一种超短脉冲激光束无损伤加工窄缝型腔微孔的方法技术

本发明专利技术涉及特种加工领域，尤其涉及一种超短脉冲激光束无损伤加工窄缝型腔微孔的方法，包括以下步骤：S1，叶片内腔防护：从叶片排气边的劈缝侧边，向叶片的狭窄型气膜孔加工部位的内腔中塞入激光防护物；S2，定位叶片狭窄型气膜孔的加工位置；S3，叶片狭窄型气膜孔的加工：使用超短脉冲激光束加工设备以动光式光束逐层扫面方式进行加工，同时通过CCD同轴视屏监控系统对加工过程进行监控。本发明专利技术将激光主动防护技术(超短脉冲激光束参数控制)、激光被动防护技术(防护物填充及去除)、孔位精确定位技术(多特征点定位)、实时加工监测技术(CCD同轴视屏监控系统)，融合创新，形成成套加工方法。形成成套加工方法。形成成套加工方法。

【技术实现步骤摘要】
一种超短脉冲激光束无损伤加工窄缝型腔微孔的方法


[0001]本专利技术涉及特种加工领域，具体为一种超短脉冲激光束无损伤加工窄缝型腔微孔的方法。

技术介绍

[0002]航空发动机高压涡轮工作叶片由高温合金定向精密铸造而成，其前缘、叶身型面等部位设计了大量的气膜孔，孔径一般在Φ0.2mm
‑
Φ0.6mm，空间角度复杂。其中某些特定用途的气膜孔设计在半封闭的狭窄型腔内(型腔窄缝0.3～0.6mm)(图1)，且空间角度复杂，孔径Φ0.25mm，加工困难。采用激光加工此类气膜孔时，很容易击伤叶片内腔的扰流柱并在腔体内造成飞溅物残留，或因定位误差较大，位置度超差，击伤侧壁，造成废品。
[0003]面对新型航空发动机涡轮叶片气膜孔的发展需求，涡轮叶片气膜冷却孔无损伤激光制孔问题将更加突出，某些特定用途的气膜孔的加工位置越来越不易加工，而叶片内腔空间将越来越窄，无论是孔位精确定位问题还是内腔击伤防护问题，将面临更加苛刻的条件，无损伤激光制孔工艺方法尤为重要和关键。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种超短脉冲激光束无损伤加工窄缝型腔微孔的方法，实现孔位精确定位、内腔无飞溅物粘连、腔体无击伤的无损伤激光微孔高质量加工，且工艺流程简单，满足设计要求。
[0005]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0006]一种超短脉冲激光束无损伤加工窄缝型腔微孔的方法，包括以下步骤：
[0007]S1，叶片内腔防护：从叶片排气边的劈缝侧边，向叶片的狭窄型气膜孔加工部位的内腔中塞入激光防护物；
[0008]S2，定位叶片狭窄型气膜孔的加工位置；
[0009]S3，叶片狭窄型气膜孔的加工：使用超短脉冲激光束加工设备以动光式光束逐层扫面方式进行加工，同时通过CCD同轴视屏监控系统对加工过程进行监控。优选的，在S1中，激光防护物与叶片材质相同。
[0010]优选的，在S2中，定位的具体步骤如下：
[0011]S21，采用隼齿结构定位，通过定位拉钉将叶片夹具安装在安装在机床轴卡盘上的快换夹具定位座上；
[0012]S22，采用多特征点定位技术对叶片进行定位，使工件基准坐标与机床基准坐标统一；
[0013]S23，在窄缝型腔体周围，选取特征定位点定位气膜孔的加工位置。
[0014]优选的，在S22中，定位点选取八个，通过多特征点定位控制程序利用红外激光测距仪测量采集6
‑
8定位点数据，与理论叶片定位点数据对比计算，进行插值补偿运算。
[0015]优选的，在S22中，控制位置度定位误差＜0.3mm。
[0016]优选的，在S23中，控制位置度定位误差小于0.1mm。
[0017]优选的，在S3中，加工时，根据气膜孔的不同位置采用多段式参数进行加工。
[0018]优选的，采用动光式光束逐层扫面方式加工时，具体步骤如下：
[0019]S31，将气膜孔根据位置结构分成n个加工区域；
[0020]S32，将每个加工区域分成不同圈数及层数；
[0021]S33，将每个加工区域段圈数分成不同的圈区；
[0022]S34，分别设置每个加工区域段不同圈区功率。
[0023]优选的，在S31中，气膜孔根据位置不同分为四段，记为孔入口、孔上端、孔下端和孔出口。
[0024]优选的，在S32中，气膜孔分为孔入口的层数为第1～25层，孔上端的层数为第26～50层，孔下端的层数为第51～60层；孔出口的层数为第61～70层。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026]本专利技术一种超短脉冲激光束无损伤加工窄缝型腔微孔的方法根据零件特点通过激光主动防护技术(超短脉冲激光束参数控制)及激光被动防护技术(防护物填充及去除)相互结合，实现无损伤高质量制孔，利用实时加工监测技术(CCD同轴视屏监控系统)，实现加工过程状态控制，达到无损伤激光制孔的目的，提高微孔加工质量，且工艺流程简单，满足设计要求。
