一种航空发动机叶片气膜孔加工装置及工作方法转让专利
申请号 : CN201910340822.7
文献号 : CN110202277B
文献日 : 2021-04-16
发明人 : 张丰云 , 孙树峰 , 张强 , 王萍萍 , 邵晶 , 王德祥 , 刘庆玉
申请人 : 青岛理工大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种航空发动机叶片气膜孔加工方法,其特征在于,所述加工方法在航空发动机叶片气膜孔加工装置内进行,所述加工装置包括工作箱,工作箱内设有装夹机构,装夹机构用于夹持工件,所述工作箱上部连接有内部空间与工作箱内部空间连通的罩体,所述罩体顶端连接有激光加工机构,所述激光加工机构能够产生激光射线,对工作箱内的工件进行激光加工,所述罩体与供液机构及酸气过滤机构连接,所述供液机构能够向工作箱内工件喷射酸性溶液,工作箱能够对酸性溶液进行收集,所述酸气过滤机构能够过滤加工过程中产生的酸性蒸汽,所述工作箱内设有隔板,所述隔板将工作箱内空间分为储液区及排液区;所述酸气过滤机构包括用于盛放碱性溶液的酸气过滤箱,所述酸气过滤箱与吸风管的一端连接,吸风管的另一端与罩体连接,罩体内的酸性蒸汽能够通过吸风管进入酸气过滤箱,所述吸风管通过L型的吸风管支架与扫描振镜连接;
包括以下步骤:
步骤1:打开罩体,将待加工工件与工件装夹机构固定连接;
步骤2:利用供液机构向工作箱内注入常温下不与工件发生化学反应的酸性溶液,使酸性溶液液面没过工件待加工位置设定距离;
步骤3:供液机构以0.7Mpa‑0.9Mpa压力向工件喷射酸性溶液,在工件表面形成薄水层,激光加工机构对工件进行激光钻孔;
步骤4:钻孔完成后,供液机构以0.05Mpa‑0.15Mpa压力向工件喷射酸性溶液,工件浸没在酸性溶液中,激光加热钻孔区域的酸性溶液,被加热的酸性溶液与激光加工产生的重铸层产生化学反应,将重铸层去除。
2.如权利要求1所述的一种航空发动机叶片气膜孔加工方法,其特征在于,供液机构包括用于盛放酸性溶液的储液箱,所述储液箱通过供液管路与罩体连接,供液管路端部设有伸入罩体内部的喷嘴,所述供液管路连接有驱动泵,所述驱动泵能够驱动储液箱内的酸性溶液进入工作箱。
3.如权利要求2所述的一种航空发动机叶片气膜孔加工方法,其特征在于,所述喷嘴与机械手连接,所述机械手用于调节喷嘴的位置。
4.如权利要求2所述的一种航空发动机叶片气膜孔加工方法,其特征在于,所述供液管路还连接有稳压罐,所述稳压罐用于保持溶液的输出压力。
5.如权利要求2所述的一种航空发动机叶片气膜孔加工方法,其特征在于,工件装夹机构位于储液区内部,隔板设有开口,所述开口处设有开关门,所述开关门能够控制储液区和排液区的导通和关闭,所述排液区通过回液管路与储液箱连接,排液区内的酸性溶液能够通过回液管路进入储液箱。
6.如权利要求2所述的一种航空发动机叶片气膜孔加工方法,其特征在于,酸气过滤箱设有排气管,用于排出酸气过滤箱内的过滤后气体,吸风管连接有风机,所述风机能够驱动罩体内的酸性蒸汽进入酸气过滤池。
