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(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210579481.0 (22)申请日 2022.05.26 (71)申请人 苏州思萃声光微纳技术研究所有限 公司 地址 215500 江苏省苏州市 常熟市经济技 术开发区研究院路1-2号 (72)发明人 徐红星 张福平 贾天卿 秦子尧 王文强 姜巍 (74)专利代理 机构 北京东方盛凡知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11562 专利代理师 刘芳 (51)Int.Cl. B23K 26/382(2014.01) B23K 26/70(2014.01) (54)发明名称 用于航空发动机火焰筒的无锥度冷却气膜 孔激光加工方法 (57)摘要 本发明涉及激光加工技术领域, 特别是涉及 一种用于航空发动机火焰筒的无锥度冷却气膜 孔激光加工方法。 本发明在不改变 现有光路系统 的基础上, 使用原有振镜系统, 通过五轴位移系 统, 增加一个倾角补偿角度, 使得加工出的气膜 孔为一个无锥度的孔, 甚至为倒锥孔, 稳定了气 流量, 提高了气膜孔激光加工的一致性和稳定 性, 在不使用大功率激光器的情况下, 高效率的 加工出无锥度的航空发动机气膜孔。 此外, 本发 明能够在加工中完全使用程序控制, 加工过程中 无需人工干预, 无需 改变振镜或冲击的激光加工 系统, 在自动倾转补偿角度的过程中实现无锥度 的气膜孔加工。 本发明能在保证 火焰筒气膜孔加 工的效率和质量的同时, 提高气膜 孔气流量和气 流稳定性。 权利要求书1页 说明书5页 附图5页 CN 114833472 A 2022.08.02 CN 114833472 A 1.一种用于航空发动机火焰筒的无锥度冷却气膜孔激光加工方法, 其特征在于, 该方 法所使用的装置包括激光加工平台, 所述激光加工平台上安装有激光器、 振镜、 聚焦透镜和 五轴位移系统, 所述激光器产生的激光束依 次经过所述振镜、 所述聚焦透镜后在待加工的 工件表面形成的聚焦光点为激光头, 所述五轴位移系统用于在激光加工过程中控制工件与 激光头之间的相对位移量和偏转角度; 所述的无锥度冷却气膜孔激光加工方法, 具体包括以下步骤: 步骤一、 将工件使用夹具固定在激光加工平台上, 对激光束进行调焦, 并确定激光束照 射在工件上的角度, 使该角度方向与设计的气膜孔中轴线重合; 步骤二、 在工件上加工正锥度的孔; 激光器产生的激光束, 经过振镜和聚焦透镜后聚焦 在工件表面上, 使用振镜旋切的方式在工件上预制孔, 并利用激光束穿透工件得到正锥度 的孔; 步骤三: 设置倾转补偿角度; 将振镜加工方式调整为圆形旋切, 通过五轴位移系统使工 件倾转一个角度, 激光束照射在工件上的角度与设计的气膜孔中轴线之间形成的夹角为倾 转补偿角度; 所述倾转补偿角度用于补偿聚焦的激光束能量在孔中的损失; 在工件倾转时, 激光头与气膜孔表面 孔径中心相对位置保持固定; 步骤四: 进行无锥度的气膜孔加工; 在 保持倾转补偿角度不变的基础上, 通过五轴位移 系统驱动工件, 驱动方式为该倾 转补偿角度绕设计的气膜孔中轴线旋转的方式; 步骤五: 加工 完成后, 五轴位移系统将工件驱动到初始位置, 为下一个气膜孔做准备; 步骤六: 重复步骤二~步骤五, 直到 完成所有气膜孔的加工 。 2.根据权利要求1所述的用于航空发动机火焰筒的无锥度冷却气膜孔激光加工方法, 其特征在于, 所述激光器使用光纤纳秒激光器。 3.根据权利要求1所述的用于航空发动机火焰筒的无锥度冷却气膜孔激光加工方法, 其特征在于, 所述振镜包括两面反射镜, 两所述反射镜分别通过两电机改变偏转角度。 4.根据权利要求1所述的用于航空发动机火焰筒的无锥度冷却气膜孔激光加工方法, 其特征在于, 所述激光加工平台上安装有同轴监控系统, 所述同轴监控系统通过监控其相 对位置的变化用于校准数据和监控孔型。 