CN102995019B - 一种钛合金化铣刻型工艺 - Google Patents

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Abstract

一种钛合金化铣刻型工艺，采用激光与数字化技术相结合，通过控制激光能量及保护膜厚度，根据化铣工艺特征值，进行编程，使划线刻型一步完成；针对不同胶膜厚度，进行激光刻型，通过击穿胶膜试验，确定激光能量，建立激光能量与胶膜厚度的对应关系；通过确定化铣轴向和径向浸蚀比来确定激光刻型尺寸余量，解决激光刻型尺寸余量问题。本发明的优点：采用激光及数字化技术相结合，通过控制激光能量及保护膜层厚度，根据化铣工艺特性值进行设计编程，使划线刻型一步完成。代替传统的刻型技术，缩短生产周期，提高尺寸精度。同时，由于不再使用样板，可以节约大量的用于制造样板的材料，降低成本。另外，可以在很大程度上减轻操作者的劳动强度。

Description

一种钛合金化铣刻型工艺
技术领域
本发明涉及钛合金化铣领域，特别提供了一种钛合金化铣刻型工艺。
背景技术
钛合金化学铣切成型前将零件的所有表面涂上保护层，化铣时将需要铣切部分的保护层去掉，使其要化铣的部分暴露于特定的化学溶液中，在特定条件下，有选择地对材料进行腐蚀从而获得零件所需的形状和尺寸。这种将所有表面涂有防护层的工件在化铣前把需铣切部分的防护层去掉的过程即为刻型过程。传统的刻型过程是采用事先设计制作好的样板，利用刻划刀沿着限定腐蚀部位清楚的在保护层上划出所有外形线，然后把需化铣部位的防护层去掉。整个过程需要手工完成。由于所加工零件为锥形曲面形状，操作者在刻线、移形过程中误差积累较大，刻画得线条平直性差，该方法效率低，加工周期长，同时准确性差，很难保证外形线所需的精确要求，还需要大量的刻型样板，费用较高。
发明内容
本发明的目的是为了加工各种复杂形状的零件，减低加工成本，特提供了一种钛合金化铣刻型工艺。
本发明提供了一种钛合金化铣刻型工艺，其特征在于：所述的钛合金化铣刻型工艺采用激光与数字化技术相结合，通过控制激光能量及保护膜厚度，根据化铣工艺特征值，进行编程，使划线刻型一步完成；
针对不同胶膜厚度，进行激光刻型，通过击穿胶膜试验，确定激光能量，建立激光能量与胶膜厚度的对应关系；
通过确定化铣轴向和径向浸蚀比来确定激光刻型尺寸余量，解决激光刻型尺寸余量问题；
激光能量选择试验：在事先准备好的钛合金试片上，用无空气喷枪均匀的喷涂上保护胶，采用涡流测厚仪测厚，使胶膜厚度为30ｕm；根据工艺要求，通过激光划线刻型后的胶膜应线条平直、无毛刺且切痕已到达基体，但并不在基体上留下刻痕为合格；
激光能量选择100w进行划线刻型，试验结果表明胶膜完全被切透，刻线平直、无毛刺，暴露出集体材料，但在基体上留下较深刻痕；
激光能量选择75w进行划线刻型，试验结果表明胶膜完全被切透，刻线平直、无毛刺，暴露出基体材料但在基体上留下了划痕；
激光能量选择50w进行划线刻型，试验结果表明胶膜完全切透，刻线平直、无毛刺，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，为合格状态；
激光能量选择20w进行划线刻型，结果胶膜没有完全切透，刻线平直、无毛刺，未暴露出基体材料，无法顺利将胶膜剥离，未达到工艺要求的目的，不符合工艺要求；
通过试验证明满足化铣进行划线刻型的激光能量为50W；
胶膜厚度与激光能量关系试验：
通过上述试验确定激光能量选择50w进行进行划线刻型，分别在试片上采用无空气喷枪涂上保护胶膜，厚度分别为10ｕm、20ｕm、30ｕm、60ｕm；
胶膜厚度为10ｕm采用激光进行划线刻型，试验结果表明胶膜上刻线平直、无毛刺，且完全被切透，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，为合格状态；
胶膜厚度为20ｕm采用激光进行划线刻型，试验结果表明胶膜上刻线平直、无毛刺，且完全被切透，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，为合格状态；
