CN106735942B - 一种燃烧室喷油杆微孔冷成形工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种燃烧室喷油杆微孔冷成形工艺方法，步骤为：将夹具在机床转台上进行固定，将零件固定在夹具上；用测量激光头对零件进行线扫描，确定零件的轮廓；对扫描数据进行点云处理，测得点云数据进行孔位对正；加载测量系统标定、激光钻头标定文件，并导出机床加工坐标；读取机床加工坐标调取焦距多孔测量程序，对各个孔的焦点信息进行确认；激光器参数设置；加工头参数设置并保存；对Z轴单步进给量、扫描层数进行设置并保存，调取多孔加工程序，进行加工；加工后清洗。本发明解决了电火花加工重铸层、微裂纹等难题；通过超快激光加工，有效防止出现重铸层，微裂纹单孔流量稳定，提高零件雾化效果，解决喷油杆零件加工的新要求，满足生产需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃烧室喷油杆的加工工艺，具体地说是一种燃烧室喷油杆微孔冷成形工艺方法。
背景技术
随着现代工业的发展，对资源节约和环境保护的要求越来越高，航空发动机燃烧室喷油杆决定着燃烧是否充分，能够减少排污。用以前的工艺加工喷油杆，有毛刺，重铸层，在燃烧时候容易产生积碳，导致燃烧室雾化效果不理想，输出功不足；同时重铸层也是疲劳源，导致零件寿命比较短。因此需要开发新的工艺技术解决上述问题。高精度超快激光微孔加工是主要发展方向之一，其加工的精细度和无热效应方面远远高于其他技术，在加工微孔、微槽和切割方面的质量参数也远远优于机械加工和电火花加工技术，效率也高于电火花技术，是目前制造工艺发展的一个主流方向。
发明内容
针对现有技术中燃烧室喷油杆有毛刺，重铸层导致燃烧室雾化效果不理想或零件寿命短等不足，本发明要解决的问题是提供一种可提高雾化效果、使燃烧更充分并提高使用寿命的燃烧室喷油杆微孔冷成形工艺方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
本发明一种燃烧室喷油杆微孔冷成形工艺方法，包括以下步骤：
零件装夹：用定位销将夹具在机床转台上进行准确定位并固定，根据夹具上的定位面和定位螺栓将零件进行定位并固定在夹具上；
三维扫描：用Laserscan三维扫描模块用测量激光头对零件进行线扫描，确定零件的轮廓；
扫描数据处理：对扫描数据进行点云处理，利用处理得到数据建立零件的坐标系，并导入零件理论图纸坐标点与实际扫描测得点云数据进行孔位对正；
生成机床加工坐标：加载测量系统标定、激光钻头标定文件，并导出机床加工坐标；
孔焦点信息测量：在MMCPRO系统中读取机床加工坐标调取焦距多孔测量程序，对各个孔的焦点信息进行确认；
激光器参数设置：激光器的输出功率为85％-98％，重复频率为80kHz-100kHz；
加工头参数设置：选择四光楔加工头，对加工头的参数工序进行设置并保存；
孔加工：对Z轴单步进给量、扫描层数进行设置并保存，调取多孔加工程序，进行加工；
加工后清洗：加工完后，将零件放入充满煤油的超声波槽内进行清洗，并保存。
加工头的参数工序进行设置为：对激光头加工参数工序一孔径角度进行优化，其中孔径15-30DEG，工序一起始0-8DEG，旋转速度2000-3000RPM，锥度控制量30-40mm。
所述Z轴单步进给量设置为1-100um，扫描层数设置为200-600层。
所述将零件放入充满煤油的超声波槽内进行清洗为：进油嘴与清洗机相接，启动设备进行超声振动清洗，时间不少于10～20分钟，保证内外表面没有脏物，取出零件，控净内腔余油。
本发明还包括以下步骤：
在零件超快激光制孔之前，零件表面需要预先处理，利用擦拭纸蘸取酒精将零件待加工位置进行清洗，并晾10～15分钟。
所有工艺步骤在万级洁净间中进行。
本发明具有以下有益效果及优点：
1.本发明方法通过三维扫描快速获取零件模型，得到需要加工孔的位置信息，由加工程序保证，确保加工孔的一致性，能有效解决电火花加工重铸层、微裂纹等难题；通过超快激光加工，可有效防止出现重铸层，微裂纹；
2.本发明方法通过超快激光加工，单孔流量稳定，可提高零件雾化效果。
3.随着设计对零件制孔要求的提高，要求无重铸层、微裂纹，本发明可以解决喷油杆零件加工的新要求，满足生产需要，可以推广应用到航空发动机、燃气轮机、汽车发动机等喷油杆零件上，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明方法中应用的超短脉冲激光加工原理图；
图2为本发明方法工艺流程图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明作进一步阐述。
