[发明专利]干冰冲击辅助全反射激光与射流电解加工变截面孔的工具及方法

说明书

本发明公开了干冰冲击辅助全反射激光与射流电解加工变截面孔的工具及方法，涉及特种加工领域，工具包括中空环形玻璃管、金属层和绝缘涂层；所述中空环形玻璃管外侧壁电铸有金属层，沿轴向方向上，所述金属层外侧壁上除若干环形区域无绝缘涂层外其它区域均涂覆有绝缘涂层，环形区域对工具电极端部加工后的孔进行二次电解以实现扩孔和抛光。加工方法为中空环形玻璃管的内外管之间激光束通过电解液的全反射传导形成环形激光束来提高加工效率的同时改善加工表面平整性，激光光束经内外管壁面的多次全反射到达工件上的加工区域；从中空环形玻璃管内管喷射干冰微颗粒到加工区域以促进加工区扰动和快速冷却。本发明可以实现变截面孔的一次性成型加工。

技术领域

本发明涉及特种加工技术领域，尤其涉及到一种干冰冲击辅助全反射激光与射流电解加工变截面孔的工具及方法。

背景技术

在航空航天航海等军工领域的关键零件中有很多形状各异的深小孔结构。比如，某型号航空发动机的导向叶片的油道孔、尾缘深孔的深径比超过50比1，船舶工业中甚至还有深径比达500比1的超深小孔。这些深小孔加工难度大、加工工艺复杂，已经成为国内外学者研究的重点领域之一。尤其是在航空发动机的关键零件中微小孔的数量特别多，并且这些关键零件多数都是由钛合金、高温合金等难加工材料制造而成，采用传统的机械切削加工技术难以实现大深径比微小孔的高效高精度加工。

一些学者尝试采用特种加工方法进行大深径比微小孔的加工，比如采用激光加工、电火花加工、电解射流加工等，但以上各种工艺均存在一定的局限性。比如，激光加工和电火花加工通过热量去除材料，在加工后的微孔表面通常会有重铸层、热影响区、微裂纹等加工缺陷，对零件的综合性能产生不利的影响。而电化学加工后的表面虽然无重铸层、热影响区、微裂纹等加工缺陷，但随着加工深度的增大，加工产物排出变得困难并且加工也变得不稳定，无法实现大深径比微小孔的加工，此外电化学加工的速度也远低于电火花加工，无法满足大深径比微小孔的高效加工。

为了提高特种加工效率，一些学者尝试将激光加工、电火花加工、电解射流加工等多种加工工艺相互复合，进而提高加工效率和质量。但复合工艺对大深径比微小孔的综合加工速度提升不大，这是由于在深孔加工中，加工产物的输运困难，必须预留足够的加工间隙保证加工产物的有效输运，这导致了整体加工效率难以提升。此外，对于变截面的微孔加工通常需要多个加工工艺流程，这也降低了加工效率。

如何在大深径比微小孔的加工中快速排出加工产物进而提高加工效率，是航空航天航海等军工领域的关键零件深小孔加工亟待解决的关键问题。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种干冰冲击辅助全反射激光与射流电解加工变截面孔的工具及方法，通过多个电解加工环形金属带，电解液传导激光束形成环形液导激光，中心中空管干冰颗粒喷射等特征可以实现变截面孔的一次性成型加工。

本发明通过以下技术手段实现上述技术目的。

一种加工变截面孔的工具，包括中空环形玻璃管、金属层和绝缘涂层；所述中空环形玻璃管外侧壁电铸有金属层，沿轴向方向上，所述金属层外侧壁上除若干环形区域无绝缘涂层外其它区域均涂覆有绝缘涂层。

上述方案中，所述环形区域为沿金属层外侧壁圆周方向的金属环形带，环形区域的轴向位置和高度以变截面孔的加工要求为准。

上述方案中，所述中空环形玻璃管包括内部中空圆柱和外部中空圆柱，其中，内部中空圆柱的直径为300～500μm，外部中空圆柱的管壁与内部中空圆柱的管壁之间的距离为200～300μm；外部中空圆柱的管壁厚度和内部中空圆柱的管壁厚度均为100μm。

上述方案中，所述中空环形玻璃管材质为石英玻璃。

上述方案中，所述金属层外侧壁的端部设置球形结构。

加工变截面孔的工具的加工方法，中空环形玻璃管的内外管之间通高速流动的电解液和激光光束，其中，激光光束经内外管壁面的多次全反射到达工件加工区域；