7.如权利要求2所述的一种航空发动机叶片气膜孔加工方法,其特征在于,激光加工机构包括激光器,所述激光器通过光纤与扫描振镜连接,所述扫描振镜与罩体顶端固定连接。
8.如权利要求7所述的一种航空发动机叶片气膜孔加工方法,其特征在于,所述罩体包括上部支架、下部支架及柔性透明罩,所述上部支架与扫描振镜固定连接,下部支架与工作箱固定连接,上部支架与下部支架之间连接有柔性透明罩。
9.如权利要求8所述的一种航空发动机叶片气膜孔加工方法,其特征在于,所述扫描振镜与竖向驱动机构连接,竖向驱动机构能够驱动扫描振镜沿竖直方向运动,所述工作箱与三轴工作台连接,所述三轴工作台能够驱动工作箱沿水平面相互垂直的第一方向及第二方向运动,能够驱动工作箱绕竖直方向的转动,工件装夹机构与驱动电机连接,所述驱动电机固定在工作箱的侧箱壁,驱动电机能够驱动工件装夹机构的转动。
说明书 :
一种航空发动机叶片气膜孔加工装置及工作方法
技术领域
背景技术
硬化、高耐磨碳化物颗粒的存在和形成边缘的强烈倾向,这些合金是非常难加工的。
作温度。为了获得良好的冷却效率,在叶片表面上加工了具有不同角度和排列方式的许多
孔。这些孔直径大小在0.2mm到0.8mm之间,属于小孔的范畴,并且具有复杂的空间角度,其
加工质量和精度是影响涡轮叶片和航空发动机性能的关键因素。
发明内容
罩体顶端连接有激光加工机构,所述激光加工机构能够产生激光射线,对工作箱内的工件
进行激光加工,所述罩体与供液机构及酸气过滤机构连接,所述供液机构能够向工件箱内
工件喷射酸性溶液,工作箱能够对酸性溶液进行收集,所述酸气过滤机构能够过滤加工过
程中产生的酸性蒸汽。
液与激光加工过程产生的重铸层产生化学反应,去除重铸层。
述驱动泵能够驱动储液箱内的酸性溶液进入工作箱。
开关门能够控制储液区和排液区的导通和关闭,所述排液区通过回液管路与储液箱连接,
排液区内的酸性溶液能够通过回液管路进入储液箱。
管进入酸气过滤箱,酸气过滤箱设有排气管,用于排出酸气过滤箱内的过滤后气体,所述吸
风管连接有风机,所述风机能够驱动罩体内的酸性蒸汽进入酸气过滤池。
面相互垂直的第一方向及第二方向运动,能够驱动工作箱绕竖直方向的转动,所述工件夹
装机构与驱动电机连接,所述驱动电机固定在工作箱的侧箱壁,驱动电机能够驱动工件夹
装机构的转动。
重铸层产生化学反应,将重铸层去除。
产生的重铸层产生高温化学反应,去除重铸层,有效改善了工件的加工质量。
境的污染。
附图说明
隔膜泵,3‑4.稳压罐,3‑5.供液管路,3‑6.玻璃喷头夹具,3‑7.喷嘴,3‑8.出液口,4.酸气过
滤机构,4‑1.酸气过滤池,4‑2.酸气过滤池盖,4‑3.吸风管,4‑4.风机,4‑5.吸风管支架,4‑
6.排气管,4‑7.第二排液管,5.激光加工机构,5‑1.扫描振镜,5‑2.光纤头,5‑3.光纤,5‑4.
激光器,6.连接轴,7.U型连接板,8.连接部,9.夹持部,10.挡台,11.端盖,12.固定螺母,13.
