寧波材料所在復雜異型孔的激光加工方面取得進展
激光加工作為一種非接觸式的加工方式，具有快速、靈活、能量精密可控及對難加工材料的廣適性等特點，在多層復合結(jié)構(gòu)的精密低損傷加工上具有獨特的優(yōu)勢。但要利用激光在外形曲面、內(nèi)腔復雜的結(jié)構(gòu)上加工出高精度復雜異型孔而又不傷及內(nèi)腔背壁，面臨著很多的技術(shù)挑戰(zhàn)，包括：（1）單臺激光器一次裝卡穿越合金/TBC復合結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)多類材料單一工況的升華式加工；（2）大傾角(20-60度)、大深度（2-6毫米）、三維可控、精密低損傷加工；（3）復雜葉片的空間在線定位與校正等。
寧波材料所所屬先進制造技術(shù)研究所激光與智能能量場制造團隊自2012年起，啟動了高速皮秒/納秒激光微細加工項目，針對復雜異型孔激光加工工藝進行了深入的研究和大量的實驗，近期取得新進展。
團隊建立了異型冷卻孔3D模型，進行了直圓孔、經(jīng)典的前傾和/或側(cè)傾異型孔、復雜異型孔等多種不同孔型射流氣膜冷卻性能仿真研究。仿真結(jié)果顯示優(yōu)化后的復雜異型孔相對直圓孔優(yōu)勢非常明顯，冷卻效率提高一倍，保護面積擴大10倍以上。
圖1、某工況下直圓孔與異型孔設(shè)定溫度保護范圍比
團隊建立起從CAD設(shè)計到CAM路徑生產(chǎn)的能力，以及建立起單孔及群孔的流體及熱力學分析平臺，可以對真實工況下的氣膜冷卻進行溫度分布、冷卻效率的詳細分析和優(yōu)化。如此，團隊具備了各種異型孔的設(shè)計優(yōu)化能力，初步打通了異型孔設(shè)計、優(yōu)化、加工技術(shù)的全鏈條。
圖2、復雜異型孔激光加工的技術(shù)鏈條
圖3、在高溫合金材料、樹脂基復合材料/陶瓷基復合材料上加工出的三維異型孔
由于，在熱敏感材料如高溫單晶合金上使用空氣中激光加工異型孔的工藝，會產(chǎn)生重鑄層和熱影響區(qū)，難以滿足在某些苛刻環(huán)境下的要求，目前團隊正在攻克無熱影響的水助激光加工異型孔的工藝難題，且取得了初步成果。
上述工作得到了中國科學院科研裝備研制項目的支持。
（先進制造所 王斌）