[发明专利]一种航空涡轮叶片气膜冷却孔激光电解复合制备方法

说明书

一种航空涡轮叶片气膜冷却孔激光电解复合制备方法，先通过优化的激光参数在铸造后未脱型芯的涡轮叶片上加工出所有预制气膜孔；然后选用有电极管或无电极管的电解加工方法对预制气膜孔进行修型加工，去除孔壁重铸层和微裂纹；完成气膜孔加工后，进行涡轮叶片脱芯处理；最后进行叶片清洗干燥后装箱；本发明结合了大功率激光加工高效率和电解加工高质量的特点，不仅可以加工出高质量气膜孔，而且可提高涡轮叶片的脱芯效率，进而提高涡轮叶片整体生产效率。

技术领域

本发明涉及航空涡轮叶片气膜冷却孔制备技术领域，特别涉及一种航空涡轮叶片气膜冷却孔激光电解复合制备方法。

背景技术

航空发动机制造技术是衡量一个国家工业整体实力和科技水平的重要标志，而衡量发动机性能最重要的一个指标是推重比，为了提高发动机推重比，提高涡轮前温是最直接的手段。目前先进的航空发动机涡轮进口燃气温度已超过1900K，压力达到50个大气压，驱动涡轮转速超过5000转/分钟，而涡轮叶片要在这种高温、高压、高转速、高负荷环境下有数千小时的工作寿命，如此苛刻的要求最终要落实到尖端的材料和制造工艺上。高压涡轮利用高温高压燃气冲击涡轮叶片做功，将燃气热能转化为机械能，涡轮叶片是航空发动机中技术要求最高的核心部件。为了保证涡轮叶片能够在高于其熔点温度的燃气中可靠运转，必须采用气膜冷却技术，即利用空心涡轮叶片内部释放出来的冷空气，通过叶片上分布的数排微小气膜孔在叶片表面形成一薄层冷空气膜来达到隔离高温燃气流保护叶片的目的。

涡轮叶片的空心结构是利用陶瓷型芯精铸而成的，在多种型芯材料中，氧化铝基陶瓷型芯具有很强的高温化学稳定性，可用于高性能单晶/定向结晶涡轮叶片铸造，但其弊端是脱芯异常困难，脱芯效率极低。另外，涡轮叶片叶身表面有数百个气膜孔，孔径小、数量多、斜度大，还要求孔内壁无重铸层、无微裂纹，这些特点使气膜孔加工和叶片高效脱芯成为涡轮叶片制造中的难点，是我国航机研制中至今没有很好解决的一项核心关键问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种航空涡轮叶片气膜冷却孔激光电解复合制备方法，不仅可以加工出高质量气膜孔，而且可提高涡轮叶片的脱芯效率，进而提高涡轮叶片整体生产效率。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现：

一种航空涡轮叶片气膜冷却孔激光电解复合制备方法，包括下述步骤：

1)加工准备：将未脱芯的涡轮叶片安装固定在加工台上，然后对涡轮叶片位置和型面误差进行三维视觉检测，形位检测数据采集完成后与计算机内标准叶片模型进行对比，若涡轮叶片超差则淘汰，若误差在允许范围内，则将误差进行均质化处理，得到叶身所有拟加工气膜孔的机床空间位置坐标和轴线矢量，机床调整姿态到起始位置；

2)激光预制气膜孔加工：开启激光器，设置激光参数为：脉冲宽度0.2-0.5ms、峰值功率16kW、脉冲频率20-70Hz，离焦量根据拟加工气膜孔径大小在-1mm-+0.5mm范围内选择，加工方式采用定点冲击法，脉冲数量根据拟加工气膜孔深度在2-20个范围内选择，气膜孔深为已穿透金属层深度的1.2倍±50μm，辅助气体为与激光束同轴吹出的气压为0.4-0.6MPa的氮气；工作台在程序控制下一次性完成所有气膜孔的激光加工；

3)电解修型加工：工作台切换到电解加工工位，按照数控系统程序对每一个预制气膜孔进行电解修型加工处理，以实现气膜孔壁重铸层和微裂纹的去除，并对气膜孔入口进行倒圆处理；

4)涡轮叶片脱芯：待所有气膜孔完成加工后，将涡轮叶片置入高温高压强碱环境的脱芯容器内，开始脱芯处理；

5)清洗：涡轮叶片脱芯完成后，用清水冲洗其外部和内腔，待干燥后装箱。