[0027]进一步的，利用孔位精确定位技术(多特征点定位)，实现准确定位。
[0028]进一步的，分段、分层、分圈区设置不同激光能量，实现能量的合理分布。
附图说明
[0029]图1为某叶片的结构示意图；图2为激光防护物的位置示意图；图3为快换工装夹具安装示意图；图4为多特征点定位（精确定位）示意图；图5为激光加工头精确定位至气膜孔加工位置示意图；图6为超短脉冲激光束(皮秒激光束)制孔工艺（主动防护）示意图。
[0030][0031][0032][0033]具体实施方式
[0034]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0035]本专利技术公开了一种超短脉冲激光束无损伤加工窄缝型腔微孔的方法，包括以下步骤：
[0036]S1，叶片内腔防护：从叶片排气边的劈缝侧边，向叶片的狭窄型气膜孔加工部位的内腔中塞入与叶片材质相同的激光防护物，本实施例中激光防护物为长
×
宽
×
高：15
×1×
1mm。参照图2，在叶片狭窄型腔气膜孔加工部位的内腔中形成激光束防护屏障，防止击伤内腔及扰流柱。
[0037]S2，定位叶片狭窄型气膜孔的加工位置，具体步骤如下：
[0038]S21，采用隼齿结构定位，参照图3，通过定位拉钉将叶片夹具安装在安装在机床轴卡盘上的快换夹具定位座上；
[0039]S22，采用多特征点定位技术对叶片(叶盆、叶背、进气边、缘板等关键部位)进行定位，使工件基准坐标与机床基准坐标统一，操作如下，定位点选取八个，通过多特征点定位控制程序利用红外激光测距仪测量采集6
‑
8定位点数据，与理论叶片定位点数据对比计算，进行插值补偿运算，控制位置度定位误差＜0.3mm。
[0040]S23，在窄缝型腔体周围，选取特征定位点(本实施例中特征点选取8个)定位气膜孔的加工位置，控制位置度定位误差小于0.1mm，精确定位加工位置。
[0041]之后输入狭窄型腔气膜孔工件坐标，使激光加工头精确移动至狭窄型腔气膜孔加工位置(如图4和5所示)。
[0042]S3，叶片狭窄型气膜孔的加工：使用超短脉冲激光束加工设备以动光式光束逐层扫面方式进行加工，同时通过CCD同轴视屏监控系统对加工过程进行监控。
[0043]加工时，根据气膜孔的不同位置采用多段式参数进行加工。气膜孔根据位置不同分为四段，记为孔入口、孔上端、孔下端和孔出口。采用动光式光束逐层扫面方式加工时，
[0044]加工参数根据叶片窄缝型腔微孔孔径大小《孔径为φ0.25
+0.1
～φ0.45
+0.1
mm调整范围如下：
[0045]1)确定激光脉冲宽度(范围:15ps)；
[0046]2)确定脉中频率(范围:100kHZ)；
[0047]3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种超短脉冲激光束无损伤加工窄缝型腔微孔的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，叶片内腔防护：从叶片排气边的劈缝侧边，向叶片的狭窄型气膜孔加工部位的内腔中塞入激光防护物；S2，定位叶片狭窄型气膜孔的加工位置；S3，叶片狭窄型气膜孔的加工：使用超短脉冲激光束加工设备以动光式光束逐层扫面方式进行加工，同时通过CCD同轴视屏监控系统对加工过程进行监控。2.根据权利要求1所述的超短脉冲激光束无损伤加工窄缝型腔微孔的方法，其特征在于，在S1中，激光防护物与叶片材质相同。3.根据权利要求1所述的超短脉冲激光束无损伤加工窄缝型腔微孔的方法，其特征在于，在S2中，定位的具体步骤如下：S21，采用隼齿结构定位，通过定位拉钉将叶片夹具安装在安装在机床轴卡盘上的快换夹具定位座上；S22，采用多特征点定位技术对叶片进行定位，使工件基准坐标与机床基准坐标统一；S23，在窄缝型腔体周围，选取特征定位点定位气膜孔的加工位置。4.根据权利要求3所述的超短脉冲激光束无损伤加工窄缝型腔微孔的方法，其特征在于，在S22中，定位点选取八个，通过多特征点定位控制程序利用红外激光测距仪测量采集6
‑
8定位点数据，与理论叶片定位点数据对比计算，进行插值补偿运算。5.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿军儒，王琦，魏颖，朱红刚，李璇，王辉明，张文才，张超，
申请(专利权)人：中国航发动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：