一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工方法及加工系统技术方案

本发明专利技术公开了一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工方法及加工系统，涉及涡轮叶片技术领域，S1：根据待加工区域确定基于飞秒激光的表面改性范围；S2：绘制二维扫描图形，规划激光扫描路径和确定起始扫描位置；S3：将待加工涡轮叶片固定在移动平台上，通过激光测距仪和光学测量系统寻找起始扫描坐标，移动待加工涡轮叶片至三维扫描加工头下方起始扫描坐标位置；S4：对激光器设置表面改性加工参数；S5：采用三维扫描加工头对待加工涡轮叶片实施表面改性加工；S6：对加工完成后的涡轮叶片进行耐磨性能测试。本发明专利技术为提高涡轮叶片榫齿榫槽的耐磨性提供了一种新方法和新思路，采用的飞秒激光工艺具有流程简单、可操作性强、效果显著的优点。的优点。的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工方法及加工系统


[0001]本专利技术涉及涡轮叶片
，具体涉及一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工方法及加工系统。

技术介绍

[0002]DD6单晶高温合金在高温下具有优异的抗蠕变性能和抗疲劳性能，是现今制造航空发动机涡轮叶片的重要材料。一般来说，涡轮叶片以榫卯结构的形式安装在圆盘上，涡轮叶片与涡轮盘榫卯接触界面在正常工况下容易发生相对运动，在循环接触应力和机械磨损作用下产生微动疲劳，若严重磨损将会导致叶片失效和灾难性事故。
[0003]传统的涡轮叶片表面处理方法如超声表面轧制和激光冲击强化会在试样表面产生超高应变率的塑性变形。其中超声表面轧制更适合于处理圆柱形样品；而激光冲击强化过程中的激波会直接烧蚀叶片表面，需要引入保护层和约束层。由此可见传统的表面改性技术并不适用于DD6单晶高温合金，因此亟需一种对涡轮叶片表面影响较小的提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工方法。