胶膜厚度为30ｕm采用激光进行划线刻型，试验结果表明胶膜上刻线平直、无毛刺，且完全被切透，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，为合格状态；
胶膜厚度为60ｕm采用激光进行划线刻型，试验结果表明胶膜上刻线平直、无毛刺，且完全被切透，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，为合格状态；
试验结果表面无论厚度10ｕm还是60ｕm，胶膜上刻线平直、无毛刺，且完全被切透，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，均为合格状态；试验证明只要激光能量达到50W，胶膜的厚度对其没有影响；
划线和刻型：
将涂有保护胶膜后待刻型的零件放置到三维激光加工系统平台上，对点找正并夹紧；导入编制完成的程序，输入刀补参数和X轴比例系数KX，运行程序，设备用聚焦传感器自动对24组A、B点测量并运算；完成后，设备暂停；拆除激光喷嘴，将激光输出功率调整到5W，此功率只在保护涂料表面标线，并未刻透，继续运行程序，完成标线；测量纵助与斜助的尺寸是否满足要求，没满足要求，调整输出刀补参数和X轴比例系数，重新标线测量直到满足要求，将激光输出功率调整到50W完成化铣刻型；将拆除的激光喷嘴安装到激光头上，完成整个工艺过程；
为保证刻型质量，激光焦点与零件表面保持恒定的关系，使激光刻线的宽度与深度保证均匀一致；对形状误差较大的钣焊零件，通常情况下，用激光喷嘴简短的聚焦传感器实时自动控制实现；但某航空发动机筒体一段、筒体二段上有用于配合的安装座，该安装座高出零件表面，刻型线与安装座距离较近，在刻型时为了避免安装座与激光喷嘴干涉，将激光喷嘴拆除，因此无法实时自动聚焦，存在不能保证刻线的宽度与深度保证均匀一致的技术问题；
刻型完成后，化铣时化铣溶液在向纵向化铣的同时，对肋的宽度即横向方向也有溶解作用，因此在刻型时对肋的横向要预留余量；另外，化铣时化铣溶液的流动方向对化铣速度也有一定影响；要化铣的筒体零件为大型环形件，化铣溶液的流动方向为环向流动，对纵肋与斜肋溶铣速率有影响，要求纵肋与斜肋的预留余量也不一致，每种零件肋的预留余量的大小在研制时多次试验得出，所以要解决刻型时纵肋与斜肋的肋宽尺寸分别柔性精确可调的技术问题，使化铣时深度达到尺寸的要求；
对于刻型时形状误差累积在纵肋的问题，采用分组刻型，用设备的聚焦传感器自动测量形状偏差，调整宽度的方法保证组与组之间距离为纵肋；编程时按组将坐标系设定在零件下缘表面，编制刻型的三坐标程序，在零件表面选A、B两点，计算出两点的理论坐标值；在加工时，程序自动测量A、B两点实际坐标值，根据两点Ｚ方向的实际偏差，即零件当前组半径误差，运算出组宽需调整的调整系数，如此运算完成整个零件的２４组的宽度调整系数为ＫX1、ＫX2……、ＫX24，并暂时存在系统的过程参数中，备在刻型中使用，从而保证了纵助的宽度尺寸，此过程编写在加工程序中自动完成；
由于安装座子的干涉，刻型时需将激光喷嘴拆除，不能使用自动聚焦补偿零件的偏差，而采用先在A、B两点测量实际偏差，运算出组深度需调整的调整系数，如此运算整个零件的24组的深度调整系数并暂存在系统的过程参数中，在加工时，将深度调整系数对程序坐标的Z值 进行比例运算，从而保证激光束的焦点位置， 此过程编写在加工程序中自动完成； 
对于柔性精确度可调的技术问题，采用在程序中使用刀补语句进行调整；刀补句对纵肋与斜肋同时调整，不能进行单独调整；为实现单独调整，采取在X轴增加比例系数的方式，关系如下：
Kn = Kxn   × Kx 
Kn----组比例系数，加工时按组控制X 轴比例
Kxn----组宽需调整的调整系数，代表 Kx1、Kx2、…….、Kx24
KX-----X轴比例系数 
通过增加X 轴比例系数实现了纵肋与斜肋柔性分别调整的技术要求。
本发明的优点：
