CN115074726A - 一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法，通过确定异型气膜孔中圆直孔的孔位位置，采集孔位位置坐标数据，修正孔位解析时采集的位置坐标的偏差，在异型孔修复部位粘贴工业用胶布，测量Z轴坐标点，消除相机捕捉的误差，保证了正确的零件异型气膜孔的位置坐标，在异型气膜孔修复部位涂覆陶瓷粉，防止在修复过程中造成涂层被污染；选取每排孔的第一孔进行试加工，主要为检查孔位解析时所采集的异型孔信息及修复后异型孔的形貌的正确性，同时可防止修复时串行；完成首孔试加工后标记所有孔序号进行加工，进而解决了工作叶片异型气膜孔边缺陷问题。

Description

一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法
技术领域
本发明属于激光修复领域，具体涉及一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法。
背景技术
高推重比是航空发动机所追求的最终目标，实现发动机高推重比最直接有效的办法就是提高涡轮进口的燃气温度，限制涡轮进口温度水平的主要因素是涡轮叶片的承温能力。涡轮叶片作为航空发动机中的核心部件之一，承受着高温、高压、高转速的工作环境，为了提高发动机推重比和可靠性，涡轮前温度不断提升，要求涡轮叶片能够承受越来越高的温度。在涡轮叶片燃气流道表面喷涂热障涂层，对提高叶片承温能力有非常直接的效果，并对短时间的超温有很好的缓解作用。随着涡轮前燃气温度的大幅提高，在使用先进耐温材料和耐温热障涂层的基础上，必须使用先进气膜冷却技术，才能实现涡轮叶片的长期可靠工作。涡轮叶片气膜冷却通过叶片的内部冷却通道将相对低温气体(约900K)通过分布于叶片表面的气膜冷却孔喷射出来，在叶片表面形成包覆，隔离燃烧室喷出的高温高压气体。通过多年的发展，航空发动机叶片冷却孔从早期的简单直圆孔发展到现在的气膜贴附性更好的异形孔，实现更优的气动外形，气膜孔的形状从直边簸箕斗形状发展为曲线过渡的复杂异型孔，由于国内发动机起步晚，复杂异形孔加工技术尚不成熟，采用激光加工复杂异型孔时孔边缘可能出现“豁口”超差情况。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法，以解决现有技术中工作叶片异型气膜孔边缺陷问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明公开了一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法，包括：
利用零件UG模型进行异型气膜孔的CAD建模，通过仿真分析进行孔形优化，得到由X、Y坐标确定的对应零件孔位的异型气膜孔二维平面加工轨迹；
将零件装夹在夹具上，进行叶片标定及异型气膜孔孔位解析，采集异型气膜孔的位置坐标；
确定异型气膜孔中圆直孔的孔位位置，并采集孔位位置坐标数据，修正孔位解析时采集的异型气膜孔的位置坐标；
在异型气膜孔修复部位粘贴工业用胶布，测量Z轴坐标点，修正孔位解析时采集的异型气膜孔的位置坐标；
去除工业用胶布，在异型气膜孔修复部位涂覆陶瓷粉；
按照已确定的异型气膜孔二维平面加工轨迹激光修复加工每排孔的第一孔来进行试加工，完成首孔试加工后，标记所有孔序号进行加工；
完成加工后，清洗零件。
优选地，零件UG模型导入到Micro Drill 100设备程序库中，进行异型气膜孔的CAD建模，并通过仿真分析进行孔形优化，进而由CAD模型生成可以驱动运动系统的CAM代码，得到由X、Y坐标确定的对应零件孔位的异型气膜孔二维平面加工轨迹。
优选地，将零件装夹在夹具上，利用Micro Drill 100设备进行叶片标定及异型气膜孔孔位解析，采集异型气膜孔的位置坐标，且所采集的位置坐标保证修复过程中的异型气膜孔的坐标角度与零件初加工时的坐标角度保持一致。
优选地，在Micro Drill 100设备中，在放大50倍界面中进行圆直孔的孔位位置的确定，孔位位置的确定后采集孔位位置坐标数据，修正孔位解析时采集的异型气膜孔的位置坐标，其孔位位置调整偏差在0.01mm以内。
优选地，在零件的异型气膜孔修复部位粘贴工业用胶布，将零件装夹在夹具上采用光电传感器再次测量Z轴坐标点。
优选地，在异型气膜孔修复部位涂覆陶瓷粉时，使用热风机对零件表面膏状陶瓷粉进行烘干。
优选地，在进行修复加工时采用振镜扫描镜头按异型气膜孔二维平面加工轨迹加工去除表面材料。
优选地，采用振镜扫描镜头按异型气膜孔二维平面加工轨迹加工阶段，振镜扫描镜头内部的X、Y反射镜驱动光束摆动，其中，扩张角度γ由异型孔模型产生的加工轨迹轮廓决定，倾角θ由加工轨迹的层数及能量决定。
