氣膜冷卻孔出口處熱障涂層放電輔助化學加工掃描方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種氣膜冷卻孔出口處熱障涂層放電輔助化學加工掃描方法，包括：根據(jù)氣膜冷卻孔的復合角出口形狀尺寸要求，對所述氣膜冷卻孔的孔口進行模型設計和參數(shù)設置，根據(jù)所述氣膜冷卻孔的孔口進行模型設計和加工掃描參數(shù)設置規(guī)劃掃描軌跡并生成加工數(shù)控代碼；按照所述加工數(shù)控代碼進行掃描。本發(fā)明專利技術具有如下優(yōu)點：采用陶瓷熱障涂層放電輔助化學加工掃描工藝，可兼容集成電火花加工、電解加工用脈沖電源和工作液循環(huán)系統(tǒng)，可實現(xiàn)與基體高溫合金電加工的快速切換的組合工藝。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術屬于特種加工
，具體涉及一種氣膜冷卻孔出口處熱障涂層放電輔助化學加工掃描方法。
技術介紹
氣膜冷卻是通過壁面上形成的冷卻氣體氣膜來隔熱散熱，已廣泛應用于兩機(航空發(fā)動機和燃氣輪機)的核心熱端部件工作葉片(渦輪/透平葉片)中，以保證其在高于葉片材料熔點的高溫、高壓下可靠工作。由于工作葉片在高溫、重載、變應力條件下工作，氣膜冷卻孔的質(zhì)量直接影響葉片的成品率、冷卻效率和工作壽命，其加工技術已成為兩機先進制造的關鍵技術之一。隨著航空發(fā)動機/燃氣輪機向高推重比、低耗油率發(fā)展，即使采用先進的氣膜冷卻技術，葉片高溫合金材料已接近使用溫度極限。為進一步提高葉片耐高溫能力和可靠性壽命，下一代先進航空發(fā)動機/燃氣輪機工作葉片設計為帶有陶瓷熱障涂層(厚度0.3-0.6mm)的復合材料，嚴格要求熱障涂層與高溫合金基體間無界面損傷，且熱障涂層表面無微裂紋和無重熔層的微觀缺陷。由于氧化釔(Y2O3)穩(wěn)定后的氧化鋯陶瓷(ZrO2)的高熔點(2700℃)和低熱傳導系數(shù)(2-3W·mK-1)，且熱膨脹系數(shù)與高溫合金匹配，使其成為國內(nèi)外首選的熱障涂層材料。但ZrO2陶瓷高硬度(僅次于金剛石)、易脆性、不導電、耐高溫、低導熱率等特性，其加工問題已成為無損傷氣膜冷卻孔加工的關鍵難題。考慮到工作葉片氣膜冷卻孔的嚴格無缺陷要求，從技術發(fā)展角度，集成電化學加工原理(陽極溶解)的工藝過程是較好的解決方案，可實現(xiàn)高溫合金氣膜冷卻孔三無加工(無重熔層/無微裂紋/無熱影響區(qū))。綜合考慮加工效率、工藝與裝備成本、工藝過程集成性，電火花加工與電解加工的組合或復合工藝，能較好地解決高溫合金基體氣膜冷卻孔無損傷加工問題。但對于絕緣的陶瓷熱障涂層材料，不適用電火花加工和電解加工。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術旨在至少解決上述技術問題之一。為此，本專利技術的一個目的在于提出一種氣膜冷卻孔出口處熱障涂層放電輔助化學加工掃描方法，放電輔助化學加工的最大優(yōu)點在于：具有實現(xiàn)絕緣材料無重熔層、無微裂紋的加工可行性。而且，對于復合材料(陶瓷涂層+高溫合金基體)氣膜冷卻孔加工，可實現(xiàn)從絕緣陶瓷放電輔助化學加工到基體高溫合金電火花/電解加工的“無縫”、“快速切換”的組合工藝。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術的實施例公開了一種氣膜冷卻孔出口處熱障涂層放電輔助化學加工掃描方法，包括以下步驟：S1：根據(jù)氣膜冷卻孔的復合角出口形狀尺寸要求，對所述氣膜冷卻孔的孔口進行模型設計和參數(shù)設置，根據(jù)所述氣膜冷卻孔的孔口進行模型設計和加工掃描參數(shù)設置規(guī)劃掃描軌跡并生成加工數(shù)控代碼；S2：按照所述加工數(shù)控代碼進行掃描，其中，步驟S2進一步包括：S2-A-1：在掃描過程中，通過傳感器實時反饋沖液壓力和流量；S2-A-2：根據(jù)所述反饋沖液壓力和流量以實現(xiàn)伺服控制工具電極進退來保持加工間隙；或S2-A’-1：設定最佳加工間隙；S2-A’-2：根據(jù)所述最佳加工間隙完成第一層掃描加工；S2-A’-3：后續(xù)每個掃描層采用工具電極恒量進給方式且采用每層進給量等于前一層去除深度進行掃描。