一种激光旋切加工大倾角小孔的喷嘴装置及加工方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种激光旋切加工大倾角小孔的喷嘴装置及加工方法，该喷嘴装置，包括具有中心通道的喷嘴本体，在所述喷嘴本体的前端开设有前端口，在所述前端口处连接有能拆装的圆锥状的前喷嘴，所述前喷嘴具有轴向贯通的通道，所述前喷嘴的通道与所述喷嘴本体的中心通道相连通，在所述前喷嘴的侧壁上沿一斜面加工成形有与所述前喷嘴的通道相连通的斜缺口，所述斜面与所述前喷嘴的中心轴线呈规定的夹角。本发明专利技术提高了加工大倾角小孔的质量、效率，增加加工小孔深度，从而实现大倾角小孔高效、高质量加工。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了，该喷嘴装置，包括具有中心通道的喷嘴本体，在所述喷嘴本体的前端开设有前端口，在所述前端口处连接有能拆装的圆锥状的前喷嘴，所述前喷嘴具有轴向贯通的通道，所述前喷嘴的通道与所述喷嘴本体的中心通道相连通，在所述前喷嘴的侧壁上沿一斜面加工成形有与所述前喷嘴的通道相连通的斜缺口，所述斜面与所述前喷嘴的中心轴线呈规定的夹角。本专利技术提高了加工大倾角小孔的质量、效率，增加加工小孔深度，从而实现大倾角小孔高效、高质量加工。【专利说明】—种激光旋切加工大倾角小孔的喷嘴装置及加工方法
本专利技术涉及一种激光旋切加工大倾角小孔的喷嘴装置及大倾角小孔加工方法，本专利技术可保证大倾角条件下大深径比小孔加工的质量及效率，适用于航空发动机热端部件气膜冷却孔加工，属于激光材料加工
。
技术介绍
目前，激光加工小孔的方法主要有定点冲击加工法和旋转切割加工法，其中，旋转切割辅助吹气加工小孔，以下简称旋切加工小孔，其激光切割路径为圆形，圆弧插补平面垂直于光轴。如图1所示，为现有的激光旋切加工小孔的切割路径投影示意图，即切割路径为圆形，切割路径按箭头所指方向依次为O-a-b-c-d-e-f-O。由于旋切加工小孔具有精度高，孔壁、孔口表面质量好等优点，在航空发动机叶片、燃烧室等热端零件气膜冷却孔加工中广泛使用。该旋切加工小孔方法质量好的一个重要原因是，在旋切加工过程中采用与聚焦激光光束同轴的喷嘴，该喷嘴通常呈圆锥形，喷嘴辅助吹氧气或辅助吹高压氩气或氮气、压缩空气，这样在加工过程中形成的熔化物在一定压力及流速的气流作用下易于从形成的切缝通道中被去除，从而尽可能避免熔化物围绕孔壁和在孔口再次凝固形成再铸层、毛刺等，气体压力大,流速高,去除效果更好,加工质量高。随着航空发动机的发展，尤其是新型的涡轴发动机回流燃烧室需要加工大倾角小孔，大倾角小孔是指小孔轴线与工件表面法向夹角超过75°甚至达到85°的倾角加工小孔，小孔的深径比最大超过20:1。然而，针对大倾角小孔加工，传统的旋切加工方式将难以实施，这是因为在小倾角小孔加工时，喷嘴可以贴近工件，激光焦点(一般位于喷嘴下方1-3_)可以调整为位于工件表面或内部，但如果小孔的倾角过大，很显然，由于喷嘴本身加工锥度限制并且需要工件或喷嘴以孔轴为中心作圆弧插补运动，喷嘴难以贴近工件表面，从而导致喷嘴与工件在光轴方向间距过大，这就产生了以下一些技术缺陷:1、激光焦点位置偏离工件表面，导致与工件作用的激光功率密度及能量密度显著下降；2、作用于切缝的气体压力及流速会明显降低；3、由于旋切加工需要喷嘴与工件在与光轴方向垂直的水平面内作圆弧相对移动，倾角过大将导致加工同一小孔时，在圆弧不同位置，喷嘴与工件间距、相应焦点位置差异明显，造成孔壁质量的一致性差。另外，由于大倾角小孔的深径比较大，例如，1.2mm工件，加工60°倾角小孔，深度仅2.4_，若倾角为82.5°，小孔深度急剧增加至9.2_。因此，采用现有旋切辅助吹气方式加工大倾角小孔将直接导致加工小孔质量、效率的下降，使加工小孔的深度、深径比受到限制。工件愈厚，倾角愈大，这种负面效应愈明显。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够提高加工大倾角小孔的质量、效率，增加加工小孔深度的激光旋切加工大倾角小孔的喷嘴装置。本专利技术的另一个目的是提供一种采用上述激光旋切加工大倾角小孔的喷嘴装置的大倾角小孔加工方法，该加工方法能够提高加工大倾角小孔的质量、效率，增加加工小孔深度，从而实现大倾角小孔高效、高质量加工。为达到上述目的，本专利技术提出一种激光旋切加工大倾角小孔的喷嘴装置，用于在工件表面加工大倾角小孔，所述喷嘴装置包括具有中心通道的喷嘴本体，在所述喷嘴本体的前端开设有前端口，在所述前端口处连接能拆装的有圆锥状的前喷嘴，所述前喷嘴具有轴向贯通的通道，所述前喷嘴的通道与所述喷嘴本体的中心通道相连通，在所述前喷嘴的侧壁上沿一斜面加工成形有与所述前喷嘴的通道相连通的斜缺口，所述斜面与所述前喷嘴的中心轴线呈规定的夹角。