揭秘激光微射流加工：航空结构加工新利器(4)

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西诺瓦公司的LCS系列机床可以精密加工小型金属，LCS 300的最大工作范围为300毫米×300毫米，而牧野机床与西诺瓦公司联合开发的五轴MCS 500可达500毫米×400毫米，MCS系列补充了牧野机床自己的铣削和电火花加工（EDM）产品线。牧野机床正在营销所谓的“混合加工单元”，包括MCS 500和牧野EDBV的电火花加工钻孔机床，专门用于钻削铸造涡轮叶片中的冷却孔和具有中空内部的导向叶片部件，可使用户能够钻出一个具有最佳成果的完整叶片，包括非视距孔的钻孔。

这些涡轮叶片和导流叶片通常涂有陶瓷隔热层，以帮助抵御高温。但是，这些涂层不导电，而电火花加工仅适用于导电材料。因此，制造商通常在涂覆涂层之前对孔进行电火花加工钻孔。更麻烦的是，现在冷却孔变得越来越复杂，设计者越来越多地采用具有锥形、方形或其他非圆形开口的扩散器孔，这些开口并不总是以外部扩散器形状为中心。仅使用电火花加工，制造商通常选择加工出大于规格的这些特征以适应涂层的厚度，其中一些特征可能需要在之后手动移除。具有在机床之间传输数据功能的自动化混合加工单元简化了该过程。初始涂层渗透和扩散器形状的加工可以通过激光水射流进行，同时将大部分孔留给电火花加工。

如果一个孔足够浅，激光水射流完全能够加工整个几何形状，并且它可能比电火花加工更快。然而，在一定深度，水流开始分解，电火花加工变得更快，并且是唯一选择。EDBV机床也具有其他优点，例如它的发电机具有动态反馈电路，感知管式电极的位置并根据需要增加进给以使“空气切削”最小化，特别是在高接合角度时。机床还可以感知电极何时在一秒或0.04英寸（约1毫米）深度内突破内腔以保持速度，同时防止可能会扰乱气流的电火花回击。牧野机床的专用弯曲导轨还有助于加工非视距涡轮发动机孔特征的功能。因此，两种工艺在这些应用中都占有一席之地，并且由制造商决定哪种钻孔最适合任何给定的工作。将两者结合在一个单元中可以使两个过程的工作负荷平衡，从而将质量和生产率提高到超出任何一个孤立系统的水平。

激光在航空制造中占有越来越重要的地位，激光水射流工艺进一步说明了这一点。激光水射流能够提升陶瓷基复合材料和碳纤维复合材料的加工效率与成品质量。由于层压纤维结构的存在，比起金属切削或钻孔中经常存在的毛刺，加工这些复合材料的热影响往往可能会造成更加复杂的分层和缺陷。在碳纤维-钛合金叠层钻孔方面，轨道加工已经大面积应用，现在在CMC和CFRP钻孔方面，激光水射流也登上了舞台，相信随着航空复合材料应用的继续扩大，今后类似的创新工艺还将不断涌现以颠覆现有的以面向金属加工为主开发的传统工艺。

来源:中国航空报作者:中国航空报

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