利用激光在金属零件体上加工通气孔的方法与流程

1.本发明涉及航空发动机零件激光加工技术领域，特别地，涉及一种利用激光在金属零件体上加工通气孔的方法。


背景技术：

2.激光加工因其高效，精度高，热影响区小，成本低而在航空发动机得到大量使用。比如发动机火焰筒上的冷却孔，采用激光加工效率是传统电火花加工的几十倍。
3.请参考图1，激光加工工件的原理如下：聚焦后的高能激光束照射加工工件表面，激光照射部位处的工件表面迅速汽化和熔化，气压急剧上升，再通过高速辅助气流沿激光照射方向向外喷射，进而在加工部位形成小孔。现有的采用激光加工冷却孔，当高速的气流吹出力度不够时，喷射的熔渣部分由于液相表面张力等原因就会在工件孔口背面冷却凝固从而形成与基体相连的孔口毛刺，且该毛刺由于是高温熔渣迅速冷却形成的，与基体存在较强的结合力，难以去除；当高速的气流吹出力度太大时，喷射的熔渣部分容易经工件远离高能激光一侧的障碍物反射进而粘接在工件的背面上，导致工件背面存在飞溅熔融物。
4.现有的通过激光加工航空发动机的火焰筒上的气膜孔，火焰筒上的气膜孔主要是孔径小于1毫米且与基体呈角度布设的斜孔，辅助气流无法有效吹出熔渣而在零件背面形成出口毛刺，同时火焰筒上的内壁面上的飞溅熔融物较多。现有的通过激光加工火焰筒上的气膜孔后，需要依靠人工使用风枪，抛光轮，钢丝刷等机械去除开口毛刺和飞溅熔融物，而与基体结合较强的孔口毛刺由于外力作用内翻进气膜孔内，导致小孔阻塞造成火焰筒质量不合格，需要人工再用针规疏通，造成较大的返工返修，造成人力浪费，部分粗大的毛刺经人工去毛刺后会造成气膜孔的完全阻塞，并且人工通孔容易造成气膜孔的方向改变，对发动机性能产生不利后果。
5.因此，急需提供一种利用激光在金属零件体上加工通气孔时，减少基体表面粘附的孔口毛刺和飞溅熔融物的方法。


技术实现要素：

6.本发明提供的利用激光在金属零件体上加工通气孔的方法，以解决现有的采用激光加工冷却孔后，基体的表面存在大量的孔口毛刺和飞溅熔融物的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
8.一种利用激光在金属零件体上加工通气孔的方法，包括如下步骤：s101，在金属零件体的打孔出口的一面预先涂覆一层防护介质，进而使防护介质覆盖在金属零件体的背面以形成待加工目标零件；s102，采用激光束从待加工目标零件的正面沿加工路径照射目标加工部位并在辅助气流的协同作用下进行激光加工，直至在待加工目标零件上加工有贯穿金属零件体的目标小孔，进而形成初级目标零件；s103，对初级目标零件进行清洗，去除初级目标零件的背面的防护介质并使附着在防护介质上的附着物移除，进而形成次级目标零件；s104，对次级目标零件进行加工处理，直至形成终极目标零件。
9.进一步地，防护介质采用工业黄油或者蓖麻油。
10.进一步地，在金属零件体的打孔出口的一面预先涂覆一层工业黄油，其中，工业黄油涂层的厚度为0.06至0.6毫米。
11.进一步地，工业黄油涂层的厚度为0.1至0.3毫米。
12.进一步地，在金属零件体的打孔出口的一面预先涂覆一层蓖麻油，其中，蓖麻油涂层的厚度为0.06至0.4毫米。
13.进一步地，蓖麻油涂层的厚度为0.1至0.15毫米。
