流出，蚀除材料并及时将电解产物从加工区域带出，可实现介入式高质量深小孔加工。但相对于激光加工而言，电解加工的材料去除速率较低，同时，管电极电解加工还存在加工区中心残留消除困难等问题。
[0005]激光与电解复合加工方法结合了激光加工材料去除速率高与电解加工表面质量好、无热影响区的优点，可以实现低热损伤高效精密加工。激光与电解复合加工方法主要包括分步式复合加工与和同步复合加工。分步式复合加工利用激光在工件上预先加工贯穿的微孔结构，而后将管状电极伸入预制孔中，通过电化学反应完成小孔结构的加工，并去除激光加工形成的再铸层、微裂纹。该方法一定程度上提高了单个高质量小孔的加工效率，但面对如滤网等具有大面积曲面群孔结构加工需求的零部件，采用逐孔加工的方式定位困难，加工效率低下，并且在电解后处理过程中存在阴极管电极定位困难的问题。
[0006]本案技术人提出的激光与电解同轴同步复合加工技术 (ZL201711136789.3、ZL201711136281.3)，可实现深小孔的介入式高效、高质量加工，从原理上解决了分布式复合加工中工艺切换导致定位精度难以控制的问题，但是面对群孔整体结构的加工需求，仍无法解决采用逐孔加工方式效率低下的问题。

技术实现思路

[0007]本技术的主要目的在于提供一种可一次进行群孔加工的系统，从而克服现有技术中的不足。
[0008]为实现前述技术目的，本技术采用的技术方案包括：
[0009]本技术实施例还提供了一种可一次进行群孔加工的系统，用于实现所述的无
再铸层群孔激光与电解原位组合加工方法，所述可一次进行群孔加工的系统包括：
[0010]激光加工单元，其至少用于提供高能量激光束并以所述高能量激光束在主要由待加工工件、绝缘层和阴极导电层沿厚度方向依次叠层形成的多层拼接结构的预定区域预加工形成多个沿厚度方向贯穿所述工件的通孔；
[0011]电解加工单元，包括加工腔室和电解液供给机构，所述加工腔室至少用于容置所述多层拼接结构，所述电解液供给机构与所述加工腔室连接并至少用于向所述加工腔室内提供电解液；
[0012]驱动单元，所述驱动单元至少用于驱使所述加工腔室和/或激光加工单元沿预定轨迹运动，以使所述多层拼接结构表面的不同区域与所述激光加工单元提供的高能量激光束接触反应；
[0013]其中，所述驱动单元、激光加工单元和加工腔室设置在底座上。
[0014]与现有技术相比，本技术实施例提出的一种可一次进行群孔加工的系统，能够兼顾高质量群孔(即多个通孔)加工中的加工效率与加工质量，解决现有的激光与电解复合加工方法采用逐孔加工导致整体加工效率低下、分布组合加工电极精准对中定位难度高等问题，从而满足无再铸层群孔的高效精密加工需求。
附图说明
[0015]图1是本技术一典型实施案例中提供的一种可一次进行群孔加工的系统的结构示意图；
[0016]图2是本技术一典型实施案例中提供的一种可一次进行群孔加工的系统的部分结构示意图；
[0017]图3是本技术一典型实施案例中提供的一种无再铸层群孔激光与电解原位组合加工方法的流程示意图；
[0018]图4是本技术一典型实施案例中提供的对多层拼接结构进行电解加工处理的原理示意图。
具体实施方式
[0019]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0020]本技术实施例提出的一种可一次进行群孔加工的系统，在保证深小孔高效、高质量加工的前提下，解决群孔加工效率提高的技术性问题，进一步优化现有的激光与电解复合加工方式，实现了大面积群孔结构的同步加工，提高了激光与电解复合加工的加工效率。
[0021]本技术实施例提出的一种可一次进行群孔加工的系统，能够兼顾高质量群孔(即多个通孔)加工中的加工效率与加工质量，解决现有的激光与电解复合加工方法采用逐孔加工导致整体加工效率低下、分布组合加工电极精准对中定位难度高等问题，从而满足无再铸层群孔的高效精密加工需求。
[0022]本技术实施例提供了一种无再铸层群孔激光与电解原位组合加工方法，包括：
[0023]提供主要由待加工工件、绝缘层和阴极导电层沿厚度方向依次叠层形成的多层拼接结构；
[0024]先以高能量激光束在所述待加工工件表面的预定区域预加工形成多个沿厚度方向贯穿所述多层拼接结构的通孔；
[0025]再将所述待加工工件、阴极导电层分别与电源的正极、负极电连接，使所述多层拼接结构内的多个通孔浸没于电解液中，且使所述电解液与所述待加工工件、阴极导电层形成导电通路并进行电化学蚀除反应，从而使所述通孔内壁的重铸层被反应除去。
[0026]在一些较为具体的实施方案中，所述的无再铸层群孔激光与电解原位组合加工方法包括：以聚焦透镜将所述高能量激光束聚焦到多层拼接结构表面的预定区域，并使高能量激光束沿所述多层拼接结构的厚度方向垂直传输，从而形成所述的通孔。
[0027]在一些较为具体的实施方案中，多个所述通孔是由一束或多束高能量激光束多次加工形成，或者，多个所述通孔是由多束高能量激光束一次加工形成，其中，所述重铸层是由所述多层拼接结构在高能量激光束的作用下反应形成的。
[0028]在一些较为具体的实施方案中，所述高能量激光束的能量密度为 108‑
10
10
J/cm2。
[0029]在一些较为具体的实施方案中，所述的无再铸层群孔激光与电解原位组合加本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可一次进行群孔加工的系统，其特征在于包括：激光加工单元，其至少用于提供高能量激光束并以所述高能量激光束在主要由待加工工件、绝缘层和阴极导电层沿厚度方向依次叠层形成的多层拼接结构的预定区域预加工形成多个沿厚度方向贯穿所述工件的通孔；电解加工单元，包括加工腔室和电解液供给机构，所述加工腔室至少用于容置所述多层拼接结构，所述电解液供给机构与所述加工腔室连接并至少用于向所述加工腔室内提供电解液；驱动单元，所述驱动单元至少用于驱使所述加工腔室和/或激光加工单元沿预定轨迹运动，以使所述多层拼接结构表面的不同区域与所述激光加工单元提供的高能量激光束接触反应，其中，所述驱动单元、激光加工单元和加工腔室设置在底座上。2.根据权利要求1所述可一次进行群孔加工的系统，其特征在于：所述激光加工单元包括激光器、激光束传输光路和激光加工头，所述激光器经所述激光束传输光路与激光加工头连接，所述激光加工头朝向所述加工腔室。3.根据权利要求2所述可一次进行群孔加工的系统，其特征在于：所述加工腔室内还设置有工件夹具，所述工件夹具至少用于固定所述多层拼接结构。4.根据权利要求3所述可一次进行群孔加工的系统，其特征在于：所述工件夹具还将所述加工腔室分隔为彼此连通的第一腔室和第二腔室，当以所述工件夹具固定所述多层拼接结构时，所述多层拼接结构能够同时被设置在所述第一腔室和第二腔室中。5.根据权利要求4所述可一次进行群孔加工的系统，其特征在于：所述第一腔室和第二腔室...

【专利技术属性】
技术研发人员：王玉峰，杨勇，邵福慧，张文武，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：新型
国别省市：