激光強力打孔的突破性工藝

        發動機葉片、燃燒室的冷卻孔加工一直以來都是一個(ge) 加工難點，其冷卻孔數量多、孔徑小，並且全都分布在葉片或燃燒室的3D曲麵輪廓上，非常難於(yu) 裝卡和加工。目前使用的噴射發動機的氣體(ti) 溫度可達2000℃左右，這個(ge) 溫度已經超過了發動機渦輪葉片和燃燒室材料的熔點，所以為(wei) 了使發動機能長時間穩定的工作，這些部件必須得到足夠的冷卻，目前廣泛使用的是邊界層冷卻法。

        邊界層冷卻法是在葉片燃燒室表麵打上數以千計的小孔來保證這些部件的表麵被一層薄薄的冷卻空氣覆蓋，冷卻氣體(ti) 覆蓋整個(ge) 零件表麵來隔絕外界溫度，從(cong) 而達到保護的作用，提高葉片燃燒室的使用壽命和發動家的技術性能。傳(chuan) 統上這種冷卻孔可以用EDM加工，但是激光加工有著無可比擬的優(you) 勢，所以激光在此行業(ye) 的應用日益廣泛，發展迅猛。目前航空航天領域加工冷卻孔主要是采用脈衝(chong) Nd:YAG激光器。

       激光打孔主要有兩(liang) 種打孔方式：脈衝(chong) 打孔和環切孔。脈衝(chong) 打孔采用連續的激光脈衝(chong) 加工孔，孔的直徑可以通過調整能量大小獲得不同的孔徑。環切孔是用激光脈衝(chong) 先在孔的中心位置打一個(ge) 孔，然後激光束沿孔的圓周移動，或是工件旋轉，加工出一個(ge) 孔。環切孔主要用於(yu) 直徑大於(yu) 1mm的孔的加工，孔的加工質量要優(you) 於(yu) 脈衝(chong) 打孔。

       脈衝(chong) 打孔是航空航天行業(ye) 中很重要的加工技術，它大大縮短了零部件的打孔時間，效率很高。尤其是對於(yu) 對稱部件（如燃燒室）的加工，可以采用‘飛行打孔’的方式，進一步縮短加工時間，提高效率。飛行打孔時，激光的脈衝(chong) 頻率和工件的旋轉頻率同步，激光脈衝(chong) 同步的以特定的排列方式加工出大量的冷卻孔。這種加工方式適用於(yu) 燃燒室等對稱回轉部件上要求不高的冷卻孔的加工。

       冷卻孔的質量很重要，主要采用重鑄層，氧化層，孔的圓度錐度等指標來衡量。重鑄層和氧化層是冷卻孔的最重要的兩(liang) 個(ge) 技術指標，它們(men) 決(jue) 定了該部件的適用壽命和穩定性。重鑄層是指激光鑽孔後，在孔壁上留下的一層薄薄的固態金屬重熔層，這層薄薄的固態金屬重熔層可以產(chan) 生微裂紋，並直接蔓延到材料本體(ti) 。氧化層是在孔壁上留下的一層金屬氧化物，這層氧化物也會(hui) 產(chan) 生微裂紋，影響冷卻孔的質量。

       檢驗冷卻孔的質量是否合格，除了檢驗孔的基本尺寸外，主要有兩(liang) 種辦法：一種是檢驗孔的重鑄層和氧化層厚度，是否超過了最大允許值，如勞斯萊斯航空公司和羅爾斯羅伊斯發動機公司；另一種，有的發動機公司檢驗通過冷卻孔的氣體(ti) 流動性和氣流分布來判斷冷卻孔的質量，如美國P&W公司。各個(ge) 航空發動機公司針對自家的產(chan) 品，采用不同的檢驗方法，有的采用多種檢驗方法，而且檢驗方法也在不斷的改進。

       針對冷卻孔的加工，DMG公司主要提供LASERTEC 50/80/130 PowerDrill係列激光加工中心，用於(yu) 不同規格尺寸的工件的加工，最大加工工件直徑可達1300mm。以LASERTEC80PD為(wei) 例，該機床加工精度高，定位精度高(Pmax.<10μm)，除了可進行基本的X/Y/Z 三軸加工外，還可配置第4軸或第5軸，極大地增強了機床的加工柔性，實現了最高的動態性能。