联轴器,14.伺服电机,15.机械手,16.工件,17.回液接头,18.回液接口,19.第一排液管,
20.控制系统,21.高透光玻璃。
具体实施方式
理解的相同含义。
也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包
括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
述,而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位,以特定的方位构造和操作,
因此不能理解为对本发明的限制。
6。
件,所述隔板上设置有开口,所述开口处设置有卡槽结构1‑2,所述卡槽结构中插入有开关
门1‑3,开关门插入或拔出卡槽,能够控制开口的打开和关闭,进而控制储液区和排液区的
连通和关闭。
够驱动工作箱沿与第一方向及第二方向所在平面垂直的竖直方向的转动。
所述连接部通过螺栓与U型连接板固定连接,所述夹持部的形状与待加工的扇叶端部形状
相匹配,能够夹紧待加工的扇叶,实际加工中,可加工一系列夹持头,一系列夹持头可采用
相同的连接部,夹持部可根据扇叶的具体规格进行设置,采用同一套连接轴及U型连接板即
可固定多种规格的扇叶,只需要更换不同的夹持头即可。
部箱壁固定连接,端盖与工作箱的侧部箱壁之间设有密封圈,用于防止工作箱内溶液泄漏,
所述端盖的一侧旋紧有两个固定螺母12,靠近端盖的螺母将端盖压紧在工作箱的侧部箱壁
上,对端盖起到限位作用,另一个固定螺母起到防松作用。
柔性透明罩2‑3,所述下部支架与工作箱上部可拆卸连接,所述上部支架与激光加工机构连
接。
石榴石脉冲光纤激光器,所述光纤能够导出脉冲激光器产生的激光,所述光纤头对光纤导
出的激光进行扩束、准直等整形操作后输入到扫描振镜中,扫描振镜能够通过控制系统对
激光进行控制得到所需的加工路径,对工件进行激光钻孔加工。
此不进行详细叙述。
与工件激光加工产生的重铸层发生反应,所述储液箱通过由硅胶材质制成的供液管路与罩
体连接,所述储液箱内的酸性溶液可通过供液管路进入工作箱,所述储液箱包括储液池3‑
1,所述储液池可拆卸的连接有储液池盖3‑2,所述储液池盖上安装有与供液管路连接的驱
动泵和稳压罐3‑4,并设有出液口3‑8,用于供液管路与储液箱连接,所述驱动泵可采用隔膜
泵3‑3,能够驱动储液池内的酸性溶液进入工作箱,所述稳压罐能够缓冲隔膜泵的脉动效
应,使得供液管路能够稳定输出酸性溶液。
更好的集中在加工区域。
嘴穿过及调整位置的开口。
飞溅到扫描振镜的场镜镜头上,以及把在加工过程中因受热产生的酸汽保留在柔性透明罩
的内部区域,能够有效防止加工过程中酸性溶液对扫描振镜镜头产生污染。
口1‑4与排液区内部空间连通,所述回液接头通过由硅胶材质制成的回液管及设置在储液
箱盖的回液接口18与储液箱连接,排液区内的酸性溶液可流经回液接头、回液管进入储液
箱,实现了酸性溶液的循环利用。
酸气过滤池盖与吸风管4‑3的一端连接,吸风管的另一端伸入罩体内部,所述吸风管上连接
有风机4‑4,所述风机与酸气过滤池盖固定连接,所述风机采用涡轮叶片,工作时,能够产生
足够的负压,对罩体内的酸性蒸汽进行吸收,使酸性蒸汽进入酸气过滤池内部。
排液管用于排出酸气过滤池内的液体。
列程序生成激光加工路径;控制竖向驱动机构,将扫描振镜调整至合适位置;控制伺服电机
及三轴工作台,将叶片位置调整至所需要加工的位置;控制机械手将喷嘴调整至合适位置,
隔膜泵工作,向储液区内注入酸性溶液,液位没过叶片待加工位置2mm,酸性溶液可采用
3mol/L的盐酸饱和溶液或4mol/L的硝酸钠饱和溶液,在常温下不会与叶片发生化学反应。
振镜射出,对叶片进行钻孔加工。
较小,所以工件浸没在酸性溶液中,待加工区域表面能够形成3‑4mm厚的溶液层。工件上方
水层厚度的增加使溶液对激光的吸收程度变大,在步骤3中加工出的孔内区域的酸性溶液
温度升高,使酸性溶液与激光加工形成的重铸层产生化学反应,将重铸层进行去除。重铸层
去除过程中,喷嘴向工件喷射较小压力的酸性溶液,能够使溶液具有一定的流动性,一方面
能防止溶液过热发生沸腾,影响加工效果,另一方面又能及时带走从孔内溢出的高温酸性
溶液,防止孔口附近的基体组织发生过腐蚀。
性溶液可采用15%的氢氧化钙溶液,也可采用其他弱碱性溶液,满足中和反应需求即可。
打开开关门,加工箱储液区剩余溶液通过回液管路进入储液箱,取下叶片,然后对叶片进行
清洗,完成了叶片气膜孔的加工。
需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。