如图1所示，本发明一种燃烧室喷油杆微孔冷成形工艺方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)零件装夹：找到机床转台定位孔，用定位销进行将夹具在转台进行准确定位并固定，根据夹具上的定位面和定位螺栓将零件进行定位并固定在夹具上；
(2)三维扫描：用Laserscan三维扫描模块用测量激光头线扫描对零件进行扫描，确定零件的轮廓；
(3)扫描数据处理：接着对扫描数据进行点云处理，利用处理得到数据建立零件的坐标系，并导入零件理论图纸坐标点与实际扫描测得点云数据进行孔位对正；
(4)生成机床加工坐标：接着加载测量系统标定、激光钻头标定文件，并导出机床加工坐标；
(5)孔焦点信息测量：接着在MMCPRO系统中读取机床加工坐标调取焦距多孔测量程序，对各个孔的焦点信息进行确认；
(6)激光器参数设置：激光器的输出功率为85％-98％，重复频率为80kHz-100kHz；
(7)加工头参数设置：选择四光楔加工头，对加工头的参数工序一孔径15-30DEG，工序一起始0-8DEG，旋转速度2000-3000RPM进行设置并保存，锥度控制量30-40mm；
(8)孔加工：对Z轴单步进给量1-100um、扫描层数200-600层进行设置并保存，接着调取多孔加工程序，进行加工；
(9)加工后清洗：加工完后，将零件放入充满煤油的超声波槽内进行清洗，并保存。
本发明流程步骤如图2所示。
本发明在零件超快激光制孔之前，零件表面需要预先处理：利用擦拭纸蘸取酒精将零件待加工位置进行清洗，并晾10～15分钟。
零件表面预先处理中清洗的目的是为保证工件上不残留有机加冷却液等脏污；目的是为了便于零件定位准确、零件型面三维扫描精度高、防止脏污影响激光能量吸收。
本发明零件超快激光制孔，需要根据零件种类选择不同的工艺参数，用优化后的参数进行加工。
如步骤(7)～(9)所述，不同零件孔的加工要求，在定位准确的前提下，由激光器参数、加工头参数，Z轴进给量、扫描层数等决定。
本发明在零件超快激光制孔后，需对工件进行清洗：完工后，将零件再次用煤油进行清洗，并保存，目的是为了将激光打孔的粉末清洗干净，以免影响装配后影响之后的雾化效果。
本发明超快激光的燃烧室喷油杆微孔冷成形较优条件为：零件三维扫描形貌时对零件进行分段扫描，步进0.1mm；激光器参数进行设置激光器的输出功率为95％，重复频率为100kHz；接着选择四光楔加工头，对加工头的参数工序一孔径20DEG，工序一起始5DEG，旋转速度2400RPM进行设置并保存，锥度控制量40mm；接着对Z轴单步进给量5um、扫描层数500层进行设置并保存。
本发明工艺方法所有步骤均在万级洁净间(又称为无尘室或清净室)中进行，根据GB/T16292-1996，空气洁净度分级标准如表1：
表1 GB/T16292-1996中空气洁净度分级标准
为了减少燃烧室喷油杆孔加工后的毛刺、微裂纹和重铸层，本发明提出了超快激光的燃烧室喷油杆微孔冷成形工艺方法，超快激光(即超短脉冲激光，其加工原理图如图1所示)是指P秒、飞秒激光，激光的脉宽短10-12s、10-15s量级，瞬时能量的注入，使得能量瞬间沉积在固体物质的趋肤层内，将固体材料直接汽化；超快激光的作用时间短，使得能量以等离子体的形式被迅速带走，热量来不及在材料内部扩散，是一个冷加工的过程，可视作无热影响区；无材料损伤，在整个加工过程中，材料的去除方式以蒸发和汽化的形式进行，无熔融相，因此没有重熔层和微裂纹的形成；无飞溅物存在。由于瞬时汽化，材料以气体形式瞬间蒸发，材料表面没有任何飞溅物，大大提高了加工材料表面的粗糙度。
零件在放入充满煤油的超声波槽内进行清洗，进油嘴与清洗机相接，启动设备进行超声振动清洗，时间不少于10～20分钟，保证内外表面没有脏物，取出零件，控净内腔余油。
实施例1
试件材料：长度为55mm、直径为6mm的GH3536零件6个(编号1～6)；
利用酒精将零件待加工位置进行清洗，并晾干；找到机床转台定位孔，用定位销进行将夹具在转台进行准确定位并固定，根据夹具上的定位面和定位螺栓将零件进行定位并固定在夹具上；用Laserscan三维扫描模块用测量激光头线扫描对零件进行分段扫描，步进0.1mm；接着加载测量系统标定、激光钻头标定文件，并导出机床加工坐标；然后在MMCPRO系统中读取机床加工坐标调取焦距多孔测量程序，对各个孔的焦点信息进行确认；激光器参数进行设置激光器的输出功率为95％，重复频率为100kHz；接着选择四光楔加工头，对加工头的参数工序一孔径20DEG，工序一起始5DEG，旋转速度2400RPM进行设置并保存，锥度控制量40mm；接着对Z轴单步进给量5um、扫描层数500进行设置并保存，调取多孔加工程序，进行加工。
加工完后，将零件放入充满煤油的超声波槽内，进油嘴与清洗机相接，启动设备进行超声振动清洗，时间不少于10分钟，保证内外表面没有赃物。取出零件，控净内腔余油。
对零件进行流量试验及理化检测。
实施例2
