[发明专利]异型孔加工方法及异型孔

说明书

本发明公开了一种异型孔加工方法及异型孔，涉及激光加工孔技术领域。该方法采用飞秒、皮秒或纳秒脉冲激光，提出完全基于扫描振镜填充加工的方式，首先加工小于孔径要求的通孔以排出加工过程产生的气化物、熔融物，避免重凝物沉积，再粗加工异型孔扩散段，再调整激光焦点位置在排尘通孔的基础上扩孔，加工达到孔径要求的圆柱形通孔，最后精确调整焦点位置逐层加工扩散段，避免了现有技术加工异型孔，尤其是在表面制备有热障涂层的工件上加工异型孔，所导致的热致缺陷，如再铸层、微裂纹，涂层崩块等，而且提高了异型孔的形状及尺寸精度。

技术领域

本发明涉及激光加工孔技术领域，特别是涉及一种异型孔加工方法及异型孔。

背景技术

异型孔，由于具有更好的气膜冷却效果，早已在航空发动机涡轮叶片冷却结构中应用。

异型孔主要由通孔及扩散段组成，针对异型孔的结构特征，国内外采取了多种加工方法。最早采取的方法是电火花加工，但效率较低；为提高效率有采用二步法加工，即激光加工圆柱形孔，电火花成型电极加工孔的扩散段；也有采用毫秒脉冲激光直接切割加工的方法，扩散段加工需要激光调整入射角度使与扩散段内壁面平行，为避免激光加工扩散段破坏圆柱形孔形状，需要优化工艺，甚至采用填入防护材料的方法。

但上述方法存在以下不足：

完全电火花加工的效率较低，会产生再铸层等热致缺陷，而且无法完成在表面先制备不导电陶瓷基热障涂层的零件上制孔；

激光-电火花二次加工的工艺、设备复杂，二次对准精度不易保证；

毫秒脉冲激光切割加工方法虽然效率高，但加工形状受限，需保证沿扩散段孔壁表面切割加工不破坏异型孔的形状完整性，需要严格控制切割深度或采取填充防护材料等保护措施，并且较大能量的毫秒长脉冲激光切割会导致严重的热影响，产生再铸层、微裂纹等热致缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种异型孔加工方法，减小甚至避免激光直接加工异型孔产生的明显热致缺陷，包括在表面制备有热障涂层的工件上实现先制备热障涂层后加工异型孔孔壁而无再铸层、微裂纹，涂层无明显崩块，提高异型孔的形状及尺寸精度，而且可行性、有效性和先进性高。

本发明的异型孔加工方法，提出了完全基于扫描振镜填充加工的方式，首先加工小于孔径要求的通孔以排出加工过程产生的气化物、熔融物，避免重凝物沉积，再粗加工异型孔扩散段，再调整激光焦点位置在排尘通孔的基础上扩孔，加工达到孔径要求的圆柱形通孔，最后精确调整焦点位置逐层加工扩散段，避免了现有技术加工异型孔，尤其是在表面制备有热障涂层的工件上加工异型孔，所导致的热致缺陷，如再铸层、微裂纹，涂层崩块等，而且提高了异型孔的形状及尺寸精度。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种异型孔加工方法，包括以下步骤：

a、加工初始通孔，将激光聚焦于工件表面待加工孔的中心，激光通过扫描振镜填充方式加工出通孔，所述通孔的孔径小于要求孔径；

b、加工扩散段的外围区域，外围区域是指异型孔三维结构去掉圆柱形通孔的空间区域，该圆柱形孔由出口延伸至扩散段入口工件表面，采用三维数模切片法按预设距离逐层生成填充加工路径，加工顺序为从扩散段的内部向外部、底部向顶部；

c、圆柱形孔扩孔加工，激光焦点下移，聚焦于所述扩散段与所述圆柱形孔的衔接面，将所述圆柱形孔的孔径加工至要求尺寸；

d、扩散段修饰加工，激光焦点按步骤b的路径并按所述预设距离上移逐层加工，扩大所述扩散段的尺寸，提高所述扩散段的形状精度及表面质量；

所述激光光源为飞秒、皮秒或纳秒脉冲激光；并且，在加工的过程中，激光束始终与异型孔的通孔的轴线平行。