喷射液束电解-激光复合加工工艺试验研究

喷射液束电解 激光复合加工是一项新探索的加工技术,其特点是既发挥激光加工的高效率,又借助喷射电液束的冷却、冲刷、电解作用而实现在线去除再铸层。基于该加工原理的分析,在对激光电解液中衰减特性研究的基础上,研制了试验系统并对不锈钢片进行了打孔工艺试验。试验结果表明,应用液压1.5 MPa、浓度18%的NaNO₃电解液的喷射液束电解-激光复合加工可实现再铸层减少90%以上。通过对打孔形貌的对比以及加工工艺规律的初步分析,揭示了喷射液束电解-激光复合加工以激光加工为主,电解加工辅助去除再铸层的加工原理,证实了该复合加工工艺的可行性,可望在航空航天领域得到广泛工程应用。     

二次法激光加工小孔技术

为了提高激光加工航空发动机气膜冷却孔质量,介绍了一种采用焦耳级脉冲能量毫秒激光在镍基高温合金上快速加工初始通孔,再采用毫焦耳级脉冲能量纳秒激光扩孔的二次加工小孔方法。通过该方法试图消除毫秒激光加工小孔产生的再铸层以及解决纳秒激光直接加工几乎无再铸层小孔效率低、深度有限的问题,从而实现更高效率加工高质量气膜冷却孔。试验研究结果表明,该方法可以有效去除毫秒激光加工小孔孔壁的再铸层,改善孔壁表面质量,与纳秒激光直接加工小孔比较,在加工1 mm左右深的小孔时可以提高加工效率,但加工2 mm以上深度的小孔时,对提高加工效率的作用不明显。基于试验结果及分析,对二次法加工小孔提出了改进措施。     

冰层辅助对电火花-电解复合穿孔的影响

电火花-电解复合穿孔(ECDD)加工方法有望实现难加工材料涡轮叶片气膜冷却孔无重铸层高效加工,为了进一步提升小孔孔壁的加工质量,提出了在工件底部填充冰层的电火花-电解复合穿孔加工新方法。分析了冰层辅助对复合加工过程中两极之间电流电压的波形、复合穿孔的加工效率、小孔的出入口孔径、孔壁重铸层去除等的影响,进行了冰层辅助与无冰层辅助电火花-电解复合穿孔对比试验。试验表明:冰层辅助加工可以在小孔穿透之后形成充分的反向冲液,有效地解决小孔穿透之后的漏液问题。在增加底部停顿时间的基础上,即小孔穿透后管电极到达预设深度继续停留一段时间,延长管电极对孔壁的电解作用时间,可以显著提高重铸层的去除效果,有望实现小孔整个孔壁重铸层的完全去除。     

镍基超合金再铸层化学研磨去除的实验研究

研究了镍基超合金激光／电火花打孔再铸层的物理化学特性，并报道了DZ125、ЖKC6y、K24、DD3、DD6以及IC10等合金的化学研磨处理对基材腐蚀及其力学性能与热疲劳性能的影响等。实验研究表明：镍基超合金的激光／电火花再铸层有着不同于其本身原始铸态的化学性能，采用适当的化学研磨介质和优化的化学研磨条件可以快速有效地去除再铸层，使孔圆整光滑而不损伤合金基体、不降低基体的力学性能，并且可提高孔的热疲劳性能，由此可望实现镍基超合金涡轮叶片“三无”气膜孔的激光／电火花打孔 化学研磨复合法高效高质量制造。     

激光加工小孔工艺及其孔壁再铸层对DZ22高温合金疲劳性能的影响

介绍了３种激光加工小孔工艺，在疲劳试验基础上分析了激光加工小孔孔壁再铸层及其上微裂纹对ＤＺ２２材料疲劳寿命的影响，并比较了３种工艺方法的优劣。     

高峰值功率激光脉冲组打孔技术

介绍在钕玻璃激光能量器件中安装一种装置，把原输出激光波形调制成一组峰值功率提高３～４倍的脉冲组，用该激光脉冲可大幅度减少打孔过程的熔融残留（再铸）层厚度和微裂纹深度，有效地提高了零件的机械疲劳强度和激光打孔能力。     

超声振动研磨、抛光法去除激光陀螺腔体深小孔孔壁缺陷技术研究

通过对激光陀螺腔体深小孔钻削过程的材料去除机理分析和试验验证,给出了孔壁缺陷的评价方法。研究了某型激光陀螺腔体深小孔钻削过程所产生的孔壁缺陷层深度,并进一步研究了深小孔去除缺陷的工艺,通过超声振动研磨和复合抛光技术,实现了腔体内表面的精密加工。     