根據(jù)本專利技術實施例的氣膜冷卻孔出口處熱障涂層放電輔助化學加工掃描方法，采用陶瓷熱障涂層放電輔助化學加工(SACE)掃描工藝，可兼容集成電火花加工、電解加工用脈沖電源和工作液循環(huán)系統(tǒng)，可實現(xiàn)與基體高溫合金電加工(電火花加工/電解加工)的快速切換的組合工藝；通過管狀電極中空沖液壓力傳感反饋加工間隙，可實現(xiàn)加工工藝中微小加工間隙的實時伺服控制，有利于保持優(yōu)化的加工狀態(tài)，提高放電輔助化學加工效率和精度；采用每層加工間隙為最佳加工間隙的電極進給策略，可使在給定加工參數(shù)條件下的材料去除效率最大化，有利于提高加工效率和加工過程穩(wěn)定性。另外，根據(jù)本專利技術上述實施例的氣膜冷卻孔出口處熱障涂層放電輔助化學加工掃描方法，還可以具有如下附加的技術特征：進一步地，步驟S2還包括：S2-B-1：通過孔口側(cè)向邊界掃描軌跡關聯(lián)無損傷的精確能量參數(shù)輸出控制，以避免陶瓷熱障涂層孔口邊界損傷；S2-B-2：采用慢速掃描速度以達到工具電極端部規(guī)則的電解氣泡，以避免掃描速度過快造成氣泡變形引入的過加工和欠加工誤差。進一步地，步驟S2還包括：S2-C：通過關聯(lián)所述氣膜冷卻孔的孔口陶瓷熱障涂層底面邊界，調(diào)整管狀工具電極的中空沖液壓力來微調(diào)加工時的局部冷卻條件和調(diào)整所述管狀工具電極的旋轉(zhuǎn)速度來微調(diào)加工時局部的能量作用頻率，以實現(xiàn)精確能量的微調(diào)控制來避免陶瓷熱障涂層與基體合金之間的界面損傷。進一步地，步驟S2還包括：S2-D：通過所述氣膜冷卻孔的孔口內(nèi)部掃描軌跡關聯(lián)能量參數(shù)輸出，以提高孔口內(nèi)部材料去除效率，并采用快速掃描以提高每個掃描層表面材料去除的平整度。進一步地，步驟S2還包括：S2-E：在陶瓷熱障涂層與基體合金的交界層面，采用工具電極每次微量進給的往復掃描方法，以保證所述氣膜冷卻孔的孔口處陶瓷熱障涂層都進入預設的加工間隙，進而實現(xiàn)孔口內(nèi)陶瓷熱障涂層全部被蝕除加工。進一步地，在步驟S1中，使用CAD或CAM軟件對所述氣膜冷卻孔口進行模型設計。進一步地，在步驟S1中，所述加工掃描參數(shù)包括工具電極尺寸、分層厚度和軌跡跨度。本專利技術的附加方面和優(yōu)點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本專利技術的實踐了解到。附圖說明本專利技術的上述和/或附加的方面和優(yōu)點從結(jié)合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中：圖1是本專利技術實施例的氣膜冷卻孔出口處熱障涂層放電輔助化學加工掃描方法的流程圖；圖2(a)是本專利技術一個實施例的基于中空沖液壓力反饋的加工間隙伺服控制方法的示意圖；圖2(b)是本專利技術一個實施例的基于每層恒量進給的加工間隙控制方法的示意圖；圖3是本專利技術一個實施例的基于綜合優(yōu)化目標下的掃描軌跡、掃描速度和分層厚度規(guī)劃策略的示意圖；圖4是本專利技術一個實施例的熱障陶瓷與基體高溫合金的材料界面層加工策略的示意圖；圖5是本專利技術一個實施例的陶瓷熱障層掃描加工工藝系統(tǒng)構成示意圖；圖6是本專利技術一個實施例的陶瓷熱障層掃描加工工藝過程示意圖。