热障涂层水助激光扫描加工试验

为了提升涡轮发动机的整体性能和可靠性,需要在带热障涂层(TBC)的单晶高温合金涡轮叶片上制备大量气膜冷却孔,激光加工是实现“先涂层后打孔”的优势加工手段。采用水助激光扫描加工方法,通过正交试验和单因素试验研究了各因素对TBC损伤程度和TBC材料去除率的影响关系,试验结果表明对涂层剥落损伤的影响程度由大到小依次为光斑重叠率、激光重复频率、激光器电流和水泵电压,当光斑重叠率为98%、激光重复频率为50 kHz、激光器电流为38 A、水泵电压为14 V时,可以避免TBC水助激光加工出现剥落损伤;对TBC材料去除率的影响程度由大到小依次为激光器电流、激光重复频率、水泵电压和光斑重叠率,当优选激光器电流为38 A、激光重复频率为15 kHz、水泵电压为14 V、光斑重叠率为80%时,TBC材料去除效率最高。分析了TBC水助激光加工涂层剥落损伤的形成原因是热应力和等离子体力学冲击共同作用的结果,同时水助激光加工产生的气泡空蚀会导致加工区域周边涂层颜色变白,影响范围约为59.5μm,空蚀去除厚度约2.7μm。以上研究为带热障涂层单晶高温合金涡轮叶片气膜孔水助激光高效低损伤加工提供了技术支撑。     

GH4037 合金毫秒激光倾斜打孔试验与仿真

针对航空发动机涡轮叶片气膜冷却孔加工问题,选取GH4037合金为研究对象,利用德国德玛吉精密激光打孔机床进行 毫秒激光倾斜打孔试验,并采用COMSOL软件进行仿真。在倾角为15°的情况下,测试了激光光束离焦量分别为负离焦、零离焦和正离焦情况下的打孔质量,在零离焦打孔时,不仅打孔深度较大,且在入口处的圆度较好,横纵向孔径差值最小。在30°和45° 2种倾角下进行打孔试验对比,结果表明：在零离焦情况下,激光脉冲数为180、重复频率为60 Hz、脉宽为1 ms、脉冲能量为1.2～1.8 J,且在无辅助气体的斜孔加工条件下,倾斜角度为30°时的孔形形貌较好,倾斜角度为45°时的孔形形貌较差,主要原因在于倾斜角度增大,靶材反射率提高,靶材表面的光斑面积增加,孔口处的燃烧效应增强,产生明显的二次烧蚀现象。采用COMSOL软件的固体传热和变形几何模块对打孔过程进行仿真,仿真结果可在一定程度上预测试验结果。     

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.     

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。     

电铸-电解组合法加工双向喇叭孔阵列

为解决双向喇叭形金属微小孔阵列的高效低成本制造难题,提出了一种基于镂空型惰性金属模板的、由电铸加工与掩模电解加工步骤串接而成的组合式加工方法。基于建立的数学模型,在证实该组合加工可行性的基础上,进一步仿真分析与试验研究了惰性金属模板结构参数对被加工孔阵列几何结构形状的影响规律,并进行了参数优选,数值分析与试验结果基本一致。研究结果表明:被加工孔阵列的几何特征参数严重受惰性金属模板结构参数的影响;采用大厚度、大于90°开口角的惰性金属模板有利于获得最小孔径更小且出入口廓形对称性更好的双向喇叭形孔;模板筋宽越小,越易于实现大孔深、高对称性的双向喇叭孔;模板孔径越大,喇叭孔金属层的极限厚度越大,但出入口廓形的对称性越差。此外,在小筋宽、90°开口角的惰性金属模板上更易电解加工生成""形喇叭孔。基于优化的惰性金属模板,能电铸-电解组合加工出出入口廓形对称性好的、最小孔径比被复制模板孔小的、网片厚度大且表面光滑的双向喇叭形金属微小孔阵列,其进出口的对称度、孔径偏差与出口相对于最小孔径的扩口率等分别为88.8%、9.7%和110.1%。     

