1 引言

　　在液體火箭發(fā)動機推力室成形以及產(chǎn)品連接圆存、導管制造中子宵，鈑金件起到了關(guān)鍵作用绪封。航天產(chǎn)品鈑金件與普通鈑金件相比具有品種多延砾、外形復雜占窥、光潔度高、公差要求嚴等特點段辈。而鈑金件成型之前．首先要解決的是鈑金件的外形展開加工唆海。鈑金件外形展開加工通常采用以下方法：畫線銑削、線切割肖喂、等離子切割、氧乙炔火焰切割庆杜、模具沖壓射众、高壓水切割和CO2激光切割。

　　各種切割下料方法都有其優(yōu)缺點晃财。精度叨橱、速度和成本均不同。在工業(yè)生產(chǎn)中有一定的適用范圍断盛。選用一種最便捷適應(yīng)廣的加工方法是目前液體火箭發(fā)動機鈑金零件制造所面臨的任務(wù)罗洗。

　　2 典型鈑金零件工藝方案的選擇

　　2.1 鈑金件的結(jié)構(gòu)特點

　　(1)名稱：導流板。

　　(2)結(jié)構(gòu)特點：加工內(nèi)型面為不規(guī)則曲線輪廓結(jié)構(gòu)．

　　2.2 技術(shù)要求

　　材料為1Crl8Ni9Ti鋼板钢猛，厚度82mm伙菜，內(nèi)輪廓曲率不僅多變而且要做到光滑過度，且尺寸公差最嚴處為35-0.1mm命迈。

　　2.3 工藝分析及工藝方案的選擇

　　根據(jù)上述零件的零件圖及結(jié)構(gòu)特點．有以下幾種加工工藝方案可供選擇：

　　(1)模具沖壓贩绕；

　　(2)電火花線切割；

　　(3)高壓水切割壶愤；

　　(4)激光切割淑倾。

　　2.4 針對下達導流板16件生產(chǎn)任務(wù)進行各種工藝的分析比較

　　2.4.1 模具沖壓

　　因只加工16件。雖然模具能保證內(nèi)輪廓精度要求涮饱，但是加工Φ1孔的陽模壽命短易折斷绸廉，模具本身成本高而且加工周期長，不經(jīng)濟常择。

　　2.4.2 電火花線切割

　　精度以及表面光滑過度均能保證姨痊。但是首先需要加工出穿絲孔．加工速度過于緩慢。不合理(注：線切割加工直線段與激光切割精度及粗糙度相當笆赤。但是如果加工自由曲線或不規(guī)則曲線則精度及粗糙度不如激光切割)哥甲。

　　2.4.3 高壓水切割

　　密封件多盅、切割頭等耗材壽命短，成本高裹耗。

　　2.4.4 激光切割

　　因為其數(shù)控程序是由CAD圖形-幾何位圖-以非均勻有理B樣條曲線為基礎(chǔ)的PLC控制程序同步轉(zhuǎn)化的勤右，不存在人為誤差，再加上精密機床保證痘宋，機械精度理論上誤差在±0.02mm虫甲，由于環(huán)境原因?qū)嶋H上誤差在±0.05mm左右。而且排料可以用軟件來排塌瑞。排料隨心所欲辩块，材料利用率通常≥80％,加工精度荆永、切割面粗糙度废亭、熱影響區(qū)范圍和加工速度均能滿足要求。

　　2.5 結(jié)論

　　在對加工速度具钥、加工精度豆村、生產(chǎn)率、生產(chǎn)成本的綜合考慮下骂删，選擇激光切割加工鈑金零件能獲得滿意結(jié)果掌动。

　　3 激光切割的工藝過程及其參數(shù)分析

　　3.1 激光設(shè)備

　　激光設(shè)備采用Trumpf公司激光沖裁復合加工中心。

　　3.2 激光束參數(shù)

　　激光系統(tǒng)一般由激光器宁玫、激光傳輸系統(tǒng)粗恢、控制系統(tǒng)、運動系統(tǒng)欧瘪、傳感與檢測系統(tǒng)組成眷射，其核心為激光器。