5.根据权利要求1所述的用于航空发动机火焰筒的无锥度冷却气膜孔激光加工方法, 其特征在于, 所述 倾转补偿角度绕设计的气膜孔中轴线的旋转圈数不少于一圈。 6.根据权利要求5所述的用于航空发动机火焰筒的无锥度冷却气膜孔激光加工方法, 其特征在于, 所述旋转圈数优选为2圈。 7.根据权利要求5所述的用于航空发动机火焰筒的无锥度冷却气膜孔激光加工方法, 其特征在于, 所述 倾转补偿角度优选为5 °。 8.根据权利要求5所述的用于航空发动机火焰筒的无锥度冷却气膜孔激光加工方法, 其特征在于, 所述 倾转补偿角度绕设计的气膜孔中轴线旋转 一圈所需的时间为10s。权 利 要 求 书 1/1 页 2 CN 114833472 A 2用于航空发动机火焰筒的无锥度冷却气膜孔激光加工方 法 技术领域 [0001]本发明涉及激光加工技术领域, 特别是涉及一种用于航空发动机火焰筒的无锥度 冷却气膜孔激光加工方法。 背景技术 [0002]提高航空发动机的工作温度可以显著的提高发动机的燃气效率和推重比, 但发动 机的火焰 筒和叶片的耐受温度严重制约了其工作温度。 而火焰筒 上的气膜孔可以使得冷气 在火焰筒壁上形成一层均匀的气膜, 从而隔绝燃烧室的热流, 从而提高燃烧室的工作温度, 提高燃气效率。 [0003]现阶段加工气膜孔主要采用电火花加工方式, 随着热障涂层、 复合材料等不导电 的新型材料在发动机上 的应用, 电火花加工逐渐出现弊端, 因此主流研究方向采用激光加 工的方式。 激光加工可加工各种材料, 基本对材料没有选择性, 加工精度好, 重熔层薄, 孔 径、 孔型易于控制等优点。 [0004]而在激光加工高深径比的气膜孔时, 由于使用高斯聚焦的高能激光束通过上方狭 窄的小孔时, 能量会急剧的损耗, 会导致加工板材背面的孔变小, 孔型容易形成一个正锥形 结构。 同时, 如果使用振镜系统, 由于光路本身的优化问题, 会导致光束方向朝着 中轴线汇 聚, 因此, 在不加干预的情况下, 会更容易加工出正锥形的孔型, 即激光入口处孔径大, 出口 处孔径小。 这种情况下不但会导致气膜孔气流通量减小, 同时也会造成加工高深径比的孔 时不易穿透, 热影响区增 加, 还会导致加工的稳定性, 孔型的一 致性急剧下降。 发明内容 [0005]本发明的目的是提供一种用于航空发动机火焰筒的无锥度冷却气膜孔激光加工 方法, 以解决上述现有技 术存在的问题。 [0006]为实现上述目的, 本发明提供了如下方案: 本发明提供一种用于航空发动机火焰 筒的无锥度冷却气膜孔激光加工方法, 该方法所使用的装置包括激光加工平台, 所述激光 加工平台上安装有激光器、 振镜、 聚焦透镜和五轴位移系统, 所述激光器产生的激光束依次 经过所述振镜、 所述聚焦透镜后在待加工的工件表面形成的聚焦光点为激光头, 所述五轴 位移系统用于在激光加工过程中控制工件与激光头之间的相对位移量和偏转角度; [0007]所述的无锥度冷却气膜孔激光加工方法, 具体包括以下步骤: [0008]步骤一、 将工件使用夹具固定在激光加工平台上, 对激光束进行调焦, 并确定激光 束照射在工件上的角度, 使该角度方向与设计的气膜孔中轴线重合; [0009]步骤二、 在工件上加工正锥度的孔; 激光器产生的激光束, 经过振镜和聚焦透镜后 聚焦在工件表面上, 使用振镜旋切的方式在工件上预制孔, 并利用激光束穿透工件得到正 锥度的孔; [0010]步骤三: 设置倾转补偿角度; 将振镜加工方式调整为圆形旋切, 通过五轴位移系统 使工件倾转一个角度, 激光束照射在工件上的角度与设计的气膜孔中轴线之间形成的夹角说 明 书 1/5 页 3 CN 114833472 A 3
专利 用于航空发动机火焰筒的无锥度冷却气膜孔激光加工方法
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