本发明所述的钛合金化铣刻型工艺，采用激光及数字化技术相结合，通过控制激光能量及保护膜层厚度，根据化铣工艺特性值进行设计编程，使划线刻型一步完成。代替传统的刻型技术，缩短生产周期，提高尺寸精度。同时，由于不再使用样板，可以节约大量的用于制造样板的材料，降低成本。另外，可以在很大程度上减轻操作者的劳动强度。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种钛合金化铣刻型工艺，其特征在于：所述的钛合金化铣刻型工艺采用激光与数字化技术相结合，通过控制激光能量及保护膜厚度，根据化铣工艺特征值，进行编程，使划线刻型一步完成；
针对不同胶膜厚度，进行激光刻型，通过击穿胶膜试验，确定激光能量，建立激光能量与胶膜厚度的对应关系；
通过确定化铣轴向和径向浸蚀比来确定激光刻型尺寸余量，解决激光刻型尺寸余量问题；
激光能量选择试验：在事先准备好的钛合金试片上，用无空气喷枪均匀的喷涂上保护胶，采用涡流测厚仪测厚，使胶膜厚度为30ｕm；根据工艺要求，通过激光划线刻型后的胶膜应线条平直、无毛刺且切痕已到达基体，但并不在基体上留下刻痕为合格；
激光能量选择100w进行划线刻型，试验结果表明胶膜完全被切透，刻线平直、无毛刺，暴露出集体材料，但在基体上留下较深刻痕；
激光能量选择75w进行划线刻型，试验结果表明胶膜完全被切透，刻线平直、无毛刺，暴露出基体材料但在基体上留下了划痕；
激光能量选择50w进行划线刻型，试验结果表明胶膜完全切透，刻线平直、无毛刺，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，为合格状态；
激光能量选择20w进行划线刻型，结果胶膜没有完全切透，刻线平直、无毛刺，未暴露出基体材料，无法顺利将胶膜剥离，未达到工艺要求的目的，不符合工艺要求；
通过试验证明满足化铣进行划线刻型的激光能量为50W；
胶膜厚度与激光能量关系试验：
通过上述试验确定激光能量选择50w进行进行划线刻型，分别在试片上采用无空气喷枪涂上保护胶膜，厚度分别为10ｕm、20ｕm、30ｕm、60ｕm；
胶膜厚度为10ｕm采用激光进行划线刻型，试验结果表明胶膜上刻线平直、无毛刺，且完全被切透，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，为合格状态；
胶膜厚度为20ｕm采用激光进行划线刻型，试验结果表明胶膜上刻线平直、无毛刺，且完全被切透，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，为合格状态；
胶膜厚度为30ｕm采用激光进行划线刻型，试验结果表明胶膜上刻线平直、无毛刺，且完全被切透，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，为合格状态；
胶膜厚度为60ｕm采用激光进行划线刻型，试验结果表明胶膜上刻线平直、无毛刺，且完全被切透，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，为合格状态；
试验结果表面无论厚度10ｕm还是60ｕm，胶膜上刻线平直、无毛刺，且完全被切透，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，均为合格状态；试验证明只要激光能量达到50W，胶膜的厚度对其没有影响；
划线和刻型：
将涂有保护胶膜后待刻型的零件放置到三维激光加工系统平台上，对点找正并夹紧；导入编制完成的程序，输入刀补参数和X轴比例系数KX，运行程序，设备用聚焦传感器自动对24组A、B点测量并运算；完成后，设备暂停；拆除激光喷嘴，将激光输出功率调整到5W，此功率只在保护涂料表面标线，并未刻透，继续运行程序，完成标线；测量纵助与斜助的尺寸是否满足要求，没满足要求，调整输出刀补参数和X轴比例系数，重新标线测量直到满足要求，将激光输出功率调整到50W完成化铣刻型；将拆除的激光喷嘴安装到激光头上，完成整个工艺过程；
