LAI公司利用各種非常規(guī)的加工工藝幻捏，可以在一系列難加工材料上加工出精確的孔。事實(shí)上，精密孔加工已經(jīng)成為該公司特色業(yè)務(wù)之一故弟。

LAI總部設(shè)在亞利桑那州蘸腾，在美國(guó)擁有四個(gè)生產(chǎn)廠，LAI擅長(zhǎng)運(yùn)用高速電火花又蝌、激光和水刀來(lái)加工航空航天和發(fā)電渦輪機(jī)部件的復(fù)雜異形冷卻孔鸟焊。這些組件通常是由鎳鉻合金、哈氏合金等棘手的高溫合金制成场致，能承受渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)所產(chǎn)生的高溫藕龄。

核心競(jìng)爭(zhēng)力

LAI是航空航天、發(fā)電籍投、國(guó)防削蕊、醫(yī)療和電子工業(yè)行業(yè)的精密部件和組件方面領(lǐng)先的制造商。公司于1979年在馬里蘭州成立圣烤，現(xiàn)在其東部工廠就在離此不遠(yuǎn)的威斯敏斯特元丈。1994年，LAI在明尼蘇達(dá)州的明尼阿波利斯建立了一個(gè)工廠共胎，專門從事精密水刀加工凛未。2007年，公司收購(gòu)了緬因州士嘉堡的制造商Rich公司轧葛，這個(gè)公司擁有一系列常規(guī)和非常規(guī)加工能力搂抒，包括激光加工和高速電火花穿孔。該公司最近還合并了其兩個(gè)西南地區(qū)的工廠建立了新的坦佩總部尿扯，提供激光和水刀加工求晶。

LAI的三種非常規(guī)工藝分布在該公司的四家工廠。在孔加工方面衷笋，他們主要加工航空航天和陸基渦輪部件芳杏，如一級(jí)噴嘴、葉片辟宗、葉盤爵赵、隔熱罩和葉翼，往往需要大量特殊幾何形狀的孔泊脐，以滿足特定的流量要求空幻。

圖1 LAI公司開發(fā)的水刀工藝可以執(zhí)行離軸高精度孔加工及其他業(yè)務(wù)

由于具有多項(xiàng)非常規(guī)鉆孔加工的專長(zhǎng)，LAI能確定制孔作業(yè)的最佳工藝容客。而材料往往決定工藝的選擇秕铛。

例如，高速放電加工鉆孔可用于導(dǎo)電材料蛙途，但不能用于非導(dǎo)電材料或有熱障涂層的材料讯完，這些材料必須用激光或水刀來(lái)加工两漫。被加工部件的設(shè)計(jì)功能也要考慮。有些組件要求孔的大小和間距有具體嚴(yán)格的公差于扳。而在其他情況下宅集，孔還是先進(jìn)的冷卻系統(tǒng)的一部分，從而整體流速分布比保持孔尺寸的精密可重復(fù)性更重要炸穿。

孔的表面光潔度常常比尺寸更重要盒咪，因?yàn)樗兄诖_保層流保持在整個(gè)冷卻系統(tǒng)。對(duì)于這些應(yīng)用勘春，LAI公司已為打孔建立了一套“drill-to-flow”的工作方式，其中包括組件在加工中及加工后的流量臺(tái)測(cè)試右婚，以確保無(wú)論它們是用什么方法加工出來(lái)的刹埋，都將提供用戶所指定的流量。

水刀打孔

雖然許多廠商使用加砂水刀用于附加工序的粗切削或準(zhǔn)備工作耍才，但LAI的水刀工藝卻能夠做精密孔加工及其他工作这敬。其水刀加工的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，不會(huì)有激光加工所產(chǎn)生的熱影響區(qū)蕉朵。不像激光加工崔涂，需要后續(xù)精加工以除去部件上的再鑄材料層。另外始衅，它也能鉆透相對(duì)厚的材料冷蚂，與激光加工可以相媲美。