　　激光器為CO2氣體脈沖式激光器佛掖。光束橫截面上光強分布接近高斯分布．具有極好的光束質(zhì)量番恭，主要性能指標如下：

　　激光波長：10.61xm

　　脈沖功率：2.4kW;脈沖寬度；約l0ms

　　功率密度：107W/cm2 恕孙；激光發(fā)散角：1mrad

　　激光功率穩(wěn)定度：2％

　　激光束焦點直徑：Φ0.15-Φ0.30

　　經(jīng)實踐驗證坠诈，激光沖裁復合加工中心CO2激光切割加工δ0.5mm-δ6mm板材的工藝特點及相關(guān)參數(shù)是：

　　(1)切口寬度窄(一般為0.15-0.30mm)、精度高(一般孔中心距誤差為0.01-0.05mm帘缤，輪廓尺寸誤差為0.05-0.2mm)扯氯、切口表面粗糙度好(一般Rz為1.6-6.41μm)，切縫一般不需要再加工即可焊接憋屑。

　　(2)采用2kW激光功率烟内，6mm厚不銹鋼的切割速度為1.2m/min；δ2mm厚不銹鋼的切割速度為3.6m/min，熱影響區(qū)微小面旋，變形極小摇龟。以上優(yōu)點足以證明：CO2激光切割成為發(fā)展迅速的一種先進加工方法。

　　3.3 工藝過程及工藝參數(shù)

　　3.3.1 數(shù)控編制切割工藝

　　用Trumpf公司激光沖裁復合加工中心附帶的TOPS300工藝編程軟件進行數(shù)控編程吟沮，同時完成材料的下料尺寸計算遮乾、排樣、工藝參數(shù)設(shè)定刹勃。過程如下：

　　(1)繪圖及圖形類型的轉(zhuǎn)換(要求零件外輪廓閉合)堪侯；

　　(2)確定材料、尺寸和零件排樣荔仁；

　　(3)使用激光切割：圓角工藝(獲得銳邊倒鈍)或回路工藝(獲得銳角)伍宦；自動載入氣體類型、切割速度乏梁，并設(shè)置退料次洼；

　　(4)加工順序優(yōu)化，生成數(shù)控加工程序遇骑，傳輸程序卖毁；

　　3.3.2 切割穿孔技術(shù)

　　對于δ0.5mm-δ6mm厚的板材．大多數(shù)熱切割技術(shù)都必須在板上穿一小孔。激光沖壓復合機上是用沖頭先沖出一孔质蕉。然后再用激光從小孑L處開始切割势篡。對于沒有沖壓裝置的激光切割機一般用脈沖穿孔的基本方法——脈沖穿孔：金屬對10.6um激光束的起始吸收率只有0.5％～10％翩肌。當功率密度超過106W/cm2的聚焦激光束照射到金屬表面時模暗。卻能在微秒級的時間內(nèi)很快使表面開始熔化。常用空氣或氮氣作為輔助氣體念祭，每個脈沖激光只產(chǎn)生小的微粒噴射沽票。逐步深入，因此厚板穿孑L時間需要幾秒鐘裙系。一旦穿孔完成憋考，立即將輔助氣體換成氧氣進行切割。(注：產(chǎn)生高峰值功率脈沖激光的元氣件電子管壽命約20000小時,價格昂貴,對δ≤3薄板最好采用預(yù)沖孔工藝眼膊，δ≥3的板料才采用脈沖穿孔工藝)绪樊。

　　3.3.3 噴嘴及氣流控制

　　激光切割鋼材時，氧氣和聚焦的激光束是通過噴嘴射到被切材料處舆鸿。從而形成一個氣流束藐篡。對氣流的基本要求是進入切口的氣流量要大，速度要高翰发，以便足夠的氧化使切口材料充分進行放熱反應(yīng)辑剿，同時又有足夠的動量將熔融材料噴射吹出。目前激光切割用的噴嘴采用一錐形孔帶端部小圓孔的結(jié)構(gòu)．在使用時從噴嘴側(cè)面通入一定壓力。材質(zhì)為純銅坚浩，體積較小赋遇，是易損零件。

　　3.3.4 激光切割的主要工藝

　　(1)升華切割

　　在高功率密度激光束的加熱下绵估。δ0.5mm～δ6mm板材的表面溫度會迅速升至沸點溫度炎疆。部分材料汽化成蒸汽消失，部分材料作為噴出物從切縫底部被輔助氣流吹走壹士。切割氣體一般用氮氣或氬氣磷雇。

　　(2)高壓氣聚焦熔化切割

　　當入射的激光束功率密度超過某一值后．光束照射點處材料內(nèi)部開始蒸發(fā)，形成孔洞躏救。它將作為黑體吸收所有的入射光束能量唯笙。小孔被熔化物質(zhì)所包圍。然后．與光束同軸的輔助氣流把孔洞周圍的熔融材料帶走盒使。隨著工件移動崩掘，小孔按切割方向同步橫移形成一條切縫。切割氣體一般用氮氣少办。

