隨著航空制造業(yè)的發(fā)展,國內(nèi)外研究機構(gòu)對航空發(fā)動機的研究投入越來越多,航空發(fā)動機渦輪葉片作為航空發(fā)動機的核心部件,如何延長其工作壽命,增加耐久度非常重要的研究內(nèi)容。其中氣膜冷卻使空氣在渦輪葉片表面形成一層保護(hù)氣膜,將葉片與燃燒室的高溫隔離,從而在一定程度上延長渦輪葉片的工作壽命。氣膜孔的直徑一般在0.2mm～0.8mm之間,一片葉片上通常會分布上百個這樣的小孔。在加工過程中往往會產(chǎn)生重鑄層以及熱影響區(qū)等缺陷,導(dǎo)致渦輪葉片發(fā)生疲勞斷裂,嚴(yán)重影響渦輪葉片的工作壽命。本文以IN718鎳基高溫合金為研究對象,提出了一種新的激光-高溫化學(xué)復(fù)合加工方法在該合金上進(jìn)行微孔加工的工藝研究。激光-高溫化學(xué)加工方法不僅具有激光加工效率高的優(yōu)點,有效利用激光在加工過程中產(chǎn)生的熱,加速化學(xué)反應(yīng)來達(dá)到優(yōu)化微孔加工質(zhì)量的優(yōu)點。首先對氣膜孔加工的工藝方法進(jìn)行了相關(guān)的介紹,并對激光-高溫化學(xué)加工方法的優(yōu)勢和具體加工工藝流程進(jìn)行了相應(yīng)的解釋和說明。并對搭建的實驗平臺以及相應(yīng)的器材的選型進(jìn)行了說明。其次對激光-高溫化學(xué)加工過程中針對IN718高溫合金的化學(xué)液的成分配比進(jìn)行了相應(yīng)的實驗和篩選,以達(dá)到在常溫下幾乎不與基體發(fā)生化... 

【文章來源】：青島理工大學(xué)山東省

【文章頁數(shù)】：80 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

航空發(fā)動機渦輪葉片及葉片剖面

青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文4CD(ECF)毛細(xì)管加工,采用玻璃管內(nèi)的金屬絲電極,即電液束打孔,加工孔直徑在0.25mm~0.5mm，最大加工孔深50mm；另一種是型管電極電解加工，采用外壁有絕緣涂層的中空金屬管作為電極，加工孔直徑在0.5mm~7mm，最大加工孔深為600mm。目前已有研制的電液束打孔的工藝及設(shè)備，應(yīng)用于發(fā)動機單晶渦輪葉片氣膜孔的加工。該工藝方法加工的氣膜孔不存在重鑄層、微裂紋、熱影響區(qū)，進(jìn)出口可以自然形成一定的圓角，孔壁光滑[20,21]。但電液束打孔的加工速度一般在1.8~2.5mm/min，遠(yuǎn)低于電火花高速打孔的速度（50mm/min）[16]。激光打孔是渦輪葉片冷卻孔的一種重要而廣泛應(yīng)用的制造工藝[22]。高功率的激光束聚焦在工件表面上以熔化和蒸發(fā)材料以形成孔。圖1.2顯示了激光打孔過程的示意圖。激光打孔有兩種方式：沖擊打孔和旋切打孔。在沖擊激光打孔中，重復(fù)的激光束能量聚焦在同一點上，蒸發(fā)材料直到產(chǎn)生孔。如果需要較大的孔，就要使用旋切。在鉆孔激光打孔中，在工件中加工預(yù)孔，然后激光相對于工件移動以切割所需直徑[23]。一般來說，激光打孔的過程可分為四個階段：表面加熱、表面熔化、材料汽化和熔體噴射[24]。圖1.2激光打孔原理示意圖Fig1.2Schematicdiagramoflaserdrillingprinciple傳統(tǒng)激光加工特點有：激光束的功率密度可達(dá)108~1010W/cm2幾乎可加工任何材料，包括高強度、高硬度、高韌性、高熔點的金屬或非金屬材料；加工能力較強、生產(chǎn)效率高，每秒可打數(shù)百個孔；激光加工作為非接觸加工，可加工薄壁、彈性件等低剛度零件，可對空間狹窄的難加工部位進(jìn)行打孔；加工中不存在電極損耗的問

青島理工大學(xué)工程碩士學(xué)位論文5題，不污染材料，工作噪聲小，對環(huán)境友好；但激光設(shè)備較貴，激光加工后不可避免地會產(chǎn)生再鑄層甚至微裂紋，小孔下方端口有熔瘤堆積，磨粒流難以去除。為克服單一激光加工的缺陷國內(nèi)外多家機構(gòu)和科研院校對激光復(fù)合加工的技術(shù)及工藝也進(jìn)行了多方面的研究，但仍處于初步探索的階段，仍存在大量問題難以解決。1.3國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.3.1國外研究現(xiàn)狀在加工渦輪葉片的時候，為了能夠提高葉片的高溫性能，就必須對葉片采取有效的冷卻手段，其中氣膜冷卻孔的加工對渦輪葉片的冷卻效果有極為重要的作用。而由于目前渦輪葉片的材料多為鎳基單晶高溫合金。氣膜孔的直徑大小0.2mm~0.8mm之間，所以傳統(tǒng)的機械方法很難加工出來，一般通過特種加工的方法加工出來。國外有很多大學(xué)和公司對氣膜孔加工做了研究。英國曼徹斯特大學(xué)的學(xué)者M(jìn).Imran在鎳基高溫合金上對微細(xì)電火花加工、激光加工、機械加工三種方法進(jìn)行加工后產(chǎn)生的再鑄層厚度做了研究，三者形成的再鑄層厚度分別為：6-12μm、9-45μm、0μm。使用WC鉆頭進(jìn)行機械加工雖然沒有再鑄層，但是存在著3-6μm厚的細(xì)顆粒區(qū)，如圖1.3所示[25]。（a）電火花加工（b）激光加工（c）WC鉆頭加工圖1.3不同加工方法再鑄層厚度比較Fig1.3Comparisonofthicknessofrecastinglayerindifferentprocessingmethods有些國外學(xué)者針對傳統(tǒng)的納秒激光加工存在的問題，嘗試了飛秒激光加工的方法，使得每次產(chǎn)生脈沖的時間遠(yuǎn)小于熱能在晶格間傳播的時間，從而能夠得到很高的加工精度，并且再鑄層能夠明顯減校英國利物浦大學(xué)的學(xué)者N.G.Semaltianos等人使用飛秒激光對鎳基高溫合金材料進(jìn)行加工后，對孔的形貌做了研究[26]。


本文編號：3427417