一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114161004A(43)申请公布日2022.03.11(21)申请号202111412793.4(22)申请日2021.11.25(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人姜澜邱兆岭胡洁刘威柳海林(74)专利代理机构北京正阳理工知识产权代理事务所(普通合伙)11639代理人王松(51)Int.Cl.B23K26/382(2014.01)B23K26/064(2014.01)B23K26/0622(2014.01)权利要求书1页说明书4页附图4页(54)发明名称一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法(57)摘要本发明涉及一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法，属于激光应用领域。本发明的目的是为了解决传统飞秒激光在涡轮叶片制孔过程中孔口圆度低、孔内壁粗糙度高、孔内壁不均匀等一些列技术问题。本发明首次采用垂直偏振的飞秒激光双脉冲序列加工微孔，并应用于涡轮叶片气膜孔的制备，制备出高质量高精度微孔，有效地提高气膜冷却孔的孔口圆度以及孔壁的均匀性。CN114161004ACN114161004A权利要求书1/1页1.一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法，其特征在于：调整激光光束，产生具有时间延时的垂直偏振飞秒激光双脉冲，用于在涡轮叶片上加工出气膜孔。2.如权利要求1所述的一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法，其特征在于：产生具有时间延时的垂直偏振飞秒激光双脉冲的方法为：在加工光路中加入飞秒激光时域整形装置，以产生两个偏振相互垂直的子脉冲。3.如权利要求1所述的一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法，其特征在于：所述双脉冲的能量比为1:1。4.如权利要求1所述的一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法，其特征在于：所述时间延时范围为0.2ps‑20ps。5.如权利要求1所述的一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法，其特征在于：加工气膜孔的方法为：将垂直偏振飞秒双脉冲序列通过平凸透镜聚焦在工件表面，进行微孔加工；根据孔径及孔深需求，通调整六轴平移台，实现扫描旋切路径；通过同轴成像系统实时观测加工过程；通过同轴吹气系统排出微孔加工产生的碎屑。6.如权利要求2所述的一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法，其特征在于：所述飞秒激光时域整形装置包括：YVO4晶体、迈克尔逊干涉仪和光学4f系统。7.实现如权利要求1至6任意一项所述方法的装置，其特征在于：包括：飞秒激光器、第一反射镜、第二反射镜、YVO4晶体、第三反射镜、第四反射镜、衰减片、光快门、二向色镜、分束镜、滤光片、变焦镜头、CCD相机、平凸透镜、同轴吹气头、六轴平移台和空气压缩机；飞秒激光器发射出的激光经过第一反射镜、第二反射镜、YVO4晶体、第三反射镜、第四反射镜、衰减片、光快门、二向色镜后，经由平凸透镜聚焦后作用在样品表面进行气膜孔加工。8.如权利要求7所述装置，其特征在于：所述YVO4晶体光轴方向与光束偏振方向之间保持45°夹角，确保两个子脉冲的能量比保持1:1。9.如权利要求7所述装置，其特征在于：加工气膜孔时的飞秒激光的参数如下：激光脉宽为210fs‑630fs，功率为0.1‑30W，波长为515nm或1030nm，重复频率为1‑200kHz；吹气系统压强范围：0.1‑0.6MPa；采用扫描旋切方式进行打孔，在控制系统中预设六轴平移台的扫描路径为同心圆环逐层扫描，设置扫描速度为0.1mm/s‑2mm/s，设置直径范围为0.25‑1.4mm，设置扫描10‑100圈绘制一层完整的旋切路径；根据实际加工测试，确定不同工艺参数下每层旋切路径材料去除量，确定单层进给量0.01‑0.8mm；依据待加工工件厚度，确定扫描层数10‑200层；每个气膜孔根据加工直径与加工深度，确定工艺参数，从而实现气膜孔的制备。2CN114161004A说明书1/4页一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法技术领域[0001]本发明涉及一种精准加工涡轮叶片气膜孔的方法，属于激光应用领域。背景技术[0002]涡轮叶片是航空发动机的核心部件，为了提高其工作性能，应用于航空发动机涡轮叶片的气膜冷却技术一直是备受关注的问题。其中，冷却微孔的加工是气膜冷却技术的关键，其加工存在大量挑战，如无微裂纹、无热影响区、极小化重铸层等，传统加工方法如电火花加工、电液束加工、长脉冲激光加工等，存在加工缺陷且无法单步在表面带热障涂层的涡轮叶片上实现高质量微孔加工。[0003]超快激光有超短脉冲持续时间(～10‑15s)、极高的能量密度(>1014W/cm2)等特点，可以有效的抑制热扩散到周围环境，减小热应变，在精密制造中引起了广泛的关注。与传统的制孔方法相比，超快激光能够显著降低或消除了热障涂层(TBC)和粘结层(BC)之间的微裂纹和分层以及重铸层的缺陷，是目前微孔加工的