【技术实现步骤摘要】
超声射流辅助飞秒激光旋切气膜冷却孔加工装备及方法
[0001]本专利技术涉及涡轮叶片气膜冷却孔制备
，具体而言，尤其涉及一种超声射流辅助飞秒激光旋切气膜冷却孔加工装备及方法。
技术介绍
[0002]涡轮叶片是航空发动机的核心零部件，也是发动机运行过程中温度最高、热冲击最强、工况最恶劣的零部件。随着航空发动机性能的不断提升，涡轮前燃气温度原来越高。目前，推重比10的民用飞机发动机涡轮前燃气温度约为1900K，推重比为15～20的战机发动机涡轮前燃气温度可达2300K，均已超过用于制作涡轮叶片的高温合金的熔点。为了使涡轮叶片能在高温环境下正常工作，需要用特定方式对其进行隔热与冷却。隔热方式通常采用热障涂层技术，即在叶片表面涂覆热导率低的陶瓷涂覆层进行隔热；冷却方式主要有对流冷却、冲击冷却、发散冷却和气膜冷却，其中气膜冷却可在2％～3％的冷却空气占比情况下实现接近1的冷却效率，因此最为常用。气膜冷却技术的原理是通过气膜孔将内部通道的冷空气释放出来，在叶片表面形成一层气膜，从而达到冷却目的。一台高性能航空发动机的涡轮叶片上共有...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种超声射流辅助飞秒激光旋切气膜冷却孔加工装备，其特征在于，包括：工控机(4)以及由工控机(4)控制的五轴数控平台、超声振动装置、磨料射流装置、激光旋切装置和温度检测系统，所述五轴数控平台包括机架以及设置在机架上的X向移动机构、Y向移动机构和Z向移动机构，X向移动机构连接在Y向移动机构上，超声振动装置安装在X向移动机构上，激光旋切装置安装在Z向移动机构上，磨料射流装置和温度检测系统安装在激光旋切装置上，涡轮叶片(10)安装在超声振动装置上，通过X向移动机构和Y向移动机构来实现超声振动装置带着涡轮叶片(10)进行旋转以及进行X向和Y向的平动，使涡轮叶片(10)置于加工位置；通过Z向移动机构来实现磨料射流装置、激光旋切装置和温度检测系统进行Z向的平动，对涡轮叶片(10)进行加工；所述激光旋切装置用于对涡轮叶片(10)进行激光旋切打孔以加工出气膜冷却孔，所述超声振动装置用于对涡轮叶片(10)施加高频超声振动，并在磨料射流装置的协同作用下去除气膜冷却孔处激光加工热量累积效应留下的微重铸层(19)和微热影响区，实现涡轮叶片(10)曲面上气膜冷却孔的高效高质量加工；所述温度检测系统在加工过程中通过比色测温法对加工区域温度进行同轴检测，并将实时温度分布传输至工控机(4)后进行闭环控制；所述温度检测系统包括依次设置的分束镜(22)、带通滤波片(24)和超高速CCD相机(8)，加工区域的热辐射(23)经同轴分束镜(22)反射并通过带通滤波片(24)滤波后被超高速CCD相机(8)接收，信号传输至工控机(4)通过比色测温法计算得到加工区域实时温度分布，并进行闭环控制，保证加工质量。2.根据权利要求1所述的超声射流辅助飞秒激光旋切气膜冷却孔加工装备，其特征在于，所述五轴数控平台具有沿X向、Y向和Z向平动以及沿A轴和C轴转动的五个自由度，可进行五轴联动在涡轮叶片(10)曲面上加工异型气膜冷却孔；所述五轴数控平台还包括A轴旋转工作台(14)和C轴旋转工作台(13)，A轴旋转工作台(14)安装在X向移动机构上，C轴旋转工作台(13)安装在A轴旋转工作台(14)上，超声振动装置安装在C轴旋转工作台(13)上，涡轮叶片(10)通过夹具固定在超声振动装置上；C轴旋转工作台(13)用于实现超声振动装置带着涡轮叶片(10)沿C轴方向进行转动，A轴旋转工作台(14)用于实现C轴旋转工作台(13)沿A轴方向进行转动，X向移动机构用于实现A轴旋转工作台(14)进行X向的平动，Y向移动机构用于实现X向移动机构进行Y向的平动。3.根据权利要求1或2所述的超声射流辅助飞秒激光旋切气膜冷却孔加工装备，其特征在于，所述机架包括底座(1)和立柱(2)，立柱(2)安装在底座(1)上，Y向移动机构安装在底座(1)上，Z向移动机构安装在立柱(2)上；所述X向移动机构、Y向移动机构和Z向移动机构分别采用X向滑台(15)、Y向滑台(16)和Z向滑台(3)结构。4.根据权利要求1所述的超声射流辅助飞秒激光旋切气膜冷却孔加工装备，其特征在于，所述磨料射流装置中设置有磨料射流喷嘴(9)，磨料射流装置由工控机(4)控制，在激光旋切装置对涡轮叶片(10)进行激光旋切打孔的同时，通过压缩空气在喷嘴处产生负压，高压气体与微纳...
【专利技术属性】
技术研发人员：张振宇，顾秦铭，朱嘉旭，冯俊元，侯学章，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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