基于电火花-电解复合加工方法的微小孔制造

航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔的制造一直是难点所在。提出了微小孔电火花-电解同步复合加工方法,通过电火花加工和电化学溶解同步进行,实现小孔的高效无重铸层制造。针对电火花-电解复合加工方法进行了试验研究,观测了复合加工过程中的试验现象,研究了加工过程中的电压电流波形和加工产物成分,计算了电化学溶解作用占复合加工材料去除量的比例,分析了工作液电导率对电极损耗的影响,比较了复合加工与纯电火花加工后的微小孔加工质量。试验结果表明,电火花-电解复合加工可以在微小孔制造完成的同时,有效去除孔壁上的重铸层。提出的方法可以为实现航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔的高效无重铸层制造提供新的解决途径,并可用于其他微小群孔类零部件的加工。     

C/SiC复合材料的制备及加工技术研究进展

碳纤维增强碳化硅陶瓷基(C/SiC)复合材料由于其强度高、硬度大、耐磨损,被广泛应用于工业、航空航天等领域,然而C/SiC复合材料难以被稳定地去除加工。本文综述C/SiC复合材料的常见制备方式及其材料的性能特点。概述C/SiC复合材料的传统机械加工、超声辅助加工、激光加工等加工方法,分析了各种加工方法的材料去除机理、加工精度、常见缺陷及加工过程中存在的问题。传统的机械加工需进一步优选切削刀具材料;超声辅助加工需探究超声振动的刀具与材料之间的耦合作用机制、振动作用下的材料去除机理;激光加工要进一步研究2.5维及3维C/SiC复合材料的激光加工去除机理。在这些研究的基础上进一步采用复合加工的方法,探寻C/SiC复合材料高效、精密、稳定和无损加工的可能性。     

航空发动机气膜冷却孔的打孔工艺

本文介绍了国内外航空涡轮发动机气膜冷却孔的主要打孔工艺方法,并介绍了各种工艺方法的适用范围及存在的主要问题。文中还着重探讨了气膜冷却孔加工中再铸层及微裂纹问题,并针对国内技术水平和设备现状,提出了新机研制和批量生产应选用的打孔工艺方法。     

改善激光加工Ni3Al基合金小孔质量的研究

介绍了针对金属间化合物-Ni3Al基铸造高温合金,提高激光加工小孔微观质量研究的最新进展,介绍了150～550 ns窄脉冲声光调Q脉冲列工作模式的YAG激光加工Ni3Al材料的特点及小孔的微观质量状况并与自由振荡YAG激光加工进行了比较;介绍了激光加工Ni3Al材料小孔孔壁再铸层后续去除的新方法--电化学腐蚀的工作原理、处理效果、性能分析等.     

装配式惯性开关的兆声辅助微电铸均匀性研究

在装配式惯性开关的电铸过程中,电场的边缘效应干扰了电力线在阴阳极间的均匀分布,导致铸层厚度均匀性问题突显,使得制作周期延长。为了缩短装配式惯性开关的制作周期,将兆声波引入到微电铸过程,以装配式惯性开关中电铸均匀性最差的滑块结构为例,开展改善微电铸层均匀性的研究工作。首先,利用COMSOL仿真分析软件对滑块结构有、无兆声波辅助条件下的微电铸加工过程中的电流密度分布和铸层厚度分布进行仿真。仿真结果表明,相对于无兆声波辅助微电铸加工,兆声波辅助微电铸加工可以有效改善铸层厚度均匀性。兆声波功率密度越大,铸层厚度均匀性越好。在数值模拟的基础上,对兆声波辅助电铸过程展开试验研究。试验结果表明,相对于无兆声波辅助微电铸加工,双向加载2.4 W/cm²的兆声波辅助微电铸加工的铸层厚度均匀性提高了51.78%,试验与仿真结果趋势一致。基于仿真和试验结果,将双向加载2.4 W/cm²的兆声波引入微电铸工艺,制作了总体尺寸20 mm×20mm、总高度900μm,符合设计要求的装配式惯性开关。与无兆声波辅助微电铸制作完成的装配式惯性开关相比,制作时间缩短了25%。     

电液束加工特性及小孔形貌控制技术研究

论述了一种用于航空发动机单晶涡轮叶片气膜孔加工的工艺技术——电液束加工技术。重点从电液束加工机理、工艺对单晶基体组织的影响、孔口形貌特征及控制方法等几方面进行了详细阐述,尤其是针对几种典型的孔口缺陷提出了有效的工艺控制方法,确保了气膜孔加工的表面质量,获得了质量良好的孔口形貌。     

纳秒脉冲激光制孔孔壁热应力数值模拟研究

通过数值模拟研究纳秒脉冲激光冲击制孔过程孔壁热应力,分析不同脉冲数作用下制孔过程孔壁热应力演变特征,揭示了不同厚度再铸层内应力变化特征.结果表明:随着纳秒脉冲数增加,制孔深度不断增加,孔壁最高温度和最大von Misses等效应力逐步远离激光入孔端,但最大等效塑性应变在激光入孔端;随着再铸层厚度的增加,其内部拉应力不断增大,微裂纹易产生于较厚的孔壁再铸层内.     