       為(wei) 了有效地提高加工效率，LASERTEC80 的X、Y 軸驅動采用了先進的直線電機驅動技術，使其移動速度高達120m/min，加速度1.2g，最大限度地縮短了加工節拍。所有移動軸都配有直接位移測量係統，高動態性能的扭矩電機，噴嘴間距自動調節裝置以及操作簡便的西門子控製係統。確保最佳的切削質量：激光束沿Z 軸方向行走，因此，形成的激光束具有短且連續的光學路徑。

        LASERTEC130PD是一種專(zhuan) 門針對航空航天發動機以及大型汽輪機行業(ye) 開發的高精度產(chan) 品，如圖5所示，適用於(yu) 航空發動機大型燃燒室部件的切割打孔，可加工直徑達1300mm的燃燒室部件，以及渦輪葉片冷卻孔的加工，也可進行激光焊接。借助於(yu) 不同功率的激光器，LASERTEC130PD孔加工最小直徑可達0.010mm，最大零件厚度可至20mm；作為(wei) 切割型，最大可加工零件厚度為(wei) 10mm，最小切縫寬度為(wei) 0.020mm。

        為(wei) 了有效地提高加工效率，LASERTEC130PD的X軸驅動采用了先進的直線電機驅動技術，使其快移速度高達100m/min，加速度0.5g，Y、Z軸快移速度高達#p#分頁標題#e#60m/min，最大限度地縮短了加工節拍。這種直接驅動技術也應用到了第4軸、第5軸的回轉軸驅動上，實現5軸激光切割和焊接和打孔。

        該機型加工空間寬敞(1300mm /920mm /820mm)，多種葉片和燃燒室專(zhuan) 用軟件包幫助快速便捷的設定鑽孔和切割程序；帶轉向軸和扭轉電機的新型激光頭；雙倍的防撞保護功能；切割頭和測量探頭快速切換；機床的高動態性能以及高切削速度，使得高效飛行打孔成為(wei) 可能。

        全新的LASERTEC130PD 為(wei) 大型汽輪機構件的鑽孔加工開辟了新的方法。能夠像加工工業(ye) 用燃氣輪機葉片一樣快速且經濟的加工燃燒室和輔助燃燒室中的大型旋轉對稱件。旋轉軸和激光頭中的兩(liang) 個(ge) 高動態性能扭轉電機，使得該機床能夠在最短的加工時間內(nei) 達到最高的加工精度。憑借機床的高動態性能以及高切削速度，能夠實現鑽環穿孔。借助於(yu) 全新的燃燒室及其他類似零部件加工編程係統，能夠快速簡便的完成複雜的工件加工程序的製定。新型的防撞保護功能為(wei) 工件在程序啟動時提供最大的保護，並且為(wei) 生產(chan) 快速運轉提供必需的穩定性。

       LASERTEC 50/80/130 PowerDrill 係列激光加工機床均配有高精度Nd:YAG 激光器，功率範圍100～500W，用於(yu) 鑽孔、切削和焊接,也可選用2000～3000W CO2激光器激光功率最高為(wei) 50kW (脈衝(chong) 功率)，用於(yu) 厚度大於(yu) 10mm的航空部件加工。另外配有CCD 攝像機用於(yu) 快速定位，3D測量探頭用於(yu) 工件自動定位。

       針對航空航天零部件的特點，DMG公司特別開發了針對此類部件加工的專(zhuan) 用軟件包，主要有：LASERSOFT PowerDrill打孔軟件包、LASERSOFT Combustor燃燒室加工編程軟件包、LASERSOFT PowerWeld焊接編程軟件包、LASERSOFT Simulation模擬加工軟件包。這些軟件可以針對不同類型的部件，最快最方便的完成編程，充分發揮機床的技術性能。通過一體(ti) 化的模擬軟件，能夠預先避免可能發生的碰撞危險。