EB-PVD热障涂层对激光打孔孔径及热循环后孔径变化影响的研究

 在试样上用激光打了不同孔径、不同方向的冷却孔,采用电子束物理气相沉积( EB-PVD) 的方法在已打孔的试样上涂覆MCrAlY粘接层和ZrO₂陶瓷层,观察和计算其孔径大小变化;然后对试样进行了热循环处理,以比较热循环前后的孔径变化。初步实验结果表明:激光打孔的入射角,对孔径变化影响不大;原始孔径增大,施以涂层后其相对变化就较小,采用EB-PVD 的方法在已打孔的试样上涂覆ZrO₂陶瓷层后其孔径比原始孔径至少减少了15 %;在热循环试验前后,绝大部分孔径变化较小,而其总趋势是由大变小,孔径减少约5 %左右。     

喷射液束电解辅助激光打孔的模拟和试验研究(英文)

再铸层和溅射物是激光打孔固有的两个缺陷,这些缺陷限制了激光打孔技术在航空工业中的应用。为解决这一问题,创新提出了喷射液束电解辅助激光打孔方法用以改善激光打孔质量。该加工方法是在激光加工中同轴施加喷射电液束,喷射电液束在加工中对工件的电化学溶解作用、有效的冷却作用以及冲刷金属熔滴作用都有助于去除再铸层和溅射物。针对这一新型加工方法,建立了二维数学模型模拟加工孔的截面轮廓并通过模拟结果与试验结果的比较得到验证。利用倍频后的脉冲Nd:YAG激光对0.5mm厚的321不锈钢片进行了喷射液束电解辅助激光打孔试验研究,并通过光学显微镜观测了加工试验结果。通过对喷射液束电解辅助激光打孔结果与空气中激光打孔的对比,证实了该新型加工方法有效去除了再铸层和溅射物,其加工效率约为空气中激光打孔的70%。     

涡轮叶片先进气膜冷却与相关激光打孔技术进展

航空发动机涡轮叶片依赖于高温基体、热障陶瓷涂层和气膜冷却技术实现高的工作温度,进而实现高的燃油效率和推重比.介绍了气膜冷却技术的演化趋势,并通过猫耳异型孔与直圆孔的仿真对比,指出复杂异型气膜孔的重要性.进一步论述了单步加工异型孔的必要性和工艺方案,指出为解决单晶叶片异型孔加工难题,超短脉冲激光加工虽然成为研究热点,但水助激光加工更应该引起重视.     

电参数对 7075铝合金微弧氧化膜硬度的影响

通过使用直流双脉冲电源对 7075铝合金进行微弧氧化试验,研究了正向电压、占空比和脉冲频率等电参数对铝合金微弧氧化膜层硬度的影响。通过正交试验,研究了单一水平因素下的膜层硬度平均值的变化规律,发现了通过电参数提升膜层硬度的方法;通过相对极差分析,发现正向电压对膜层影响程度最大,脉冲频率对膜层影响程度最小。提出了针对 7075铝合金微弧氧化膜硬度提升的电参数优化方案:提升氧化膜硬度,应优先考虑增大正向电压;保证氧化膜硬度的同时兼顾其他表面性能,应优先调整对膜层硬度影响最小的脉冲频率。     

基于锥束CT的飞秒激光加工气膜孔几何特征测量及表征

针对当前国内气膜孔加工存在的几何精度偏低、质量不稳定现状，通过计算机断层成像技术利用气膜孔切片图像，在特征分割、点云拟合基础上对不同工艺参数激光加工的气膜孔孔径及几何特征质量进行检测与评价。结果表明：超快激光工艺参数的圆形气膜孔通孔入口直径略大于出口，锥度在0.005°～0.020°之间，位置度误差最大为?0.072 mm，异型气膜孔入射角的范围在60°～70°之间。使用锥束CT(computed tomography)测量方法对气膜孔几何特征进行检测与评价是可靠的，具有重要工程应用价值。     

不同结构的冷却管脉冲射流流动响应特性

探究了结构参数对脉冲射流经冷却管内流动响应规律.在脉冲频率为1Hz,雷诺数为5000,脉冲射流占空比为50％的气动参数下,对冷却管管径、射流孔孔径、孔间距的变化对脉冲射流流动响应特性带来的影响依次分析,对结构参数对脉冲射流在冷却管内流动响应特性产生影响的内在机制进行综合阐述.针对上述结构参数拟合出冷却管射流质量系数随冷...     

