[发明专利]一种高压涡轮导向叶片气膜孔激光加工方法

说明书

本发明公开了一种高压涡轮导向叶片气膜孔激光加工方法，属于航空发动机制造领域，通过自动编程结合手工点动示教编程方法，用理论坐标值在零件表面打点，然后通过手工点动完成加工程序的示教返录，减小了涡轮叶片铸造型面差异和机床旋转轴运动误差对气膜孔位置的影响，保证了高压涡轮空心叶片气膜孔位置度。

技术领域

本发明属于航空发动机制造技术领域，具体涉及一种高压涡轮导向叶片气膜孔激光加工方法。

背景技术

涡轮是航空发动机中热负荷和机械负荷最大的部件，涡轮叶片的工作环境尤为恶劣，在发动机循环中，它承受着燃烧后的高温高压燃气冲击，其制造技术被列为现代航空发动机的关键技术。涡轮叶片气膜孔冷却技术是一种提高涡轮进口温度、保证涡轮叶片在高温环境下可靠工作的可行且高效的途径。气膜冷却技术的主要结构特点是在涡轮叶片叶身上沿叶型方向分布了n排冷却气膜孔，从气膜孔喷出的冷却气流在叶身表面形成气膜，阻隔高温的燃气，从而提高叶片材料的耐高温性能，为了保证从气膜孔喷出的冷却气流在叶身表面形成有效的气膜保护，所以对气膜孔的位置要求非常高，孔位置度±0.15mm。因而，气膜孔的加工技术成为涡轮叶片制造的关键技术之一。

某新型航空发动机高压涡轮导向叶片材料为镍基高温合金，叶身和内、外缘板采用无余量一体铸造，有两个空心型腔，结构复杂，在叶身和内、外缘板的曲面轮廓上分布着600多个孔径和空间角度各不相同的气膜孔。由于是铸造零件，零件型面一致性差，在激光加工气膜孔的过程中存在击伤内腔的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明供一种采用激光加工气膜孔的方法，减小涡轮叶片型面差异对气膜孔位置的影响，加工出合格的零件。

为达到上述目的，本发明所述一种高压涡轮导向叶片气膜孔激光加工方法，包括以下步骤：

步骤1、在机床工作台上安装用于固定叶片的夹具并找正；

步骤2、在金相试件上进行工艺试验，选择不同的工艺参数在试件上加工若干组气膜孔；

步骤3、对试件上的几组气膜孔进行金相检查，根据金相检测结果，选取加工气膜孔的工艺参数；

步骤4、叶片装夹，将高压涡轮导向叶片装夹在夹具上并夹紧；

步骤5、加工气膜孔，将高压涡轮导向叶片气膜孔按照位置，分为若干个部位进行加工，每个部位编制一个加工程序，然后调用不同的加工程序分别对高压涡轮导向叶片的气膜孔进行加工。

进一步的，步骤5中，将位于高压涡轮导向叶片叶身两侧的气膜孔分为两个部位进行加工。

进一步的，步骤5中，在对涡轮导向叶片编制加工程序时，采用自动编程结合手工点动示教编程的方法。

进一步的，步骤5中，涡轮叶片叶身上沿叶型方向分布有15排冷却气膜孔，每个加工程序的编制过程为：气膜孔理论坐标值由表示，其中X,Y,Z为气膜孔的理论空间坐标值，C是气膜孔矢量投影到XOY平面的矢量与X轴的夹角，D是气膜孔矢量与Z轴的夹角；首先，从UG模型获得每个气膜孔的理论空间坐标值；然后，编制打点程序，将气膜孔理论坐标值输入到打点程序中，同时在1～3排气膜孔的坐标值中，输入C＝0°、D＝﹣180°；在4～9排气膜孔的坐标值中，输入D＝0°，C值按设计角度输入；在10～15排气膜孔的坐标值中，输入C＝﹣90°、D＝0°；根据加工程序中设置的点的坐标，用激光束在高压涡轮导向叶片表面上打上点；然后通过手工点动完成加工程序的示教返录，在示教返录过程中，将空间角度C值和D值更新为设计图的气膜孔的角度值，然后使用设备CCD成像系统将激光束焦点位置移动到零件表面打的点上，并记录当前点的实际坐标值，进而由这些当前点的实际坐标值的坐标信息生成加工程序。

进一步的，用激光束在高压涡轮导向叶片表面上打上点时，采用采用脉冲能量为0.25J-0.30J的激光束。