14.进一步地，步骤s103具体包括：采用汽油或碳氢清洗剂对初级目标零件进行清洗去除初级目标零件的背面的防护介质，同时使附着在防护介质上且与初级目标零件的基体隔断的附着飞溅物和挂渣毛刺移除。
15.进一步地，s104具体包括：对附着在次级目标零件的金属零件体上的熔融残渣进行处理并去除，进而使次级目标零件形成终极目标零件。
16.进一步地，在步骤s101之前，对金属零件体的表面进行清理以使金属零件体的表面洁净。
17.进一步地，金属零件体为火焰筒，火焰筒的侧壁上需要加工有多个贯穿火焰筒的侧壁的通气孔，通气孔的孔径小于等于1毫米，或者，金属零件体为呈空心筒状的金属回转体，金属回转体的侧壁上需要加工有多个贯穿回金属转体的侧壁的通气孔，或者，金属零件体为呈板状的金属平面体，金属平面体的表面上需要加工有多个贯穿金属平面体的通气孔。
18.本发明具有以下有益效果：
19.本发明中的利用激光在金属零件体上加工通气孔的方法，通过预先在金属零件体的背面涂覆一层防护介质并使防护介质附着在金属零件体的背面上，使激光加工过程中从零件体上产生的喷射熔渣附着在防护介质上，通过防护介质进行物理阻隔，避免了激光毛刺和反射飞溅物直接融合在基体背面上，同时附着在防护介质上的喷射熔渣会伴随防护介质的去除而与基体分离，大大减少了激光加工通气孔后基体的表面上的激光毛刺和反射飞溅物的附着量，减少了人工去除基体表面的毛刺和飞溅物时的工作量，有利于保证通气孔的加工精度，避免通气孔在加工过程中受损。在实际加工过程中，激光加工中由辅助气体吹出的高温熔融金属物质直射或经过障碍物反射作用在防护介质上，防护介质通过融化或汽化带走高温熔融金属物质的热量使得高温熔融金属物质的温度急剧下降而无法与金属零件体的表面粘接，有效地减少了激光毛刺和反射飞溅物在基体上的附着；当辅助气体作用在融化或汽化的介质上时带走热量使得防护介质重新凝固或液化，进而重新在金属零件体的表面形成保护。
20.除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
21.构成本技术的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
22.图1是现有技术中利用激光在金属零件体上加工通气孔的原理示意图；
23.图2是本发明优选实施例的利用激光在金属零件体上加工通气孔的方法的流程图；
24.图3是本发明优选实施例的利用激光在金属零件体上加工通气孔的原理示意图。
具体实施方式
25.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
26.图1是现有技术中利用激光在金属零件体上加工通气孔的原理示意图；图2是本发明优选实施例的利用激光在金属零件体上加工通气孔的方法的流程图；图3是本发明优选实施例的利用激光在金属零件体上加工通气孔的原理示意图。
27.如图2和图3所示，本实施例的利用激光在金属零件体上加工通气孔的方法，包括如下步骤：s101，在金属零件体的打孔出口的一面预先涂覆一层防护介质，进而使防护介质覆盖在金属零件体的背面以形成待加工目标零件；s102，采用激光束从待加工目标零件的正面沿加工路径照射目标加工部位并在辅助气流的协同作用下进行激光加工，直至在待加工目标零件上加工有贯穿金属零件体的目标小孔，进而形成初级目标零件；s103，对初级目标零件进行清洗，去除初级目标零件的背面的防护介质并使附着在防护介质上的附着物移除，进而形成次级目标零件；s104，对次级目标零件进行加工处理，直至形成终极目标零件。
