[发明专利]异形气膜孔的激光加工方法

说明书

本发明提供一种异形气膜孔的激光加工方法，采用旋切扫描加工系统得到螺旋扫描线，利用平行平板的周期性偏摆使得螺旋扫描线实现往复平移，通过平行平板偏摆量及旋切扫描加工系统Z向进给量配合调整，使得螺旋扫描线进行往复平移及Z向进给运动，从而拟合出不同规格的异形孔结构。该异形气膜孔的激光加工方法可以提高加工精度和加工效率。

技术领域

本发明属于航空发动机激光精细加工技术领域，特别涉及一种异形气膜孔的激光加工方法。

背景技术

在航空发动机叶片、火焰筒零件中，为保证其在工作过程中自身温度稳定在安全阈值以下，通常需要在其表面加工出多个小孔用以通气降温。当前所设计的冷却孔一般为圆形，随着对冷却要求的提高，冷却孔的孔型逐渐由圆形向异形发展，如某种冷却孔下半段为圆柱段，而上半段的圆孔在一个方向逐渐拉长为跑道形，总体呈现出Y型，该类异形结构孔的设计极大的增加了加工难度。

在气膜孔加工工艺中，传统做法为电火花加工，因此衍生出采用成型电极一次性加工，或细长型电极分块加工来得到异形结构，但因电极损耗问题，该类方法加工精度较差。在采用激光加工异形气膜孔的方法中，有采用长脉冲大尺寸光斑进行分区域逐块蚀除材料，或从三个不同方向进行冲孔加工形成Y型孔，但所得到孔型精度均不好，且易损伤对壁材料。亦有采用类似振镜结构直接进行异形轨迹扫描，但不能实现大深度、无锥度孔的加工，孔型难以符合要求。此外，由于工件上冷却孔数量众多，因此对加工效率有较高的要求。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种可以提高加工精度和加工效率的异形气膜孔的激光加工方法。

一种异形气膜孔的激光加工方法，包括：

S1、通过激光器发射光束，采用旋切扫描加工系统使光束进行螺旋扫描运动，并通过聚焦镜聚焦以在工件上形成螺旋扫描线；

S2、采用平行平板以第一旋转方向偏转对螺旋扫描线进行往复平移，其中，根据所需异形孔的孔径确定所述平行平板对光束的偏移量，并计算出所述平行平板相对于中心光轴的初始偏转角度；

S3、所述平行平板以第二旋转方向偏转，且偏转角度与所述初始偏转角度相同，使得所述螺旋扫描线横向移动至中心光轴另一侧，且偏移距离与初始的偏移距离一致，等厚度去除扫描区域内工件材料，将旋切扫描模块下降，下降距离与去除的工件材料厚度一致，其中所述第二旋转方向与所述第一旋转方向相反；

S4、所述平行平板以第一旋转方向偏转，且偏转角度小于上一次偏转角度，偏移距离小于上一次偏移距离；将所述旋切扫描模块下降，下降距离与S3中下降距离一致，继续去除材料；

S5、变换所述平行平板的旋转方向，且所述平行平板进行多次偏转，每次偏转角度小于上一次偏转角度，偏移距离小于上一次偏移距离直至所述平行平板偏转角度逐渐减小为零，所述平行平板姿态呈现水平状态，完成异形孔收缩段的加工；

S6、保持所述平行平板呈水平状态，减小所述旋切扫描加工系统的扫描直径，降低光束倾斜程度，使所述旋切扫描模块继续向下进给，以进行圆柱段排渣通道加工，直至圆柱段中心区域穿透，完成排渣通道的加工；

S7、抬升所述旋切扫描模块，使得光束焦点回复至圆柱段起始加工位置，改变所述螺旋扫描线的中心起始孔径，使其呈环形扫描，以去除圆柱段剩余部分材料，完成异形孔加工。

在其中一个实施例中，通过伺服电机或偏心距离可调的偏心轴电机对所述平行平板的偏移量进行调整。

在其中一个实施例中，通过偏心轴电机对所述平行平板的偏移量进行调整，在所述平行平板正向设有转动轴，在偏转侧设有开口状传动模块，所述传动模块通过两边的限位弹簧进行偏摆限位，所述偏心轴电机可在轴向上进行移动。

在其中一个实施例中，所述收缩段的加工中，扫描区域内能量密度一致。