1 引言

       在液體(ti) 火箭發動機推力室成形以及產(chan) 品連接、導管製造中，鈑金件起到了關(guan) 鍵作用。航天產(chan) 品鈑金件與(yu) 普通鈑金件相比具有品種多、外形複雜、光潔度高、公差要求 嚴(yan) 等特點。而鈑金件成型之前．首先要解決(jue) 的是鈑金件的外形展開加工。鈑金件外形展開加工通常采用以下方法：畫線銑削、線切割、等離子切割、氧乙炔火焰切 割、模具衝(chong) 壓、高壓水切割和CO2激光切割(laser cutting)。種切割下料方法都有其優(you) 缺點。精度、速度和成本均不同。在工業(ye) 生產(chan) 中有一定的適用範圍。選用一種最便捷適應廣的加工方法是目前液體(ti) 火箭發動機鈑金零件製造所麵臨(lin) 的任務。

2典型鈑金零件工藝方案的選擇

2．1鈑金件的結構特點

     (1)名稱：導流板。
     (2)結構特點：加工內(nei) 型麵為(wei) 不規則曲線輪廓結構(如圖1)。

2．2技術要求

       材料為(wei) 1Cr18Ni9Ti鋼板，厚度δ2mm，內(nei) 輪廓曲率不僅(jin) 多變而且要做到光滑過度，且尺寸公差最嚴(yan) 處為(wei) 35[-0.3~-0.1] mm。

2．3工藝分析及工藝方案的選擇

     根據上述零件的零件圖及結構特點．有以下幾種加工工藝方案可供選擇：

(1)模具衝(chong) 壓；
(2)電火花線切割；
(3)高壓水切割；
(4)激光切割(laser cutting)。

2．4針對下達導流板16件生產(chan) 任務進行各種工藝的分析比較

2．4．1模具衝(chong) 壓

      因隻加工16件。雖然模具能保證內(nei) 輪廓精度要求，但是加工孔的陽模壽命短易折斷，模具本身成本高而且加工周期長，不經濟。

2．4．2電火花線切割

        精度以及表麵光滑過度均能保證。但是首先需要加工出穿絲(si) 孔．加工速度過於(yu) 緩慢。不合理(注：線切割加工直線段與(yu) 激光切割(laser cutting)精度及粗糙度相當。但是如果加工自由曲線或不規則曲線則精度及粗糙度不如激光切割(laser cutting))。

2．4．3高壓水切割

         密封件、切割頭等耗材壽命短，成本高。

2．4．4激光切割(laser cutting)

       因為(wei) 其數控程序是由CAD圖形-幾何位圖-以非均勻有理B樣條曲線為(wei) 基礎的PLC控製程序同步轉化的，不存在人為(wei) 誤差，再加上精密機床保證，機械精度理論 上誤差在±0．02mm，由於(yu) 環境原因實際上誤差在±0．05mm左右。而且排料可以用軟件來排。排料隨心所欲，材料利用率通常≥80％．加工精度、切割 麵粗糙度、熱影響區範圍和加工速度均能滿足要求。(激光加工(laser oem)模擬如圖1所示)。

2．5結論

        在對加工速度、加工精度、生產(chan) 率、生產(chan) 成本的綜合考慮下，選擇激光切割(laser cutting)加工鈑金零件能獲得滿意結果。

3激光切割(laser cutting)的工藝過程及其參數分析

3．1激光設備

        激光設備采用Trumpf公司激光衝(chong) 裁複合加工中心。

3．2激光束參數

         激光係統一般由激光器、激光傳(chuan) 輸係統、控製係統、運動係統、傳(chuan) 感與(yu) 檢測係統組成，其核心為(wei) 激光器。

         激光器為(wei) CO2氣體(ti) 脈衝(chong) 式激光器。光束橫截麵上光強分布接近高斯分布．具有極好的光束質量，主要性能指標如下：

激光波長：10．6μm
脈衝(chong) 功率：2．4kW：脈衝(chong) 寬度：約10ms
功率密度：10000000W／cm2
激光發散角：1mrad
激光功率穩定度：2％
激光束焦點直徑：Φ0．15~Φ0．30

        經實踐驗證，激光衝(chong) 裁複合加工中心CO2激光切割(laser cutting)加工δ0．5mm，δ6mm板材的工藝特點及相關(guan) 參數是：

        (1)切口寬度窄(一般為(wei) 0．15~0．30mm)、精度高(一般孔中心距誤差為(wei) 0．01~0．05mm，輪廓尺寸誤差為(wei) 0．05~0．2mm)、切口表 麵粗糙度好(一般Rz為(wei) 1．6~6．4μm)，切縫一般不需要再加工即可焊接。由圖2可以看出切縫粗糙度與(yu) 料厚成正比。

       (2)采用2kW激光功率，δ6mm厚不鏽鋼的切割速度為(wei) 1．2m／min：δ2mm厚不鏽鋼的切割速度為(wei) 3．6m／min，熱影響區微小，變形極小。以上優(you) 點足以證明：CO2激光切割(laser cutting)成為(wei) 發展迅速的一種先進加工方法。