如上所述的激光旋切加工大倾角小孔的喷嘴装置，其中，所述斜缺口所在的斜面与所述前喷嘴的中心轴线的夹角等于所述工件表面与待加工大倾角小孔中心轴线的夹角。如上所述的激光旋切加工大倾角小孔的喷嘴装置，其中，所述前喷嘴与所述喷嘴本体卡接或螺纹连接在一起。如上所述的激光旋切加工大倾角小孔的喷嘴装置，其中，所述的斜缺口呈椭圆形。本专利技术还提供了一种大倾角小孔加工方法，所述加工方法使用激光加工小孔设备，所述激光加工小孔设备包括有如上所述的激光旋切加工大倾角小孔的喷嘴装置，所述加工方法包括:将所述喷嘴装置安装在所述激光加工小孔设备的激光聚焦镜前端；将所述喷嘴装置的前喷嘴贴近工件表面的待加工大倾角小孔处，并使得所述前喷嘴的斜缺口所在的斜面与所述工件表面相吻合；开启所述激光加工小孔设备，由所述激光加工小孔设备产生的激光束经由所述喷嘴装置前端的激光聚焦镜聚焦于待加工工件表面或所述工件内部的所述大倾角小孔的中心轴线处，激光束焦点在所述工件内部所述大倾角小孔的中心轴线处的位置，可根据加工小孔深度进行调整；所述激光束在与通过所述待加工工件表面与待加工大倾角小孔的中心轴线交点的所述加工工件表面的法线垂直的平面内沿椭圆形切割轨迹进行旋切，完成大倾角小孔的激光旋切加工成形。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点和优点:1、本专利技术的大倾角小孔加工方法，其切割插补路径将从现有的圆形改变为椭圆形，椭圆长短轴的尺寸将取决于小孔倾斜角度、孔径要求及加工试验结果，激光焦点位置在孔轴向始终不变，喷嘴装置与工件的间距也不会发生变化，因此提高了加工的稳定性和一致性。2、本专利技术的喷嘴装置的前喷嘴靠近工件表面一侧铣削成形有与所述前喷嘴的通道相连通的斜缺口，使得圆锥形前喷嘴具有更大斜角的平面，且斜缺口呈椭圆形，实现了喷嘴装置尽量贴近工件表面，有助于提高焦点调节范围，从而保证激光束的焦点位于工件表面甚至可以调整至工件内部，有利于加工大深径比小孔，进而避免碰撞干涉。【专利附图】【附图说明】在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本专利技术公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本专利技术的理解，并不是具体限定本专利技术各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本专利技术的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本专利技术。图1为现有的激光旋切加工小孔的切割路径投影示意图；图2为本专利技术激光旋切加工大倾角小孔的喷嘴装置的结构示意图；图3为本专利技术激光旋切加工大倾角小孔的喷嘴装置使用时的剖面结构示意图；图4为本专利技术大倾角小孔加工方法的加工状态示意图；图5为本专利技术大倾角小孔加工方法的切割路径投影示意图。附图标记说明:1-喷嘴装置；11_喷嘴本体；12_中心通道；13_前端口 ；14_前喷嘴；15_通道；16-斜缺口 ；2_工件；3_大倾角小孔；4_激光束；5_激光束的中心轴；6_工件表面中心点；7-大倾角小孔的中心轴；8-交点；9_法线。【具体实施方式】结合附图和本专利技术【具体实施方式】的描述，能够更加清楚地了解本专利技术的细节。但是，在此描述的本专利技术的【具体实施方式】，仅用于解释本专利技术的目的，而不能以任何方式理解成是对本专利技术的限制。在本专利技术的教导下，技术人员可以构想本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种激光旋切加工大倾角小孔的喷嘴装置，用于在工件表面加工大倾角小孔，所述喷嘴装置包括具有中心通道的喷嘴本体，在所述喷嘴本体的前端开设有前端口，其特征在于，在所述前端口处连接有能拆装的圆锥状的前喷嘴，所述前喷嘴具有轴向贯通的通道，所述前喷嘴的通道与所述喷嘴本体的中心通道相连通，在所述前喷嘴的侧壁上沿一斜面加工成形有与所述前喷嘴的通道相连通的斜缺口，所述斜面与所述前喷嘴的中心轴线呈规定的夹角。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张晓兵，马宁，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所，
类型：发明
国别省市：