优选地，在加工阶段要在上述二维平面的每一个轮廓形成的平面内进行激光加工轨迹编辑填充，填充完成后即可形成一个完整的激光加工异型孔轨迹。
优选地，完成加工后，将零件放置在超声波清洗机中清洗零件0.5-2min，水温为40℃-60℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法，由于在新件加工异型孔时零件表面还未完成热涨涂层涂覆，现修复异型孔时零件表面已涂覆了TBCs涂层，孔位解析时因异型孔边存在的涂层可能造成圆直孔位置偏差，通过确定异型气膜孔中圆直孔的孔位位置，采集孔位位置坐标数据，修正孔位解析时采集的位置坐标的偏差，在异型孔修复部位粘贴工业用胶布，测量Z轴坐标点，消除相机捕捉的误差，保证了正确的零件异型气膜孔的位置坐标，在异型气膜孔修复部位涂覆陶瓷粉，防止在修复过程中造成涂层被污染；选取每排孔的第一孔进行试加工，主要为检查孔位解析时所采集的异型孔信息及修复后异型孔的形貌的正确性，同时可防止修复时串行；完成首孔试加工后标记所有孔序号进行加工，进而解决了工作叶片异型气膜孔边缺陷问题。
进一步地，修复过程中的异型气膜孔的坐标角度与零件初加工时的坐标角度保持一致，保证修复时在原异型气膜孔部位进行加工。
进一步地，在零件的异型气膜孔修复部位粘贴工业用胶布，将零件装夹在夹具上采用光电传感器再次测量Z轴坐标点，以消除相机捕捉的误差，保证了正确的零件异型孔位置坐标。
进一步地，在异型气膜孔修复部位涂覆陶瓷粉时，使用热风机对零件表面膏状陶瓷粉进行烘干，缩短了涂覆陶瓷粉的等待时间。
附图说明
图1为本发明实施例中涂覆陶瓷粉的示意图；
图2为本发明实施例中修正Z值的示意图；
图3为本发明实施例中异型孔修复的示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
本发明的目的是提供一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法，解决工作叶片异型气膜孔边缺陷问题；在叶身涂层表面涂覆可用自来水清洗掉陶瓷粉对涂层进行保护，可保证修复后异型孔边涂层不被污染；本发明的发明目的是通过下述的步骤实现的：
利用零件UG模型进行异型气膜孔的CAD建模，通过仿真分析进行孔形优化，得到由X、Y坐标确定的对应零件孔位的异型气膜孔二维平面加工轨迹；
将零件装夹在夹具上，进行叶片标定及异型气膜孔孔位解析，采集异型气膜孔的位置坐标；
确定异型气膜孔中圆直孔的孔位位置，并采集孔位位置坐标数据，修正孔位解析时采集的异型气膜孔的位置坐标；
在异型气膜孔修复部位粘贴工业用胶布，测量Z轴坐标点，修正孔位解析时采集的异型气膜孔的位置坐标；
去除工业用胶布，在异型气膜孔修复部位涂覆陶瓷粉；
按照已确定的异型气膜孔二维平面加工轨迹激光修复加工每排孔的第一孔来进行试加工，完成首孔试加工后，标记所有孔序号进行加工；
完成加工后，清洗零件。
【实施例】
1、提取数据：将对应零件UG模型导入到Micro Drill 100设备程序库中，异型孔的CAD建模，并通过仿真分析进行孔形优化，进而由CAD模型生成可以驱动运动系统的CAM代码，对应孔位的异型气膜孔生成二维平面加工轨迹，由X、Y坐标确定运行轨迹。
2、孔位解析：将零件装夹在夹具上，利用设备功能进行叶片标定及气膜孔孔位解析，采集异型气膜孔大致位置坐标，所采集的坐标基本保证修复程序中异型孔坐标x、y、z角度与新品加工时x、y、z角度保持一致，保证修复时在原异型孔部位进行加工。
3、修正孔位：由于在新件加工异型孔时零件表面还未完成热涨涂层涂覆，现修复异型孔时零件表面已涂覆了TBCs涂层，孔位解析时因异型孔边存在的涂层可能造成圆直孔位置偏差；为消除因异型孔边涂层在修复过程中造成偏差，通过旋转手轮以调整光标位置，在放大50倍界面中进行圆直孔位置的确定，确定孔位位置后进行坐标数据采集，以对孔位解析时所采集的圆直孔段坐标进行修正，其孔位置调整偏差在0.01mm以内。
4、涂覆陶瓷粉：为解决异型孔激光修复过程中造成的热障陶瓷涂层污染，通过试验选取可水洗的陶瓷粉涂覆在零件涂层表面，防止在修复过程中造成涂层被污染；为缩短涂覆陶瓷粉的等待时间，使用热风机对零件表面膏状陶瓷粉进行烘干即可，参见图1。
5、修正Z值
在异型孔修复部位粘贴工业用胶布，装夹在夹具上采用光电传感器再次测量Z轴坐标点，以消除相机捕捉的误差；所采集的Z值在坐标栏中直接进行更改，保证了正确的零件异型孔位置坐标，参见图2。
