[发明专利]一种调节片类陶瓷基复合材料切割的加工方法

说明书

一种调节片类陶瓷基复合材料切割的加工方法，属于航空发动机尾喷口调节片切割加工技术领域。该方法包括：将调节片类陶瓷基复合材料的工件清洗，吹干；采用飞秒加工机床的工装夹持固定，使用飞秒加工机床上的测距传感器和CCD旁轴检测系统，定位；开启除尘装置；使用飞秒激光加工头部分进行一次切割加工；使用飞秒激光振镜部分进行二次切割加工，得到切割加工后的调节片类陶瓷基复合材料。该方法采用飞秒激光切割，解决了传统加工方法效率低、成本高、存在陶瓷基复合材料难切割、无法保证加工表面无缺陷的难题。采用该方法进行加工，效率高，成本低，减少大量的刀具消耗。

技术领域

本发明涉及航空发动机尾喷口调节片切割加工技术领域，具体涉及一种调节片类陶瓷基复合材料切割的加工方法。

背景技术

航空发动机尾喷口根据喷口面积分为可调型和不可调型，为了能使发动机在各种工况下都能获得良好的性能，带加力的发动机必须采用可调节的尾喷管，通过改变喷口面积来改变工况，其主要类型有：多调节片式、双调节片式、移动尾椎体式和气动调节式。传统调节片使用的材质为钛合金，在服役后有一部分调节片会发生完全断裂，如今陶瓷基复合材料成为了调节片的主要材质，但是因调节片结构的特殊要求，采用传统加工手段已经不能满足要求。

飞秒激光的加工的原理是通过非线性吸收过程吸收激光能量，在材料内部形成等离子体，非线性吸收过程主要通过多光子电离和雪崩电离实现。然后，当等离子体浓度达到一定临界值时，材料开始强烈吸收激光能量，直至材料被去除。其加工单脉冲时间更短，意味着作用于工件的时间很短，热量还没有扩散到基体，由此实现飞秒激光的“冷加工”。

飞秒激光加工是一个非线性、非平衡过程，具有阈值效应明显、极小化热影响区、极小化重铸层、可控性高等特点。

目前，针对此类调节片陶瓷基复合材料加工现行工艺采用传统机加刀具切割及长脉冲激光切割加工方法。由于该材料整体硬度较大，目前机加工艺刀具磨损严重，且在加工过程中容易产生毛刺、变形层、表面或亚表面微裂纹等缺陷，导致工件质量下降。长脉冲激光加工其功率较大，导致热影响严重，精细加工过程中难以避免微裂纹。

同时，在某陶瓷基复合材料构件的切边时间对比试验中，线切割总计时间约为90小时/件，效率低且表面粗糙度较差；长脉冲激光切边总计时间约为2小时/件，效率可以满足产能需求，但热影响比较严重，尤其是边缘位置存在严重的熔融痕迹，锥度较大，必须留有1～1.5mm的精修余量，给后续磨加工增加10～15倍的工作量。

针对目前存在的问题，提出采用飞秒激光加工技术对此类调节片类陶瓷基复合材料切割的方案，以提高产品的加工精度，有效避免微观缺陷，满足批产要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种调节片类陶瓷基复合材料切割的加工方法，首先将陶瓷基复合材料工件置于超声波清洗机中清洗，使用工装将陶瓷基复合材料工件夹持固定在机床上。使用机床设备的测距传感器和CCD旁轴检测系统，对工装及工件进行定位，加工设备处于千级超净室内，使用加工头部分进行一次切割加工，再使用飞秒激光振镜部分进行二次切割加工，该部分实现切割精加工，达到去除重铸层本、氧化层、微裂纹等缺陷的目的。该方法采用飞秒激光切割，解决了传统加工方法效率低、成本高、存在陶瓷基复合材料难切割、无法保证加工表面无缺陷的难题。采用该方法进行加工，效率高，成本低，减少大量的刀具消耗。

本发明提供的一种调节片类陶瓷基复合材料切割的加工方法，包括以下步骤：

步骤1，工件预处理

将调节片类陶瓷基复合材料的工件清洗，吹干，得到预处理后的工件；

步骤2，工件定位安装

(1)采用飞秒加工机床，使用工装将预处理后的工件夹持固定在机床的安装座上；