试件材料：长度为55mm、直径为6mm的GH3625零件6个(编号6～12)；
利用酒精将零件待加工位置进行清洗，并晾干；找到机床转台定位孔，用定位销进行将夹具在转台进行准确定位并固定，根据夹具上的定位面和定位螺栓将零件进行定位并固定在夹具上；用Laserscan三维扫描模块用测量激光头线扫描对零件进行分段扫描，步进0.1mm；接着加载测量系统标定、激光钻头标定文件，并导出机床加工坐标；然后在MMCPRO系统中读取机床加工坐标调取焦距多孔测量程序，对各个孔的焦点信息进行确认；激光器参数进行设置激光器的输出功率为95％，重复频率为100kHz；接着选择四光楔加工头，对加工头的参数工序一孔径20DEG，工序一起始5DEG，旋转速度2400RPM进行设置并保存，锥度控制量40mm；接着对Z轴单步进给量5um、扫描层数500进行设置并保存，调取多孔加工程序，进行加工。
加工完后，将零件放入充满煤油的超声波槽内，喷杆与清洗机相接，启动设备进行超声振动清洗，时间不少于10分钟，保证内外表面没有赃物。取出零件，控净内腔余油。
对零件进行流量试验及理化检测。
将实施例1、2的喷杆进行雾化效果检测试验结果如下：
当压力P为固定值时，喷杆上单孔流量为43.56～46.24L/h。
表2流量试验检测结果
| 序号 | 测得值 | 设计要求值 |
| 实施例1-1 | 45.13L/h | 43.56～46.24L/h |
| 实施例1-2 | 45.23L/h | 43.56～46.24L/h |
| 实施例1-3 | 45.18L/h | 43.56～46.24L/h |
| 实施例1-4 | 45.25L/h | 43.56～46.24L/h |
| 实施例1-5 | 45.16L/h | 43.56～46.24L/h |
| 实施例1-6 | 45.20L/h | 43.56～46.24L/h |
| 实施例2-7 | 45.21L/h | 43.56～46.24L/h |
| 实施例2-8 | 45.24L/h | 43.56～46.24L/h |
| 实施例2-9 | 45.37L/h | 43.56～46.24L/h |
| 实施例2-10 | 45.22L/h | 43.56～46.24L/h |
| 实施例2-11 | 45.14L/h | 43.56～46.24L/h |
| 实施例2-12 | 45.16L/h | 43.56～46.24L/h |
将实施例1、2的喷杆进行理化检测结果如下：
表3理化检测结果
根据表2，表3试验结果可知超快激光加工不同材料的喷油杆，流量检测符合设计要求并且流量值稳定，无重铸层，微裂纹。
Claims (5)
1.一种燃烧室喷油杆微孔冷成形工艺方法，其特征在于包括以下步骤：
零件装夹：用定位销将夹具在机床转台上进行准确定位并固定，根据夹具上的定位面和定位螺栓将零件进行定位并固定在夹具上；
三维扫描：用激光三维扫描模块用测量激光头对零件进行线扫描，确定零件的轮廓；
扫描数据处理：对扫描数据进行点云处理，利用处理得到的数据建立零件的坐标系，并导入零件理论图纸坐标点，与实际扫描测得点云数据进行孔位对正；
生成机床加工坐标：加载测量系统标定、激光钻头标定文件，并导出机床加工坐标；
孔焦点信息测量：在MMCPRO系统中读取机床加工坐标调取焦距多孔测量程序，对各个孔对应的焦点信息进行确认；
激光器参数设置：采用超快激光加工，激光器的输出功率为额定功率的85％-98％，重复频率为80kHz-100kHz；
加工头参数设置：选择四光楔加工头，对加工头的参数工序进行设置并保存；
孔加工：对Z轴单步进给量、扫描层数进行设置并保存，调取多孔加工程序，进行加工；
加工后清洗：加工完后，将零件放入充满煤油的超声波槽内进行清洗，并保存；
加工头的参数工序进行设置为：对激光头加工参数工序一孔径角度进行优化，其中孔径15-30DEG，工序一起始0-8DEG，旋转速度2000-3000RPM，锥度控制量30-40mm。
2.按权利要求1所述的燃烧室喷油杆微孔冷成形工艺方法，其特征在于所述Z轴单步进给量设置为1-100um，扫描层数设置为200-600层。
3.按权利要求1所述的燃烧室喷油杆微孔冷成形工艺方法，其特征在于所述将零件放入充满煤油的超声波槽内进行清洗为：进油嘴与清洗机相接，启动设备进行超声振动清洗，时间不少于10分钟，保证内外表面没有脏物，取出零件，控净内腔余油。
4.按权利要求1所述的燃烧室喷油杆微孔冷成形工艺方法，其特征在于还包括以下步骤：在零件超快激光制孔之前，零件表面需要预先处理，利用擦拭纸蘸取酒精将零件待加工位置进行清洗，并晾10～15分钟。
5.按权利要求1所述的燃烧室喷油杆微孔冷成形工艺方法，其特征在于所有工艺步骤在万级洁净间中进行。
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