镍基单晶材料皮秒级超短脉冲激光气膜孔加工表面完整性研究

利用皮秒超短脉冲激光加工镍基单晶材料气膜孔,采用物理超景深显微镜对气膜孔成型几何形貌进行判定,采用金相显微镜对气膜孔内腔表面组织进行观测,采用高温低周疲劳设备对皮秒超短脉冲激光和电火花两种工艺加工出的气膜孔试样进行性能对比验证,采用扫描电镜对性能试样断口进行分析。结果表明:采用皮秒超短脉冲激光分步加工气膜孔,通过有效控制能量密度,可实现气膜孔进出口表面无烧蚀,几何精度满足设计指标,内腔无重熔层、断续小珠、起弧及微裂纹等缺陷,有效提升了气膜孔加工的表面完整性;通过皮秒超短脉冲激光及电火花气膜孔加工试样高温低周疲劳性能对比试验,皮秒超短脉冲激光制孔试样循环次数是电火花制孔试样的3倍;通过对两种工艺制孔高温低周疲劳断裂后试样进行扫描电镜断口分析,两种工艺加工试样断裂均为解理断裂,无材质冶金缺陷,电火花打孔形成的重熔层可能对断裂有贡献,超短脉冲激光打孔未见明显重熔层。     

尘笼零件密集群孔的激光加工

针对高支纱纺机上的关键零件--圆筒形尘笼上的密集群孔激光加工,对比了脉冲冲击打孔和旋切打孔的特点,从工艺方式、工艺参数确定、装夹方式选择等不同方面进行了对比试验,确定了该零件的激光加工工艺路线,得到了加工的最佳频率、脉宽、能量、切割速度、辅助气体气压和零件装夹方式,最终解决了加工中遇到的一系列问题.     

钛合金水助激光打孔试验研究

为了提高激光打孔的质量,采用水助激光扫描加工方法对钛合金进行激光打孔试验研究,通过响应曲面法设计试验,研究了各加工参数对孔径和孔锥度的影响关系。结果表明,对孔径的影响程度由大到小依次为激光器电流、脉冲频率和水泵电压;对孔锥度的影响程度由大到小依次为脉冲频率、激光器电流和水泵电压。当优选激光器电流33.6818 A、脉冲频率30.6818 kHz、水泵电压12.6818 V时,孔入口直径最小、孔出口直径最大、孔锥度最小。同时,还发现水助激光加工通孔直径大于空气中加工,但孔锥度减小了33.2%。     

脉冲气体辅助掩模电解加工技术

表面织构被广泛应用于航空发动机关键零部件中,以提高其散热及润滑效果。掩模电解加工是一种高效加工表面织构的工艺方法,但加工中存在加工产物难以排出、电解液流速不均匀以及加工一致性难以保证等问题。为此,提出一种脉冲气体辅助掩模电解加工的新方法,该方法利用脉冲气体的瞬间冲击力对加工区域的电解产物进行冲刷,以促进加工区域电解液的更新。为了研究脉冲气体辅助掩膜电解加工工艺规律,基于COMSOL Multiphysics仿真软件建立了单喷嘴固定条件下加工区域气液两相流与电场耦合的多物理场理论模型。仿真结果显示,当喷气速度为100 m/s时,掩模孔底部流体流动速度最大可达到3.5 mm/s。加工后掩模板表面能够清晰看到产物的排出痕迹。此外,还探究了不同工艺参数对加工一致性与加工效率的影响规律。实验结果表明,喷嘴固定不动时加工一致性随脉冲气体喷射速度的减弱以及喷气脉冲间歇时间的增加而提高,而加工效率却会降低,实验中得到微坑深度标准差最小达到0.75μm,平均深度最大达到15.2μm。最后,分别对比了实验中有无脉冲气体辅助的加工结果以及模拟和实验的成形规律,并在喷嘴移动条件下加工出深度标准差与平均深度分别...     

微细电解射流喷射装置研制与工艺试验

为提高微细电解射流加工效率及加工质量,研制了专用喷射装置,并利用该装置进行了初步工艺试验。结果证明该装置保证了电解液在其腔体中能够得到充分"负极化",且能获得满足加工要求的稳定破碎长度,满足了电解射流加工试验要求。     

基于超纯水电解加工的水解离机理研究

介绍了一种以超纯水为电解液的电解加工工艺方法,即超纯水电解加工技术.研究了阳离子交换膜在超纯水中的水解离机理及工作特性,分析其在超纯水电解加工过程中的作用机理,并进行了水解离试验研究.结果表明：电流密度达到了3.7 A/cm^2,电场强度约为2 MV/m,已进入微细电解加工去除材料要求范围,为超纯水微细电解加工的应用奠定了基础.