一种在涡轮叶片中加工气膜孔的方法和系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种在涡轮叶片中加工气膜孔的方法和系统，该方法包括：根据构成所述气膜孔的渐扩出口的圆锥状部分的轮廓形状获取所述圆锥状部分的圆锥中心线；根据构成所述气膜孔的入口的圆柱状部分的轮廓形状获取所述圆柱状部分的圆柱中心线；发射与所述圆锥中心线和所述圆柱中心线中的一者重合的激光束，以逐层去除所述涡轮叶片中的第一区域的与所述激光束垂直的材料层，所述第一区域对应于与所述一者相关联的第一气膜孔部分；使所述激光束偏转成与所述圆锥中心线和所述圆柱中心线中的另一者重合，以逐层去除所述涡轮叶片中的第二区域的与所述激光束垂直的材料层，所述第二区域对应于与所述另一者相关联的第二气膜孔部分。气膜孔部分。气膜孔部分。

【技术实现步骤摘要】
一种在涡轮叶片中加工气膜孔的方法和系统


[0001]本专利技术涉及微孔加工
，尤其涉及一种在涡轮叶片中加工气膜孔的方法和系统。

技术介绍

[0002]气膜孔是在航空发动机的涡轮叶片中形成的通孔，经由气膜孔输送的冷却空气可以与叶片周围的高温燃气相互作用并在涡轮叶片的表面形成一层低温空气膜，从而达到对涡轮叶片进行冷却和保护的目的。
[0003]过去的气膜孔通常为直圆孔，对于这种类型的气膜孔而言，出口处会形成产生较大的应力集中的锐边，而导致叶片整体发生断裂失效的裂纹源往往会最先产生在这样的锐边处，因此出口处存在的锐边会对叶片的可靠性与持久性产生较为严重的不利影响。随着航空发动机推力的增加，涡轮转速也不断提高，对气膜孔的冷却性提出了更高的要求，气膜孔随之演化成了带倒角的异形孔结构。
[0004]对于新型气膜孔的加工，电火花工艺或电液束工艺已经无法满足工艺需求。采用这两种工艺加工出的气膜孔会存在以下的缺陷：加工过程中产生的电解产物会对已加工成型的气膜孔壁产生二次放电，使气膜孔内壁的粗糙度变差甚至产生重熔层，而微小的几何偏差就会影响低温空气膜的形状进而对发动机叶片的可靠性产生不利影响。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术实施例期望提供一种在涡轮叶片中加工气膜孔的方法和系统，即能够避免在出口处形成产生较大的应力集中的锐边，又能够降低气膜孔的内壁的粗糙度，防止重熔层的产生。
[0006]本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供了一种在涡轮叶片中加工气膜孔的方法，所述方法包括：
[0008]根据构成所述气膜孔的渐扩出口的圆锥状部分的轮廓形状获取所述圆锥状部分的圆锥中心线；
[0009]根据构成所述气膜孔的入口的圆柱状部分的轮廓形状获取所述圆柱状部分的圆柱中心线；
[0010]发射与所述圆锥中心线和所述圆柱中心线中的一者重合的激光束，以逐层去除所述涡轮叶片中的第一区域的与所述激光束垂直的材料层，所述第一区域对应于与所述一者相关联的第一气膜孔部分；
[0011]使所述激光束偏转成与所述圆锥中心线和所述圆柱中心线中的另一者重合，以逐层去除所述涡轮叶片中的第二区域的与所述激光束垂直的材料层，所述第二区域对应于与所述另一者相关联的第二气膜孔部分。
[0012]第二方面，本专利技术实施例提供了一种在涡轮叶片中加工气膜孔的系统，所述系统
包括：
[0013]圆锥中心线获取单元，所述圆锥中心线获取单元配置成根据构成所述气膜孔的渐扩出口的圆锥状部分的轮廓形状获取所述圆锥状部分的圆锥中心线；
[0014]圆柱中心线获取单元，所述圆柱中心线获取单元配置成根据构成所述气膜孔的入口的圆柱状部分的轮廓形状获取所述圆柱状部分的圆柱中心线；
