[发明专利]一种蜂窝密封组件激光加工装置及加工方法

说明书

本发明提供了一种蜂窝密封组件激光加工装置，包括激光器、第一驱动器、控制设备、和测距传感器等，激光器安装在第一驱动器上，激光器可在第一驱动器带动下移动以分别聚焦在蜂窝密封组件的待加工面，以各分加工深度对蜂窝密封组件进行多次加工，形成蜂窝密封组件的总加工深度；测距传感器设置用于测量和表征总加工深度的加工状态信息并向控制设备反馈加工状态信息，控制设备在加工状态信息不满足预设终止条件时，控制激光器移动补偿距离，补偿距离补偿激光器上次分加工深度使得激光器再次聚焦在蜂窝密封组件的待加工面，对蜂窝密封组件进行再次加工。本发明解决了激光加工深度受聚焦镜焦距限制的问题，使加工的蜂窝孔能够达到毫米量级。

技术领域

本发明涉及蜂窝密封组件精密加工技术领域，具体而言，涉及一种蜂窝密封组件激光加工装置及加工方法。

背景技术

蜂窝密封通常由密封环、蜂窝带等构成，主要作用是阻止汽轮机、燃气轮机等流体机械高速运转轴系的工作介质、润滑介质或冷却介质的内外泄露，以利于提高流体机械的效率、节省能源、保护环境和实现安全稳定的运行。目前，蜂窝密封因具有可磨耗、寿命长、密封间隙小和密封效果好等特点，已广泛应用于航空发动机、舰船发动机、汽轮轮机及燃气轮机等领域。其中，以燃气轮机的透平的级间密封中的使用较为常见。该密封结构又具体包括密封环、蜂窝带、背板和转动轴等结构，属于非接触式动态密封。蜂窝密封的蜂窝带是由蜂巢形状的六边形小蜂窝组成，与背板连接在一起。该背板安装在密封环上，与转动轴配合使用。

目前，现有技术中，蜂窝密封组件的加工方法主要有三种。第一种是蜂窝带由一片片冲压成型的箔片组成，各箔片之间依靠激光点焊的方式连接在一起，构成六边形的小蜂窝。之后，蜂窝带通过钎焊连接到背板上。上述加工方式的缺点在于，各箔片之间依靠激光点焊的方式连接在一起，通过钎焊连接到背板上之后，要进行精加工，故该加工方式的蜂窝孔不能够承受切削力，而且激光点焊的部件接触并不牢固容易散开，对于背板的表面质量和钎焊的工艺要求也较高。

第二种是采用数控铣床进行加工，刀具采用玉米锯齿形铣刀，通过控制数控铣床的主轴转速、铣刀进刀量、铣刀线速度完成蜂窝带的加工过程。上述加工方式的缺点在于，被铣削的蜂窝孔易因壁薄、刚性差，无法承受铣削力而变形或封孔，起不到密封作用。

第三种是采用电火花加工蜂窝带的加工方法，虽然该方法可以实现加工蜂窝孔的无变形，但是受到外部条件的限制，电火花加工时，放电部位必须放置在工作液中，否则将会引起异常放电，不利于观察加工状态，被加工工件的大小也受到限制。

而激光加工方面，现有技术中虽然公开了激光加工密封环组件的技术方案，但其加工的密封组件的加工深度与蜂窝密封组件的加工深度存在明显差异，故常规的激光加工方法无法实现对蜂窝密封组件的精密加工。例如专利CN105299233A公开了一种经过激光表面织构的涡轮增压器密封环及加工方法，其加工方法具体为，通过建立涡轮增压器密封环表面流体润滑理论模型数值计算确定具有最佳润滑减摩效果的左、右端面弧形微凹腔、内圆表面弧形微凹腔的直径、深度以及面积占有率。再选用二极管泵浦Nd：YAG激光器，在激光加工图形软件界面下，输入弧形微凹腔几何参数与分布状态，采用单脉冲同点间隔多次加工工艺，对涡轮增压器密封环的左、右端面及内圆表面进行激光表面织构加工。进一步阅读专利发现，该方案中凹腔的加工深度为微米(μm)量级，3～30μm，而蜂窝密封组件的加工深度通常在毫米(mm)量级，故该专利方案的激光加工方法无法实现加工深度为毫米量级的蜂窝密封组件的激光加工。

目前，还有专利如CN101905381A公开了一种陶瓷材料密封环微构型准分子激光分层加工方法，具体涉及将被加工陶瓷材料的特殊微构型三维形貌分层，并转化为NC代码，并结合生成的NC代码，实现光路系统中凸透镜的位置、光阑的尺寸和形状、圆形凸透镜和柱面镜更换、遮光器的孔径尺寸及形状和工作台的运动的计算机控制，使加工过程自动化、柔性化。但该专利技术解决的是传统加工中对复杂微构型加工的问题，全篇并未提及对加工深度为毫米量级的密封环的加工方案。综上所述，目前需要一种可以精准地针对加工深度为毫米量级的蜂窝密封组件进行加工的方案。