6、异型孔修复：开始加工前取下胶布，选取每排孔的第一孔进行试加工，主要为检查孔位解析时所采集的异型孔信息及修复后异型孔的形貌的正确性，同时可防止修复时串行；修复时由振镜扫描镜头按轨迹加工去除表面材料。振镜加工阶段，内部的X、Y反射镜驱动光束摆动，在材料表面形成具有特定轨迹的形貌。其中，扩张角度γ由异型孔模型产生的加工轨迹轮廓决定，倾角θ由加工轨迹的层数及能量等决定。振镜加工阶段需要给定相应的激光加工轨迹，激光沿轨迹形成加工面。在加工阶段需要在上述二维平面的每一个轮廓形成的平面内进行激光加工轨迹编辑填充，填充完成后即可形成一个完成的激光加工异型孔轨迹；完成首孔试加工后标记所有孔序号进行加工，参见图3。
7、清洗零件：加工后将零件放置在C0C4-1416超声波清洗机(68KHz)中清洗零件0.5-2min，水温为40℃-60℃。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法，其特征在于，包括：
利用零件模型进行异型气膜孔的建模，通过仿真分析进行孔形优化，得到由X、Y坐标确定的对应零件孔位的异型气膜孔二维平面加工轨迹；
将零件装夹在夹具上，进行叶片标定及异型气膜孔孔位解析，采集异型气膜孔的位置坐标；
确定异型气膜孔中圆直孔的孔位位置，并采集孔位位置坐标数据，修正孔位解析时采集的异型气膜孔的位置坐标；
在异型气膜孔修复部位粘贴工业用胶布，测量Z轴坐标点，修正孔位解析时采集的异型气膜孔的位置坐标；
去除工业用胶布，在异型气膜孔修复部位涂覆陶瓷粉；
按照已确定的异型气膜孔二维平面加工轨迹激光修复加工每排孔的第一孔来进行试加工，完成第一孔试加工后，标记所有孔序号进行加工；
完成加工后，清洗零件。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法，其特征在于，零件UG模型导入到Micro Drill 100设备程序库中，进行异型气膜孔的CAD建模，并通过仿真分析进行孔形优化，进而由CAD模型生成能驱动运动系统的CAM代码，得到由X、Y坐标确定的对应零件孔位的异型气膜孔二维平面加工轨迹。
3.根据权利要求1所述的一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法，其特征在于，将零件装夹在夹具上，利用Micro Drill 100设备进行叶片标定及异型气膜孔孔位解析，采集异型气膜孔的位置坐标，且所采集的位置坐标保证修复过程中的异型气膜孔的坐标角度与零件初加工时的坐标角度保持一致。
4.根据权利要求1所述的一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法，其特征在于，在Micro Drill 100设备中，在放大50倍界面中进行圆直孔的孔位位置的确定，孔位位置的确定后采集孔位位置坐标数据，修正孔位解析时采集的异型气膜孔的位置坐标，其孔位位置调整偏差在0.01mm以内。
5.根据权利要求1所述的一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法，其特征在于，在零件的异型气膜孔修复部位粘贴工业用胶布，将零件装夹在夹具上采用光电传感器再次测量Z轴坐标点。
6.根据权利要求1所述的一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法，其特征在于，在异型气膜孔修复部位涂覆陶瓷粉时，使用热风机对零件表面膏状陶瓷粉进行烘干。
7.根据权利要求1所述的一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法，其特征在于，在进行修复加工时采用振镜扫描镜头按异型气膜孔二维平面加工轨迹加工去除表面材料。
8.根据权利要求7所述的一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法，其特征在于，采用振镜扫描镜头按异型气膜孔二维平面加工轨迹加工阶段，振镜扫描镜头内部的X、Y反射镜驱动光束摆动，其中，扩张角度γ由异型孔模型产生的加工轨迹轮廓决定，倾角θ由加工轨迹的层数及能量决定。
9.根据权利要求7所述的一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法，其特征在于，在加工阶段要在上述二维平面的每一个轮廓形成的平面内进行激光加工轨迹编辑填充，填充完成后即可形成一个完整的激光加工异型孔轨迹。
10.根据权利要求1所述的一种涡轮工作叶片异型气膜孔激光修复方法，其特征在于，完成加工后，将零件放置在超声波清洗机中清洗零件0.5-2min，水温为40℃-60℃。
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