　　(3)火焰氧化熔化切割

　　熔化切割一般使用惰性氣體苞慢，如果代之以氧氣或其它活性氣體。材料在激光束的照射下與氧氣發(fā)生激烈的化學反應(yīng)而產(chǎn)生另一熱源英妓，稱為氧化熔化切割挽放。切割氣體一般用氧氣。

　　3.3.5 激光切割氣體的消耗

　　對于δ0.5mm-δ6mm的同一種料厚的板料呈篱，單位時間內(nèi)從噴嘴噴出氧氣氣體體積隨著使用壓力提高而提高质脐，對于不同料厚的板料，在同一壓力下單位時間內(nèi)從噴嘴噴出氣體體積增量與料厚增量的平方成正比臣塑。

　　對于δ0.5mm-δ6mm的同一種料厚的板料嗜谎，單位時間內(nèi)從噴嘴噴出氮氣氣體體積隨著使用壓力的提高而提高，對于不同料厚的板料．在同一壓力下單位時間內(nèi)從噴嘴噴出氣體體積增量與料厚增量的平方成正比特干。由于氮氣壓力在6bar以上才對切割起到有效作用早知。所以氣體消耗量大。

　　3.3.6 常用工程材料的激光切割

　　(1)碳鋼

　　切割碳鋼使用純氧作為輔助氣體涨剧。本激光加工中心可以切割碳鋼板的最大厚度可達8mm南砰，對厚板其切縫為0.3mm。對薄板其切縫可窄至0.2mm左右樊淑。

　　(2)不銹鋼

　　切割不銹鋼使用高壓氮氣作為輔助氣體涨拣。本激光加工中心可以切割不銹鋼板的最大厚度可達6mm，對利用不銹鋼及S-06薄板作為主構(gòu)件來說是個有效的加工工具丽示。切邊熱影響區(qū)很小卫漫，能有效保持此類材料的良好耐腐蝕性菲饼。

　　(3)鋁及鋁合金

　　切割鋁使用高壓氮氣作為輔助氣體。鋁切割屬于熔化切割機制列赎，由于鋁對激光的反射率較高宏悦。只可以對較薄的鋁板材進行切割。本激光加工中心所切割的鋁合金厚度δ<4mm包吝。所用輔助氣體主要用于從切割區(qū)吹走熔融產(chǎn)物饼煞。通常可獲得較好的切面質(zhì)量诗越。

　　(4)銅及銅合金

　　純銅(紫銅)由于反射率太高砖瞧，基本上不能用CO2激光束切割。

　　(5)鎳基合金

　　鎳基合金也稱超級合金嚷狞，品種很多块促。其中對GHll3l、GHll40已做過工藝試驗床未，成功實施激光切割而且斷面質(zhì)量良好竭翠。

　　4 結(jié)論

　　(1)采用激光切割，切割出的零件外形尺寸薇搁，精度祠劣、粗糙度、熱影響區(qū)都完全符合設(shè)計要求挺皆，加工效率高且不需要模具耗萝。激光切割作為一種成熟的加工手段對薄板型零件的生產(chǎn)有很大的發(fā)展空間。

　　(2)繪圖的準確性與首件切割完之后的調(diào)試工作非常重要否因。通過工藝編制前調(diào)試掌握激光加工偏差舆佩。

　　(3)坯料的材料均勻度及雜質(zhì)對加工出來的。

　　產(chǎn)品影響較大万杉。激光加工粗糙度袖况、切割速度抗躺、氣體消耗量與料厚的關(guān)系為：切面粗糙度與料厚成正比奸冶，切割速度與料厚大致成反比，耗氣量與料厚增量的平方成正比蛀篓。

聲明：本網(wǎng)站所收集的部分公開資料來源于互聯(lián)網(wǎng)卢历，轉(zhuǎn)載的目的在于傳遞更多信息及用于網(wǎng)絡(luò)分享，并不代表本站贊同其觀點和對其真實性負責丸爵，也不構(gòu)成任何其他建議蜒秤。本站部分作品是由網(wǎng)友自主投稿和發(fā)布、編輯整理上傳亚斋，對此類作品本站僅提供交流平臺作媚，不為其版權(quán)負責攘滩。如果您發(fā)現(xiàn)網(wǎng)站上所用視頻、圖片纸泡、文字如涉及作品版權(quán)問題漂问，請第一時間告知，我們將根據(jù)您提供的證明材料確認版權(quán)并按國家標準支付稿酬或立即刪除內(nèi)容女揭，以保證您的權(quán)益蚤假！聯(lián)系電話：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。