具體實施方式下面詳細描述本專利技術的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本專利技術，而不能理解為對本專利技術的限制。在本專利技術的描述中，需要理解的是，術語“中心”、“縱向”、“橫向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本專利技術和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本專利技術的限制。此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。在本專利技術的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本專利技術中的具體含義。參照下面的描述和附圖，將清楚本專利技術的實施例的這些和其本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種氣膜冷卻孔出口處熱障涂層放電輔助化學加工掃描方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：根據(jù)氣膜冷卻孔的復合角出口形狀尺寸要求，對所述氣膜冷卻孔的孔口進行模型設計和參數(shù)設置，根據(jù)所述氣膜冷卻孔的孔口進行模型設計和加工掃描參數(shù)設置規(guī)劃掃描軌跡并生成加工數(shù)控代碼；S2：按照所述加工數(shù)控代碼進行掃描，其中，步驟S2進一步包括：S2?A?1：在掃描過程中，通過傳感器實時反饋沖液壓力和流量；S2?A?2：根據(jù)所述反饋沖液壓力和流量以實現(xiàn)伺服控制工具電極進退來保持加工間隙；或S2?A，?1：設定最佳加工間隙；S2?A，?2：根據(jù)所述最佳加工間隙完成第一層掃描加工；S2?A，?3：后續(xù)每個掃描層采用工具電極恒量進給方式且采用每層進給量等于前一層去除深度進行掃描。

【技術特征摘要】
1.一種氣膜冷卻孔出口處熱障涂層放電輔助化學加工掃描方法，其特征在于，包括以下步驟：S1：根據(jù)氣膜冷卻孔的復合角出口形狀尺寸要求，對所述氣膜冷卻孔的孔口進行模型設計和參數(shù)設置，根據(jù)所述氣膜冷卻孔的孔口進行模型設計和加工掃描參數(shù)設置規(guī)劃掃描軌跡并生成加工數(shù)控代碼；S2：按照所述加工數(shù)控代碼進行掃描，其中，步驟S2進一步包括：S2-A-1：在掃描過程中，通過傳感器實時反饋沖液壓力和流量；S2-A-2：根據(jù)所述反饋沖液壓力和流量以實現(xiàn)伺服控制工具電極進退來保持加工間隙；或S2-A，-1：設定最佳加工間隙；S2-A，-2：根據(jù)所述最佳加工間隙完成第一層掃描加工；S2-A，-3：后續(xù)每個掃描層采用工具電極恒量進給方式且采用每層進給量等于前一層去除深度進行掃描。2.根據(jù)權利要求1所述的氣膜冷卻孔出口處熱障涂層放電輔助化學加工掃描方法，其特征在于，步驟S2還包括：S2-B-1：通過孔口側(cè)向邊界掃描軌跡關聯(lián)無損傷的精確能量參數(shù)輸出控制，以避免陶瓷熱障涂層孔口邊界損傷；S2-B-2：采用慢速掃描速度以達到工具電極端部規(guī)則的電解氣泡，以避免掃描速度過快造成氣泡變形引入的過加工和欠加工誤差。3.根據(jù)權利要求1所述的氣膜冷卻孔出口處熱障涂層放電輔助化學加工掃描方法，其特征在于，步驟S2還包括：S2...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：佟浩，何蘇欽，李勇，梁威，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11