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宁波材料所在复杂异型孔的激光加工方面取得进展

宁波材料所在复杂异型孔的激光加工方面取得进展

    激光加工作为一种非接触式的加工方式,具有快速、灵活、能量精密可控及对难加工材料的广适性等特点,在多层复合结构的精密低损伤加工上具有独特的优势。但要利用激光在外形曲面、内腔复杂的结构上加工出高精度复杂异型孔而又不伤及内腔背壁,面临着很多的技术挑战,包括:(1)单台激光器一次装卡穿越合金/TBC复合结构,实现多类材料单一工况的升华式加工;(2)大倾角(20-60)、大深度(2-6毫米)、三维可控、精密低损伤加工;(3)复杂叶片的空间在线定位与校正等。

  中国科学院宁波材料技术与工程研究所所属先进制造技术研究所激光与智能能量场制造团队自2012年起,启动了高速皮秒/纳秒激光微细加工项目,针对复杂异型孔激光加工工艺进行了深入的研究和大量的实验,近期取得新进展。

  团队建立了异型冷却孔3D模型,进行了直圆孔、经典的前倾和/或侧倾异型孔、复腾讯分分彩杂异型孔等多种不同孔型射流气膜冷却性能仿真研究。仿真结果显示优化后的复杂异型孔相对直圆孔优势非常明显,冷却效率提高一倍,保护面积扩大10倍以上。

  团队建立起从CAD设计到CAM路径生产的能力,以及建立起单孔及群孔的流体及热力学分析平台,可以对真实工况下的气膜冷却进行温度分布、冷却效率的详细分析和优化。如此,团队具备了各种异型孔的设计优化能力,初步打通了异型孔设计、优化、加工技术的全链条。

  由于在热敏感材料如高温单晶合金上使用空气中激光加工异型孔的工艺,会产生重铸层和热影响区,难以满足在某些苛刻环境下的要求,目前团队正在攻克无热影响的水助激光加工异型孔的工艺难题,且取得了初步成果。

  上述工作得到了中科院科研装备研制项目的支持。

 

1 某工况下直圆孔与异型孔设定温度保护范围比 

 

2 复杂异型孔激光加工的技术链条 

 

3 在高温合金材料、树脂基复合材料/陶瓷腾讯分分彩基复合材料上加工出的三维异型孔