28.本发明中的利用激光在金属零件体上加工通气孔的方法，通过预先在金属零件体的背面涂覆一层防护介质并使防护介质附着在金属零件体的背面上，使激光加工过程中从零件体上产生的喷射熔渣附着在防护介质上，通过防护介质进行物理阻隔，避免了激光毛刺和反射飞溅物直接融合在基体背面上，同时附着在防护介质上的喷射熔渣会伴随防护介质的去除而与基体分离，大大减少了激光加工通气孔后基体的表面上的激光毛刺和反射飞溅物的附着量，减少了人工去除基体表面的毛刺和飞溅物时的工作量，有利于保证通气孔的加工精度，避免通气孔在加工过程中受损。在实际加工过程中，激光加工中由辅助气体吹出的高温熔融金属物质直射或经过障碍物反射作用在防护介质上，防护介质通过融化或汽化带走高温熔融金属物质的热量使得高温熔融金属物质的温度急剧下降而无法与金属零件体的表面粘接，有效地减少了激光毛刺和反射飞溅物在基体上的附着；当辅助气体作用在融化或汽化的介质上时带走热量使得防护介质重新凝固或液化，进而重新在金属零件体的表面形成保护。
29.可选地，本发明中的防护介质为具有高温汽化或融化进而带走处于防护介质上的高温熔融金属的热量的性能；防护介质还具有热量被辅助气体带走后重新液化或凝固以再次形成保护的性能。更优地，本发明中的利用激光在金属零件体上加工通气孔的方法针对封闭性腔体的密集气膜孔加工效果更优，对封闭性腔体的飞溅物容易飞射到对面的壁体上，通过涂覆防护介质，增加了对封闭性墙体的内壁面的防护，有效地减少了激光毛刺和反射飞溅物的附着。
30.进一步地，防护介质采用工业黄油。可选地，将工业黄油涂抹在金属零件体的背面，形成一层粘性较强的工业黄油涂层介质，当激光加工中由辅助气体吹出的高温熔融金属物质经过反射或直射作用在工业黄油涂层介质上，工业黄油涂层介质通过融化带走高温熔融金属的热量使得其温度急剧下降而无法与基体表面粘接；当辅助气体作用在融化的工
业黄油涂层介质上时带走热量使得粘性工业黄油涂层重新凝固在工件表面形成保护密封作用；可选地，防护介质采用蓖麻油(工业蓖麻油)，将蓖麻油涂抹在金属零件体的背面，形成一层粘性较强的蓖麻油涂层介质，当激光加工中由辅助气体吹出的高温熔融金属物质经过反射或直射作用在蓖麻油涂层介质上，蓖麻油涂层介质通过汽化带走高温熔融金属的热量使得其温度急剧下降而无法与基体表面粘接，当辅助气体作用在汽化的蓖麻油涂层介质上时带走热量使得粘性蓖麻油涂层介质重新液化在工件表面形成保护密封作用。本发明中，通过实验验证，在金属零件体的背面涂一层防护介质，使激光加工产生的喷射熔渣附着在防护介质上，使喷射熔渣与基体隔断，相当于基体与熔渣之间存在一层介质，减少激光毛刺和飞溅物的附着；工业黄油(钙基润滑脂)和工业蓖麻油可以很好起到保护和密封作用，可以有效保护工件表面，减少加工毛刺和飞溅物的附着。
31.进一步地，在金属零件体的打孔出口的一面预先涂覆一层工业黄油，其中，工业黄油涂层的厚度为0.06至0.6毫米。可以理解地，工业黄油涂层的厚度小于0.06毫米时在密集孔加工时易于完全融化，无法形成持续防护，工业黄油涂层的厚度大于0.6毫米容易造成激光打孔时出现爆孔现象.