[0015]激光加工单元，所述激光加工单元配置成发射与所述圆锥中心线和所述圆柱中心线中的一者重合的激光束，以逐层去除所述涡轮叶片中的第一区域的与所述激光束垂直的材料层，所述第一区域对应于与所述一者相关联的第一气膜孔部分；
[0016]偏转单元，所述偏转单元配置成使所述激光束偏转成与所述圆锥中心线和所述圆柱中心线中的另一者重合，以逐层去除所述涡轮叶片中的第二区域的与所述激光束垂直的材料层，所述第二区域对应于与所述另一者相关联的第二气膜孔部分。
[0017]本专利技术实施例提供了一种在涡轮叶片中加工气膜孔的方法和系统，气膜孔不再形成为直圆孔，而是除了包括直圆孔部分即上述的圆柱状部分之外还包括使出口渐扩的圆锥状部分，由此避免了在气膜孔的出口处形成锐边，从而避免了裂纹源的产生，而且，不再采用电火花工艺或电液束工艺，而是利用激光束来进行激光加工，由此避免了重熔层的产生，并且在激光加工的过程中，尽管进行了一次激光束的方向的调整，但是与激光束沿着单一方向完成整个气膜孔的加工相比，能够使实际加工出的气膜孔的形状与期望加工出或者说理论上的气膜孔的形状的符合程度达到最高，避免了气膜孔的内壁的粗糙度较差的问题，确保了低温空气膜的形状以及对发动机叶片的可靠降温。
附图说明
[0018]图1示出了根据本专利技术的实施例的在涡轮叶片中加工气膜孔的方法的示意图；
[0019]图2示出了根据本专利技术的实施例的在涡轮叶片中加工气膜孔的方法的说明性截面图；
[0020]图3示出了根据本专利技术的实施例的获取圆锥状部分的圆锥中心线的方法的示意图；
[0021]图4示出了根据本专利技术的实施例的获取圆锥状部分的圆锥中心线的方法的说明性截面图；
[0022]图5示出了激光束与待加工平面不垂直时导致加工过量的说明性示意图；
[0023]图6示出了根据本专利技术的另一实施例的在涡轮叶片中加工气膜孔的方法的说明性截面图；
[0024]图7示出了根据本专利技术的实施例的在涡轮叶片中加工气膜孔的系统的组成部件示意图；
[0025]图8示出了根据本专利技术的实施例的圆锥中心线获取单元的组成部件示意图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0027]对此，参见图1并结合图2，本专利技术实施例提供了一种在涡轮叶片TB中加工气膜孔H
的方法，其中，图2中通过点填充的区域示意性地示出了涡轮叶片TB，待加工出的气膜孔H形成为将涡轮叶片TB贯穿，以使附图中未详细示出的冷却气体穿过涡轮叶片TB流动并且在气膜孔H的出口HO一侧形成用于对涡轮叶片TB进行冷却的气膜，所述方法可以包括：
[0028]S101：根据构成所述气膜孔H的渐扩出口HO的圆锥状部分H1的轮廓形状获取所述圆锥状部分H1的圆锥中心线C1；
[0029]S102：根据构成所述气膜孔H的入口HI的圆柱状部分H2的轮廓形状获取所述圆柱状部分H2的圆柱中心线C2；
[0030]S103：发射与所述圆锥中心线C1和所述圆柱中心线C2中的一者重合的激光束LB，以逐层去除所述涡轮叶片TB中的第一区域的与所述激光束LB垂直的材料层，所述第一区域对应于与所述一者相关联的第一气膜孔部分，这里，在图2中具体地示出了，激光束LB(通过实线细长框示意性地示出)从上至下发射并且首先对涡轮叶片TB中与圆锥状部分H1对应的材料层进行去除，如在图2中通过处于圆锥状部分H1内的叠置的多个方框示意性地示出的，也就是说，在图2示出的示例中，“一者”为圆锥中心线C1，而与圆锥中心线C1相关联的第一气膜孔部分为圆锥状部分H1，另外，尽管在附图中未示出，但可以理解的是，激光束也可以从下至上发射并且首先对涡轮叶片TB中与圆柱状部分H2对应的材料层进行去除，也就是说，在这种情况下，“一者”为圆柱中心线C2，而与圆柱中心线C2相关联的第一气膜孔部分为圆柱状部分H2；