为保证刻型质量，激光焦点与零件表面保持恒定的关系，使激光刻线的宽度与深度保证均匀一致；对形状误差较大的钣焊零件，通常情况下，用激光喷嘴简短的聚焦传感器实时自动控制实现；但某航空发动机筒体一段、筒体二段上有用于配合的安装座，该安装座高出零件表面，刻型线与安装座距离较近，在刻型时为了避免安装座与激光喷嘴干涉，将激光喷嘴拆除，因此无法实时自动聚焦，存在不能保证刻线的宽度与深度保证均匀一致的技术问题；
刻型完成后，化铣时化铣溶液在向纵向化铣的同时，对肋的宽度即横向方向也有溶解作用，因此在刻型时对肋的横向要预留余量；另外，化铣时化铣溶液的流动方向对化铣速度也有一定影响；要化铣的筒体零件为大型环形件，化铣溶液的流动方向为环向流动，对纵肋与斜肋溶铣速率有影响，要求纵肋与斜肋的预留余量也不一致，每种零件肋的预留余量的大小在研制时多次试验得出，所以要解决刻型时纵肋与斜肋的肋宽尺寸分别柔性精确可调的技术问题，使化铣时深度达到尺寸的要求；
对于刻型时形状误差累积在纵肋的问题，采用分组刻型，用设备的聚焦传感器自动测量形状偏差，调整宽度的方法保证组与组之间距离为纵肋；编程时按组将坐标系设定在零件下缘表面，编制刻型的三坐标程序，在零件表面选A、B两点，计算出两点的理论坐标值；在加工时，程序自动测量A、B两点实际坐标值，根据两点Ｚ方向的实际偏差，即零件当前组半径误差，运算出组宽需调整的调整系数，如此运算完成整个零件的２４组的宽度调整系数为ＫX1、ＫX2……、ＫX24，并暂时存在系统的过程参数中，备在刻型中使用，从而保证了纵助的宽度尺寸，此过程编写在加工程序中自动完成；
由于安装座子的干涉，刻型时需将激光喷嘴拆除，不能使用自动聚焦补偿零件的偏差，而采用先在A、B两点测量实际偏差，运算出组深度需调整的调整系数，如此运算整个零件的24组的深度调整系数并暂存在系统的过程参数中，在加工时，将深度调整系数对程序坐标的Z值 进行比例运算，从而保证激光束的焦点位置， 此过程编写在加工程序中自动完成； 
对于柔性精确度可调的技术问题，采用在程序中使用刀补语句进行调整；刀补句对纵肋与斜肋同时调整，不能进行单独调整；为实现单独调整，采取在X轴增加比例系数的方式，关系如下：
Kn = Kxn   × Kx 
Kn----组比例系数，加工时按组控制X 轴比例
Kxn----组宽需调整的调整系数，代表 Kx1、Kx2、…….、Kx24
KX-----X轴比例系数 
通过增加X 轴比例系数实现了纵肋与斜肋柔性分别调整的技术要求。

Claims (1)

1.一种钛合金化铣刻型工艺，其特征在于：所述的钛合金化铣刻型工艺采用激光与数字化技术相结合，通过控制激光能量及保护膜厚度，根据化铣工艺特征值，进行编程，使划线刻型一步完成；
针对不同胶膜厚度，进行激光刻型，通过击穿胶膜试验，确定激光能量，建立激光能量与胶膜厚度的对应关系；
通过确定化铣轴向和径向浸蚀比来确定激光刻型尺寸余量，解决激光刻型尺寸余量问题；
激光能量选择试验：在事先准备好的钛合金试片上，用无空气喷枪均匀的喷涂上保护胶，采用涡流测厚仪测厚，使胶膜厚度为30um；根据工艺要求，通过激光划线刻型后的胶膜应线条平直、无毛刺且切痕已到达基体，但并不在基体上留下刻痕为合格；
激光能量选择100w进行划线刻型，试验结果表明胶膜完全被切透，刻线平直、无毛刺，暴露出集体材料，但在基体上留下较深刻痕；
激光能量选择75w进行划线刻型，试验结果表明胶膜完全被切透，刻线平直、无毛刺，暴露出基体材料但在基体上留下了划痕；
激光能量选择50w进行划线刻型，试验结果表明胶膜完全切透，刻线平直、无毛刺，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，为合格状态；
激光能量选择20w进行划线刻型，结果胶膜没有完全切透，刻线平直、无毛刺，未暴露出基体材料，无法顺利将胶膜剥离，未达到工艺要求的目的，不符合工艺要求；
通过试验证明满足化铣进行划线刻型的激光能量为50W；
胶膜厚度与激光能量关系试验：
