高效率激光制孔技術(shù)的成功開發(fā)及成熟應(yīng)用,使在航空發(fā)動機(jī)熱端部件設(shè)計大量氣膜冷卻小孔成為可能。據(jù)報道,每臺現(xiàn)代高性能航空發(fā)動機(jī)的氣膜孔平均數(shù)量超過10萬個,據(jù)不完全統(tǒng)計,全世界每年有約10億個氣膜孔需要加工。正是發(fā)動機(jī)熱端部件氣膜孔結(jié)構(gòu)設(shè)計及成功應(yīng)用,最能體現(xiàn)發(fā)動機(jī)性能的渦輪前工作溫度可以提高400℃以上。激光制孔極具潛力的應(yīng)用是在飛機(jī)機(jī)翼、垂尾、發(fā)動機(jī)殼體等表面加工密集微孔,例如,美國曾在F-16XL機(jī)翼上采用激光加工千萬數(shù)量級的50μm微孔,孔間距0.5mm,用于吸氣,以使機(jī)翼保持為層流而非湍流,風(fēng)洞試驗(yàn)表明可以減小飛行阻力15%。
發(fā)動機(jī)的大修、維護(hù),對提高工作壽命、降低運(yùn)行成本的作用是顯而易見的。激光熔覆技術(shù)已用于發(fā)動機(jī)葉片、壓氣機(jī)機(jī)匣、軸類零件、封嚴(yán)結(jié)構(gòu)以及最能代表當(dāng)今發(fā)動機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計先進(jìn)性的整體葉盤的熔覆修復(fù),與弧焊方式相比,效率提高至少4倍以上,而且產(chǎn)生更小的熱影響,性能明顯提高。
歐洲《航空航天制造》雜志一篇題為“激光加工將引起復(fù)合材料的又一次革命”的文章中為激光切割應(yīng)用于飛機(jī)、發(fā)動機(jī)復(fù)合材料構(gòu)件展示了美好的前景。碳纖維復(fù)合材料由于高熱傳導(dǎo)率等特點(diǎn),機(jī)械銑削和鉆孔會造成熱損傷、碎屑、分層和刀具磨損。試驗(yàn)研究結(jié)果表明,激光切割由于非接觸加工的特點(diǎn),采用單模光纖激光高速切割僅產(chǎn)生非常小熱損傷,可以得到高質(zhì)量的切口邊緣,很好地解決了機(jī)械切削帶來的問題。
我國激光加工技術(shù)在航空工業(yè)研發(fā)、應(yīng)用起步并不晚。中航工業(yè)制造所早在1968年就開始跟蹤并研發(fā)激光打孔技術(shù),經(jīng)過近20年的工藝及設(shè)備開發(fā),終于在上世紀(jì)80年代成功將其用于正在研制的發(fā)動機(jī)I級工作葉片氣膜冷卻孔加工,葉片的降溫效果在200℃以上,發(fā)動機(jī)的渦輪前溫度達(dá)到了設(shè)計指標(biāo),為該型發(fā)動機(jī)研制作出了巨大貢獻(xiàn)。上世紀(jì)90年代,利用激光技術(shù)的最新成果,制造所研制成功了六軸數(shù)控毫秒脈沖YAG激光加工小孔專用設(shè)備并開發(fā)的高壓吹氧YAG激光旋切加工工藝,使加工小孔效率提高了數(shù)十倍,小孔質(zhì)量顯著提高。在制造所激光加工小孔技術(shù)研究及應(yīng)用的牽引、推動下,激光加工小孔技術(shù)在航空工業(yè)已得到廣泛應(yīng)用,制造所開發(fā)的多軸數(shù)控激光制孔設(shè)備也已經(jīng)成功推廣應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)制造廠。
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