[0031]S104：例如根据所述圆锥中心线C1与所述圆柱中心线C2之间的夹角的角度α使所述激光束LB偏转成与所述圆锥中心线C1和所述圆柱中心线C2中的另一者重合，以逐层去除所述涡轮叶片TB中的第二区本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种在涡轮叶片中加工气膜孔的方法，其特征在于，所述方法包括：根据构成所述气膜孔的渐扩出口的圆锥状部分的轮廓形状获取所述圆锥状部分的圆锥中心线；根据构成所述气膜孔的入口的圆柱状部分的轮廓形状获取所述圆柱状部分的圆柱中心线；发射与所述圆锥中心线和所述圆柱中心线中的一者重合的激光束，以逐层去除所述涡轮叶片中的第一区域的与所述激光束垂直的材料层，所述第一区域对应于与所述一者相关联的第一气膜孔部分；使所述激光束偏转成与所述圆锥中心线和所述圆柱中心线中的另一者重合，以逐层去除所述涡轮叶片中的第二区域的与所述激光束垂直的材料层，所述第二区域对应于与所述另一者相关联的第二气膜孔部分。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据使所述气膜孔的出口渐扩的圆锥状部分的轮廓形状获取所述圆锥状部分的圆锥中心线，包括：使多个平面与所述圆锥状部分相交成使得所述多个平面与所述圆锥状部分的周向面之间的相应的多个相交线都为圆形，以将所述多个相交线作为所述圆锥状部分的相应的多个圆形周缘；根据构成所述多个圆形周缘的点的坐标获取所述多个圆形周缘的相应的多个圆心；将连接所述多个圆心的连接线作为所述圆锥中心线，并且，所述根据所述气膜孔中除所述圆锥状部分以外的圆柱状部分的轮廓形状获取所述圆柱状部分的圆柱中心线，包括：使多个平面与所述圆柱状部分相交成使得所述多个平面与所述圆柱状部分的周向面之间的相应的多个相交线都为圆形，以将所述多个相交线作为所述圆柱状部分的相应的多个圆形周缘；根据构成所述多个圆形周缘的点的坐标获取所述多个圆形周缘的相应的多个圆心；将连接所述多个圆心的连接线作为所述圆柱中心线。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述激光束从与所述一者重合偏转至与所述另一者重合通过至少两个分步偏转完成，并且所述激光束在除最后一步偏转以外的每步偏转后都逐层去除所述涡轮叶片中的第三区域的与所述激光束垂直的材料层，所述第三区域对应于将所述第一气膜孔部分和所述第二气膜孔部分连接的第三气膜孔部分。4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述圆锥中心线与在所述圆锥中心线与所述涡轮叶片之间的交点处与所述涡轮叶片相切的切平面之间的夹角介于40
°
至60
°
之间。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光束为旋切扫描的激光束，并且对于去除所述第一区域中的单层材料，所述激光束以所述圆锥中心线为扫描起点并且通过单次旋切扫描完成，对于去除所述第二区域中的单层材料，所述激光束以所述圆柱中心线为扫描起点并且通过单次旋切扫描完成。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述激光束为飞秒激光束或者皮秒激光束。7.一种在涡轮叶片中加工气膜孔的系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，吕广明，麻丁龙，田东坡，
申请(专利权)人：西安中科微精光子科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：