       由圖3可以看出材料的最大切割速度與(yu) 料厚成反比。

3．3工藝過程及工藝參數

3．3．1數控編製切割工藝

      用Trumpf公司激光衝(chong) 裁複合加工中心附帶的TOPS300工藝編程軟件進行數控編程，同時完成材料的下料尺寸計算、排樣、工藝參數設定。過程如下：

(1)繪圖及圖形類型的轉換(要求零件外輪廓閉合)；
(2)確定材料、尺寸和零件排樣；
(3)使用激光切割(laser cutting)：圓角工藝(獲得銳邊倒鈍)或回路工藝(獲得銳角)；自動載入氣體(ti) 類型、切割速度，並設置退料；
(4)加工順序優(you) 化，生成數控加工程序，傳(chuan) 輸程序；

3．3．2切割穿孔技術

       對於(yu) δ0．5mm~δ6mm厚的板材．大多數熱切割技術都必須在板上穿一小孔。激光衝(chong) 壓複合機上是用衝(chong) 頭先衝(chong) 出一孔。然後再用激光從(cong) 小孔處開始切割。對於(yu) 沒有衝(chong) 壓裝置的激光切割(laser cutting)機(laser cutting)一般用脈衝(chong) 穿孔的基本方法--脈衝(chong) 穿孔：金屬對10．6um激光束的起始吸收率隻有0．5％~10％。當功率密度超過 106W／cm²的聚焦激光束照射到金屬表麵時。卻能在微秒級的時間內(nei) 很快使表麵開始熔化。常用空氣或氮氣作為(wei) 輔助氣體(ti) ，每個(ge) 脈衝(chong) 激光隻產(chan) 生小的微粒噴 射。逐步深入，因此厚板穿孔時間需要幾秒鍾。一旦穿孔完成，立即將輔助氣體(ti) 換成氧氣進行切割。(注：產(chan) 生高峰值功率脈衝(chong) 激光的元氣件電子管壽命約 20000小時．價(jia) 格昂貴．對6≤3薄板最好采用預衝(chong) 孔工藝，6≥3的板料才采用脈衝(chong) 穿孔工藝)。

3．3．3噴嘴及氣流控製

        激光切割(laser cutting)鋼材時．氧氣和聚焦的激光束是通過噴嘴射到被切材料處。從(cong) 而形成一個(ge) 氣流束。對氣流的基本要求是進入切口的氣流量要大，速度要高，以便足夠的氧化 使切口材料充分進行放熱反應，同時又有足夠的動量將熔融材料噴射吹出。目前激光切割(laser cutting)用的噴嘴采用一錐形孔帶端部小圓孔的結構．在使用時從(cong) 噴嘴側(ce) 麵通入一定 壓力。材質為(wei) 純銅，體(ti) 積較小，是易損零件。

3．3．4激光切割(laser cutting)的主要工藝 #p#分頁標題#e#

(1)升華切割

        在高功率密度激光束的加熱下。δ0．5mm～δ6mm板材的表麵溫度會(hui) 迅速升至沸點溫度。部分材料汽化成蒸汽消失．部分材料作為(wei) 噴出物從(cong) 切縫底部被輔助氣流吹走。切割氣體(ti) 一般用氮氣(N2)或氬氣(Ar)。

(2)高壓氣聚焦熔化切割

       當入射的激光束功率密度超過某一值後．光束照射點處材料內(nei) 部開始蒸發，形成孔洞。它將作為(wei) 黑體(ti) 吸收所有的入射光束能量。小孔被熔化物質所包圍。然後．與(yu) 光 束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走。隨著工件移動，小孔按切割方向同步橫移形成一條切縫。切割氣體(ti) 一般用氮氣(N2)。

(3)火焰氧化熔化切割

       熔化切割一般使用惰性氣體(ti) ，如果代之以氧氣或其它活性氣體(ti) 。材料在激光束的照射下與(yu) 氧氣發生激烈的化學反應而產(chan) 生另一熱源，稱為(wei) 氧化熔化切割。切割氣體(ti) 一般用氧氣(02)。

切割氣體(ti) 氧氣和氮氣的比較見表1。

3．3．5激光切割(laser cutting)氣體(ti) 的消耗

       激光切割(laser cutting)氣體(ti) 的消耗如圖4和圖5所示。由圖4可以看出，對於(yu) δ0．5mm-δ6mm的同一種料厚的板料，單位時間內(nei) 從(cong) 噴嘴噴出氧氣氣體(ti) 體(ti) 積隨著使用壓力提高而提高，對於(yu) 不同料厚的板料．在同一壓力下單位時間內(nei) 從(cong) 噴嘴噴出氣體(ti) 體(ti) 積增量與(yu) 料厚增量的平方成正比。

      由圖5可以看出。對於(yu) δ0．5mm~6mm的同一種料厚的板料，單位時間內(nei) 從(cong) 噴嘴噴出氮氣氣體(ti) 體(ti) 積隨 著使用壓力的提高而提高，對於(yu) 不同料厚的板料．在同一壓力下單位時間內(nei) 從(cong) 噴嘴噴出氣體(ti) 體(ti) 積增量與(yu) 料厚增量的平方成正比。由於(yu) 氮氣壓力在6bar以上才對切 割起到有效作用。所以氣體(ti) 消耗量大。