69. 难加工材料高质量超深小孔激光与管电极电解复合加工技术
申报企业/单位:中国科学院宁波材料技术与工程研究所
新技术
1805
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产品简介

       激光加工在加工深度较小微小孔时具有极高的加工效率。但是,随着加工深度的增加,等离子体逸出效率急剧下降,影响激光能量的大深度传导效率,激光加工微小孔最大深度通常小于25mm。此外,激光加工大深度微小孔表面还存在再铸层、热影响等表面损伤。激光与管电极电解同步复合加工利用液核光纤工具电极将激光和高速电解液射流同步传导至加工区,利用激光加工,高效去除端面加工间隙中心区材料,同时利用管电极电解加工去除周边材料,去除激光加工的热损伤和加工锥度,实现高效率、高表面质量深孔加工。管电极电解加工中,液核光纤工具电极可深入工件材料内部。随着液核光纤工具电极的大深度进给,激光可同步介入工件材料内部,实现介入式大深度激光加工。高电解液内冲液方式可及时冲走加工区等离子体、微气泡、熔渣等加工产物,保持激光的大深度高效传导。激光与管电极电解同步复合加工技术在国际上率先实现了大深度介入式激光加工,并且,超大深径比微小孔的加工效率高出单纯管电极电解加工一倍以上,目前已经突破200毫米深高温合金及不锈钢材料的深小孔加工,深径比突破150:1,孔径能力0.5-2毫米,持续打破该领域国际工艺纪录。目前已经推出五轴联动加工机床,服务于燃气轮机及航空发动机的孔加工。

       中科院宁波材料所激光团队为该技术的第一发明单位和激光与电解复合加工头的主要贡献单位;宁波大艾激光科技有限公司研发光学系统及加工质量评价;苏州电加工机床研究所有限公司承担了运动系统系统及控制系统的研发任务。


产品优势

       1、该技术将短脉冲激光加工与管电极电解加工两种技术有机结合,国际上首次实现了介入式激光加工,同时将管电极电解加工的效率提升一倍以上,同步消除了孔加工的锥度、重铸层,对热敏感导电材料的加工意义重大;

       2、推出的工艺系统为国内首台五轴激光与电解复合加工装备,具有加工精度高,通过在线监控可精密控制孔深及背伤等突出优势,装备具有核心自主知识产权,是基于中国原始专利创新的新型工业母机,对航空航天动力技术能力提升意义重大;

       3、该技术既可以将激光加工与管电极电解加工两种工艺原位同步复合起来使用,实现优质高效零热损伤加工,也可以单独使用其中的任意一项工艺,已经扩展电加工的适用材料到非导电多层材料。

       4、已应用于某型航空发动机涡轮叶片尾缘孔、国防装备制造领域超大深径比小孔加工等领域,整机考核证明了其优越性;


产品参数/型号

工艺参数:激光耦合效率80-90%,加工小孔直径0.5-2.0mm,最大深径比150:1,表面无再铸层、无微裂纹、无热影响,表面粗糙度Ra小于2μm,工具电极进给速率8mm/min。

加工装备参数:加工小孔最大深度400mm,激光单脉冲能量不低于2mJ,加工精度±50μm。