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我国航空航天复杂构件激光精细制造不断突破

来源:中国航空报

  发布:cici

关键词:激光精密制造 航空航天

2018-06-29

 

 

激光精细加工技术在航空航天复杂构件制造中有着不可替代的作用,在传统制造工艺无法满足的复杂构件微细加工中,如薄膜材料、硬脆材料和超合金材料的表面加工、修理、刻型、打孔、完整性标印等,先进激光制造技术因其在非接触加工、材料普适性等方面的显著优势,成为复杂构件表面精细制造的唯一选择。因此,国内外极力发展航空航天构件精细激光制造技术,以保证其在航空航天领域的国际领先地位。然而我国目前的激光精细制造技术还落后于欧美,因此需要大幅度提高我国航空航天领域的复杂构件激光制造能力和水平,突破国外技术封锁,提升我国航空航天产业和国防装备的国际竞争力。

西安交通大学长江学者梅雪松教授带领的激光精密制造与智能机器人团队,面向航天复杂曲面的结构功能一体化部件大尺寸表面功能图案精细制造、航空发动机热端部件功能图案表面完整性制造、航空发动机陶瓷型芯/叶片修理及功能结构复合制造等6类典型复杂构件的需求,结合团队在激光加工工艺开发、自动化装备制造、光机电协同控制等方面的研究优势,自主开发了6类复杂构件表面激光精细制造工艺与系列装备,将填补我国在航空航天制造领域的多项空白。

团队成员探索激光参量及光束扫描特性对典型材料的作用机制科学问题,采用理论研究与实验研究相结合的方法开展了激光束路径规划及高速扫描、装备在线监测与补偿、特征三维检测与识别、光机电协同控制等关键技术的研究,并对激光多元参量调控机制展开深入研究。另外还研究了光束扫描特性控制策略的方法,发现了典型材料光致特性变化规律及其与激光作用机理、去除等结论,取得了以下代表性创新成果:

目前已完成所有专用激光工艺开发:针对航天石英材料表面图案制造,完成三维模型建立、精细加工工艺参数研究,进行了平面大面积加工实验,可满足项目要求;针对航天器薄膜材料表面图案制造,确定最优加工方式为线光斑定点刻蚀;针对航空发动机热端部件激光标印,确定采用飞秒激光打孔标印,可实现100%识别;针对航空发动机叶片陶瓷型芯激光修理,确定采用高重频皮秒超快激光,得到毛刺飞边激光修理参数;针对航空发动机陶瓷复合材料飞秒激光加工,得到了高质量微槽激光加工方案,微槽尺寸一致性明显提高;得到了无重铸层气膜孔高效加工工艺,可实现涡轮叶片整体气膜孔加工。

在专用激光制造装备制造方面,目前已完成典型构件图案皮秒激光精细制造装备制造,正在进行设备联调;飞秒激光表面完整性标印装备、航空发动机叶片陶瓷型芯皮秒激光修理装备、航空发动机复合材料热端部件飞秒激光修型装备均已完成整机结构设计,正在进行零部件生产与组装中;涡轮叶片气膜孔激光复合加工装备已完成研制和示范应用,已交付用户。

上述系列激光制造技术与装备的自主开发将解决我国航空航天构件表面高品质制造技术瓶颈,突破国外技术封锁,为我国新型航天器、航空发动机的研制提供关键制造技术。