技术实现思路

[0004]为了解决上述现有技术中存在的问题，提供了一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工方法及加工系统。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：本专利技术提出了一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工方法，包括以下步骤：S1：根据待加工涡轮叶片的待加工区域确定基于飞秒激光的表面改性范围；S2：根据S1确定的表面改性范围，绘制二维扫描图形，规划激光扫描路径和确定起始扫描位置；S3：将待加工涡轮叶片固定在移动平台上，移动平台用于驱动涡轮叶片在三维空间内移动，通过激光测距仪和光学测量系统寻找待加工区域的起始扫描坐标，通过移动平台移动待加工涡轮叶片至三维扫描加工头下方起始扫描坐标位置；S4：对激光器设置表面改性加工参数，激光器用于产生飞秒激光束，加工参数包括激光扫描速度和激光扫描层数；S5：采用三维扫描加工头对待加工涡轮叶片实施表面改性加工；S6：对加工完成后的涡轮叶片进行耐磨性能测。
[0006]优选的，所述S1中，根据待加工涡轮叶片的榫齿结构确定表面改性范围。
[0007]优选的，所述S2中，根据S1中表面改性范围绘制为“弓”字型扫描路径，相邻扫描线间距为：0~23μm。
[0008]优选的，所述S3中，激光测距仪、光学测量系统和三维扫描加工头之间的相对误差小于0.001mm；移动平台的移动精度相对误差小于0.001mm，移动平台的旋转精度相对误差小于0.01
°
。
[0009]优选的，所述S4中，激光器的参数为：平均输出功率：0~20W，波长：1030nm，重复频率：1~621KHz，光斑尺寸：23μm，光斑质量：TEM00基模高斯光束，激光束质量因子：M2<1.2，偏振方向：线性水平，加工参数为：激光扫描层数：1~10层，激光扫描速度：3000~5000μm/s。
[0010]优选的，所述S5中，三维扫描加工头通过调整x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕x、y、z三个直角坐标轴的转动自由度α、β、γ，实现对待加工涡轮叶片的三维扫描。
[0011]优选的，所述S5中，对待加工涡轮叶片实施表面改性加工时，吹送惰性气体和进行除尘。
[0012]优选的，所述S6中，通过摩擦磨损试验机使用GCr15滚珠进行摩擦实验，借助光学显微镜、扫描电子显微镜对加工完成后的涡轮叶片表面形貌进行表征，借助原子力显微镜进行表面粗糙度检测。
[0013]本专利技术还提出了一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工系统，用于实现上述的一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工方法，还包括：用于产生飞秒激光束的激光发生模块；实现飞秒激光束的偏转和倾斜聚焦的振镜模块，振镜模块包括X方向振镜、Y方向振镜和物镜；实现待加工涡轮叶片的姿态调整和加工路径定位的六自由度移动定位模块，六自由度移动定位模块包括用于夹持待加工涡轮叶片的工件夹具和驱动待加工涡轮叶片在三维空间内移动的六自由度移动平台；对待加工涡轮叶片的加工过程进行实时监测的监测检测模块；协助加工残渣的排除的吹气除尘模块；完成对各个模块的命令和动作的控制器模块。
[0014]优选的，通过调节X方向振镜和Y方向振镜之间的夹角，实现飞秒激光束不同角度的偏转，当飞秒激光束通过振镜模块后，将会与待加工涡轮叶片在焦面位置相互作用，最终形成宽窄相同，深浅均匀的等间距凹槽。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术为提高涡轮叶片榫齿榫槽的耐磨性提供了一种新方法和新思路，采用的飞秒激光工艺具有流程简单、可操作性强、效果显著的优点，通过采用六自由度移动平台通过调整沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度α、β、γ，可实现待加工工件的任意姿态调整。
[0016]本专利技术还设置有监测检测模块，其中监测检测模块包括加工过程监测功能、限位保护联动功能，加工过程监测功能可以对扫描过程进行实时的原位监测，限位保护联动功能一方面可以自动判断设置加工进给量能否满足实际加工距离，从而判断加工动作能否开始，另一方面可以自动误触保护，当由于操作不当激光加工头和待加工工件接触后会自动将工件下降至安全距离。
[0017]本专利技术还设置有吹气除尘模块，其中吹气除尘模块包含辅助吹气装置和净化除尘装置，辅助吹气装置可以在加工时向加工区域以同轴或者旁轴的方式吹送高压辅助气体，帮助加工去除材料的有效去除，提升加工效率的同时，避免加工残渣对后续加工过程的影响，另外净化除尘装置可以将加工产生的废气和残渣抽除，避免污染环境和加工系统。
附图说明
[0018]本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是本专利技术整体流程图；图2是本专利技术中弓字形扫描路径示意图；图3是本专利技术中整体结构示意图；图4是本专利技术中高温耐磨性测试结果图。
[0019]附图标记说明:激光发生模块S100；振镜模块S200；X方向振镜S201；Y方向振镜S202；物镜S203；六自由度移动定位模块S300；工件夹具S301；六自由度移动平台S302；监测检测模块S400；控制器模块S500；吹气除尘模块S600。
具体实施方式
[0020]下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。
[0021]实施例一
[0022]参考附图2，本实施例提出了弓字形扫描路径示意图，参考附图4，本实施例提供了高温耐磨性测试结果图，参考附图3，本实施例提出了一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工系统，包括：用于产生超短脉冲的飞秒激光束的激光发生模块S100，其中激光发生模块S100中的激光器采用可调节功率和重复频率的飞秒激光器。
[0023]实现激光束的偏转和倾斜聚焦的振镜模块S200，振镜模块S200包括X方向振镜S201、Y方向振镜S202和物镜S203。入本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据待加工涡轮叶片的待加工区域确定基于飞秒激光的表面改性范围；S2：根据S1确定的表面改性范围，绘制二维扫描图形，规划激光扫描路径和确定起始扫描位置；S3：将待加工涡轮叶片固定在移动平台上，移动平台用于驱动涡轮叶片在三维空间内移动，通过激光测距仪和光学测量系统寻找待加工区域的起始扫描坐标，通过移动平台移动待加工涡轮叶片至三维扫描加工头下方起始扫描坐标位置；S4：对激光器设置表面改性加工参数，激光器用于产生飞秒激光束，加工参数包括激光扫描速度和激光扫描层数；S5：采用三维扫描加工头对待加工涡轮叶片实施表面改性加工；S6：对加工完成后的涡轮叶片进行耐磨性能测试。2.根据权利要求1所述的一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工方法，其特征在于，所述S1中，根据待加工涡轮叶片的榫齿结构确定表面改性范围。3.根据权利要求1所述的一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工方法，其特征在于，所述S2中，根据S1中表面改性范围绘制为“弓”字型扫描路径，相邻扫描线间距为：0~23μm。4.根据权利要求1所述的一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工方法，其特征在于，所述S3中，激光测距仪、光学测量系统和三维扫描加工头之间的相对误差小于0.001mm；移动平台的移动精度相对误差小于0.001mm，移动平台的旋转精度相对误差小于0.01
°
。5.根据权利要求1所述的一种提高涡轮叶片榫齿榫槽耐磨性的加工方法，其特征在于，所述S4中，激光器的参数为：平均输出功率：0~20W，波长：1030nm，重复频率：1~621KHz，光斑尺寸：23μm，光斑质量：TEM00基模高斯光束，激光束质量因子：M2<1.2，偏振方向：线性水平，加工参数为：激光扫描层数：1~10...

【专利技术属性】
技术研发人员：温志勋，王成，李萌，李振威，刘禹行，岳珠峰，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：