通过上述试验确定激光能量选择50w进行进行划线刻型，分别在试片上采用无空气喷枪涂上保护胶膜，厚度分别为10um、20um、30um、60um；
胶膜厚度为10um采用激光进行划线刻型，试验结果表明胶膜上刻线平直、无毛刺，且完全被切透，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，为合格状态；
胶膜厚度为20um采用激光进行划线刻型，试验结果表明胶膜上刻线平直、无毛刺，且完全被切透，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，为合格状态；
胶膜厚度为30um采用激光进行划线刻型，试验结果表明胶膜上刻线平直、无毛刺，且完全被切透，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，为合格状态；
胶膜厚度为60um采用激光进行划线刻型，试验结果表明胶膜上刻线平直、无毛刺，且完全被切透，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，为合格状态；
试验结果表明无论厚度10um还是60um，胶膜上刻线平直、无毛刺，且完全被切透，暴露出基体材料且未在基体上留下划痕，均为合格状态；试验证明只要激光能量达到50W，胶膜的厚度对其没有影响；
划线和刻型：
将涂有保护胶膜后待刻型的零件放置到三维激光加工系统平台上，对点找正并夹紧；导入编制完成的程序，输入刀补参数和X轴比例系数KX，运行程序，设备用聚焦传感器自动对24组A、B点测量并运算；完成后，设备暂停；拆除激光喷嘴，将激光输出功率调整到5W，此功率只在保护涂料表面标线，并未刻透，继续运行程序，完成标线；测量纵助与斜助的尺寸是否满足要求，没满足要求，调整输出刀补参数和X轴比例系数，重新标线测量直到满足要求，将激光输出功率调整到50W完成化铣刻型；将拆除的激光喷嘴安装到激光头上，完成整个工艺过程；
为保证刻型质量，激光焦点与零件表面保持恒定的关系，使激光刻线的宽度与深度保证均匀一致；对形状误差较大的钣焊零件，通常情况下，用激光喷嘴简短的聚焦传感器实时自动控制实现；但某航空发动机筒体一段、筒体二段上有用于配合的安装座，该安装座高出零件表面，刻型线与安装座距离较近，在刻型时为了避免安装座与激光喷嘴干涉，将激光喷嘴拆除；
对于刻型时形状误差累积在纵肋的问题，采用分组刻型，用设备的聚焦传感器自动测量形状偏差，调整宽度的方法保证组与组之间距离为纵肋；编程时按组将坐标系设定在零件下缘表面，编制刻型的三坐标程序，在零件表面选A、B两点，计算出两点的理论坐标值；在加工时，程序自动测量A、B两点实际坐标值，根据两点Z方向的实际偏差，即零件当前组半径误差，运算出组宽需调整的调整系数，如此运算完成整个零件的24组的宽度调整系数为KX1、KX2......、KX24，并暂时存在系统的过程参数中，备在刻型中使用，从而保证了纵助的宽度尺寸，此过程编写在加工程序中自动完成；
由于安装座子的干涉，刻型时需将激光喷嘴拆除，不能使用自动聚焦补偿零件的偏差，而采用先在A、B两点测量实际偏差，运算出组深度需调整的调整系数，如此运算整个零件的24组的深度调整系数并暂存在系统的过程参数中，在加工时，将深度调整系数对程序坐标的Z值进行比例运算，从而保证激光束的焦点位置，此过程编写在加工程序中自动完成；
对于柔性精确度可调的技术问题，采用在程序中使用刀补语句进行调整；刀补语句对纵肋与斜肋同时调整，不能进行单独调整；为实现单独调整，采取在X轴增加比例系数的方式，关系如下：
Kn＝Kxn×Kx
Kn----组比例系数，加工时按组控制X轴比例
Kxn----组宽需调整的调整系数，代表Kx1、Kx2、.......、Kx24
KX-----X轴比例系数
通过增加X轴比例系数实现了纵肋与斜肋柔性分别调整的技术要求。
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