激光加工属于无接触加工,并且高能量激光束的能量及其移动速度均可调,因其高精度、高可控性、高效率等优点,可以实现多种加工, 解决特种机械制造中的多项难题。由于航空发动机大量采用钛合金、高温合金、不锈钢及非金属特种涂层等特种材料,这些材料具有高硬度、高脆性、高熔点、高黏度及低导热性特点,常规的机械加工较难加工,所以激光加工技术必然成为机械制造业明珠——航空发动机制造的一项技术。
激光加工技术在航空发动机制造中的应用包括激光焊接、激光切割、激光打孔、激光表面处理、激光增材制造等,其中激光切割占激光加工总产量的70%以上,是一项主要的激光工艺技术。激光切割加工技术是推动以航空、航天飞行代表的运动载工具向高性能、轻量化、长寿命、短周期、低成本等方向发展的关键制造技术。尤其在航空工业,激光切割加工技术极大地促进了航空制造技术的跨越发展。
一台航空发动机从进气道到尾喷口的各个部件的上百种零件需激光切割。激光切割的应用,解决了多项航空发动机难加工材料的切割、大型薄壁件群孔高效加工、零件叶型孔高精度切割、特种表面零件加工等加工难题。激光切割技术应用零件较多,本文以部分零件的制造技术介绍激光切割技术在航空发动机制造中的应用。
激光切割在零件制造中的应用
(1)扇形叶型板型孔激光精密加工 首先,扇型块是航空发动机的典型结构件,由内到外分别由流道叶型板、大弯边叶型板、叶片、T 型叶型板和上叶型板经高温真空钎焊而成。扇形块焊接组合件示意如图1所示。
图1 扇形块焊接组合件
叶片为轧制件,轮廓精度为0.05mm,前、后缘R0.12mm。为满足钎焊对叶片与叶型板上的叶型孔装配间隙0.05~0.1mm的要求和各型孔φ 0.08mm位置度要求,流道叶型板、大弯边叶型板和上叶型板的叶型孔加工允许采用激光切割,重熔层厚度≤0.03mm。保证零件的轮廓度、位置度和重熔层要求是该零件的难点。流道叶型板零件如图2所示。