32.更优地，工业黄油涂层的厚度为0.1至0.3毫米。可以理解地，在实际操作时，采用混鬃毛刷沾上工业黄油人工均匀涂抹在工件背面(打孔出口部位)，本发明中，在实际加工过程中工业黄油涂抹厚度应控制在0.1-0.3毫米，进而保证通气孔的加工质量以及使附着在基体上的激光毛刺和飞溅物的数量较少，工业黄油涂层的厚度小于0.1毫米时在密集孔加工时易于完全融化，无法形成持续防护，工业黄油涂层的厚度大于0.3毫米容易造成激光打孔时出现爆孔现象。
33.进一步地，在金属零件体的打孔出口的一面预先涂覆一层蓖麻油，其中，蓖麻油涂层的厚度为0.06至0.4毫米。可以理解地，蓖麻油涂层的厚度小于0.06毫米时在密集孔加工时易于完全汽化，无法形成持续防护，工蓖麻油涂层的厚度大于0.4毫米时，蓖麻油容易形成流淌容易造成激光打孔时出现爆孔现象。
34.更优地，蓖麻油涂层的厚度为0.1至0.15毫米。可以理解地，在实际操作时，采用混鬃毛刷沾上蓖麻油人工均匀涂抹在工件背面(打孔出口部位)，本发明中，在实际加工过程中蓖麻油涂层的厚度应控制在0.1-0.15毫米，进而保证通气孔的加工质量以及使附着在基体上的激光毛刺和飞溅物的数量较少，蓖麻油涂层的厚度小于0.1毫米时在密集孔加工时易于完全汽化，无法形成持续防护，工业黄油涂层的厚度大于0.15毫米时，蓖麻油容易形成流淌容易造成激光打孔时出现爆孔现象。
35.进一步地，采用汽油或碳氢清洗剂对初级目标零件进行清洗去除初级目标零件的背面的防护介质，同时使附着在防护介质上且与初级目标零件的基体隔断的附着飞溅物和挂渣毛刺移除。
36.进一步地，s104具体包括：对附着在次级目标零件的金属零件体上的熔融残渣进行处理并去除，进而使次级目标零件形成终极目标零件。可选地，对附着在次级目标零件的金属零件体上的熔融残渣进行处理并去除，具体包括：对附着在次级目标零件的金属零件体的背面上的残余飞溅物和孔口毛刺进行处理并去除；在目标小孔阻塞时，通过采用针规将目标小孔疏通使目标小孔形成通气孔。具体地，在本发明中，清洗后部分残余飞溅和毛刺可采用液体吹砂或磁力抛光去除。
37.进一步地，在步骤s101之前，对金属零件体的表面进行清理以使金属零件体的表面洁净。
38.进一步地，金属零件体为火焰筒，火焰筒的侧壁上需要加工有多个贯穿火焰筒的侧壁的通气孔，通气孔的孔径小于等于1毫米，或者，金属零件体为呈空心筒状的金属回转体，金属回转体的侧壁上需要加工有多个贯穿回金属转体的侧壁的通气孔，或者，金属零件体为呈板状的金属平面体，金属平面体的表面上需要加工有多个贯穿金属平面体的通气孔。
39.更优地，在实际加工时针对不同形状的零件可以采用工业黄油或工业蓖麻油进行防护。具体地，圆周面封闭回转体零件(火焰筒或呈空心筒状的金属回转体)采用工业蓖麻油进行防护，刷涂方法简单，防护有效；对于金属平面体采用工业黄油进行防护，工业黄油相对于工业蓖麻油优点是，工业蓖麻油进行防护会存在高温加工过程中部分保护液体被蒸发，局部保护不当情况，而工业黄油在常温状态下浓稠状，受热液化后可以迅速凝固，不会被高压气体吹走，可以达到持续保护作用。金属零件体工后可以用汽油或丙酮进行清洗擦拭，能快速去除保护剂和加工熔渣。
40.可选地，现有的以某型号发动机燃烧部件的火焰筒头部环为例，其零件壁面需加工6000多个通气孔，通气孔的孔径小于等于0.8毫米，零件壁厚为0.8毫米，由于通气孔数量较多，零件为回转体零件，易将熔融物喷射在零件对称的内表面上，零件腔体较小，钳工手工去除毛刺无法施展，加工操作复杂，消耗时间长，采用本发明的利用激光在金属零件体上加工通气孔的方法，在加工通气孔时减少了激光毛刺和反射飞溅物的附着，操作简单，加工效率高。
41.以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。