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。     

微细小孔的超短脉冲激光加工方法研究

针对航空发动机燃油喷嘴等微细小孔的精密高效加工要求,采用双温方程研究超短脉冲(皮秒)激光加工机理,模拟得出材料内电子和晶格的温度分布,开展皮秒激光加工工艺参数研究,分析烧蚀阈值、扫描速度、激光偏振态等因素对加工质量的影响规律,进行镍基高温合金和钛合金材料的激光脉冲冲击制孔和振镜扫描环切制孔实验研究,为超短脉冲激光制孔时工艺参数的选择提供理论指导及实验依据。     

高精度深孔一次镗滚加工成型

液压作动筒是我所试验研究工作中必不可少的加载设备。简体内孔的长径比(K=L/d)多在10以上。加工后要求孔径达四级精度,孔的不圆度和锥度允差为孔径尺寸公差之半,表面光洁度为▽9。因此,作动筒内孔成型属于难度大的精密深孔加工,是整个作动筒加工成败的关键。此外,由于在试验中采用了“多点自动协调”加载技术,这需要减少阻尼,避免系统振动,提高系统精度,液压作动筒的摩擦力F需小于1％。这就要求筒体具有更高的精度,更小的     

SiCf/SiC陶瓷基复合材料制孔工艺

分别采用机械钻削制孔与激光制孔两种工艺对SiC_f/SiC陶瓷基复合材料进行制孔,对其质量以及工艺特点进行评价分析。结果表明,机械钻削制孔孔径精度较好但存在刀具磨损严重、出现毛刺崩边现象等问题;激光制孔效率较高,但孔存在锥度且因热影响区的存在导致孔的内壁表面出现分层、裂纹等缺陷。     

切—熨铰刀加工小深孔

摩托车发动机左右气缸中有一对气门孔,孔径为9mm×90mm,见图1。此孔是以挤压加工来达到H_7的精度要求,加工后的孔径圆度、锥度、直线度小于0.008mm,表面粗糙度Ra0.4μm。此孔在铰孔和挤孔工序中,历年来所耗刀具甚多。尤其挤孔,要用两种以上直径的挤刀加工。为降低加工成本,设计了一种切一熨硬质合金铰刀,收效显著,见图2。     

激光陀螺光学加工的特点

阐述了激光陀螺光学加工的特点。指出激光陀螺的光学加工是本着构成满足特定要求的激光谐振腔的目的,以谐振腔工作时的性能要求为依据,采用其自身特有的打孔和抛光工艺,来严格保证孔的直线度、孔与孔、孔与面之间位置度公差要求。其中涉及的大深径比细长孔加工、不规则内孔抛光、超光滑表面加工及相对已成形孔有严格位置、角度精度要求的面形抛光更是突出了激光陀螺光学加工的特色。     

超声复合电解加工在线参数检测、控制与试验研究

超声复合电解加工的参数条件变化较大时,其系统共振条件难以维持,影响加工效率与精度。设计、构建在线参数检测与实时控制系统,选用激光、电流等高速高精传感器,进行超声频率及位移、超声发生器与脉冲电源的输出电压、电极间电参数进行在线检测,利用PCI-1706U数据采集卡、控制计算机等构建参数实时采集、控制系统,由单片机STM32控制数字电位器,实现超声参数在线检测、实时调节;电极间电压可由系统实时优化调节。采用Visual C++6.0,通过多串口类进行系统软件设计,对各信号数据进行采集、处理、显示等。进行系统自动调节与手动调节对比试验,采用参数实时控制系统进行超声复合电解加工,在保持精度条件下,能有效提高加工过程稳定性和加工效率。     

1500W高速轴流CO_2激光加工机——愿为您服务

航空航天部北京航空工艺研究所,于1988年11月装调好从国外引进的大功率二氧化碳激光加工机。激光器输出功率1 500W,基模。连续和脉冲两种方式工作,具有超长脉冲功能,脉冲重复频率为1KHz;工作台由FANUC11M系统拧制;工作台面积1000×2000mm;定位和重复精度为0.005mm。该机能用于金属。非金属材料、陶瓷和复合材料的打孔、切割、刻划;以及金属材料的表面强化、焊接、重熔和合金化。     

激光加工技术的新进展

美国的一个由１６家公司组成的集团正在研究激光加工的尖端技术，这将对航空航天工业产生深远的影响。这个集团正在研制的新型二极管阵列泵激的Ｎｄ：ＹＡＧ固态激光器有两种；平均功率为２．５ｋＷ的高峰值功率激光器和６ｋＷ的长脉冲激光器。这些激光器能提高激光工的速度和精度。