圖2 “drill-to-flow”打孔方式能夠做出復(fù)雜孔的形狀汛闸，以使該組件滿足特定的流率要求

LAI在明尼阿波利斯水刀生產(chǎn)廠設(shè)有水射流研究開發(fā)中心蝙茶。經(jīng)過(guò)12年的努力，該中心已經(jīng)開發(fā)出公司的“drill-to-flow”水刀工藝诸老，做直徑小至0.018in（1in=25.4mm）的高精度異形孔隆夯。戰(zhàn)略市場(chǎng)和產(chǎn)品副總裁Darcy Dodge說(shuō)，LAI采用的水刀設(shè)備一半是購(gòu)置的别伏，一半是自己研發(fā)的技術(shù)蹄衷，后者擁有處于保密狀態(tài)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。該技術(shù)用不同的研磨介質(zhì)和噴射壓力厘肮，并進(jìn)行設(shè)備改造獲得有效創(chuàng)造復(fù)雜孔所需要的運(yùn)動(dòng)愧口、速度和編程類型。

LAI公司大部分的水刀設(shè)備提供五軸運(yùn)動(dòng)闺酬，在渦輪機(jī)和其他組件上打出斜孔哟口。孔的角度為90°瑟捡、25°~30°不等棠雌。有些機(jī)床有加工如渦輪葉片等圓形工件的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)萨羽，或6ft×20ft（1ft=304.8mm）的大容量床身，可以容納多個(gè)組件進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間無(wú)人操作旬城。水切割機(jī)床通掣凭叮可以做到±0.001in的直徑公差，這些都有賴于LAI的工藝技術(shù)和嚴(yán)格執(zhí)行的預(yù)防性維護(hù)計(jì)劃卒赖。

水切割加工同時(shí)要做的是流量測(cè)試（同樣的還有激光和高速電火花加工鉆孔）踊嘲。在某些情況下，流量公差要求極高睡清，以至于組件有可能在完工之前便因?yàn)榱髁繙y(cè)試不過(guò)關(guān)而被淘汰疏菩。公司使用每個(gè)組件一臺(tái)驗(yàn)證主機(jī)校準(zhǔn)流量工作臺(tái)，以確保氣壓變化不會(huì)對(duì)工作臺(tái)上的讀數(shù)產(chǎn)生不利影響刨仑。在流量測(cè)試之前郑诺，所有的孔都要進(jìn)行針規(guī)測(cè)量，以確鄙嘉洌孔不被堵塞辙诞。此外，一些客戶還要求對(duì)他們提出的孔的尺寸公差進(jìn)行針規(guī)測(cè)量轻抱。

圖3 LAI公司用環(huán)鉆飞涂、沖擊鉆和飛行鉆激光技術(shù)加工一些要求高的孔

激光打孔

激光加工是在該公司在士嘉堡、坦佩和威斯敏斯特的工廠進(jìn)行的祈搜。有些機(jī)床是5軸的较店，而另一些機(jī)床則結(jié)合傾斜頭和回轉(zhuǎn)工作臺(tái)，可做6軸加工夭问。公司有CO2和Nd:YAG激光器泽西，雖然Nd:YAG激光器更常用于加工高溫合金，因?yàn)樗麄兲峁└叻逯得}沖功率缰趋，產(chǎn)生重鑄層也較少捧杉，所以做鉆小孔作業(yè)特別有效。它也有可能有效地把脈沖穿過(guò)熱障涂層桶辉，因?yàn)槠涔β拭芏雀吣夹停苎杆贊B透涂層，同時(shí)防止開裂杠尘。

LAI公司用環(huán)鉆哀揽、沖擊鉆和飛行鉆的激光加工技術(shù)打孔。這些工藝鉆的孔徑范圍為0.006~24in酗裕。環(huán)鉆時(shí)工件保持靜止睬肮，而激光束則移動(dòng)生成一個(gè)圓形或其他形狀的外圍輪廓。與此相反弥禀，沖擊鉆從激光器發(fā)出一個(gè)或多個(gè)脈沖匣诉，而激光束和工件均保持靜止诡岂。脈沖的數(shù)量取決于材料的類型和厚度，而打出的孔徑與激光束的直徑相同曾瞪。

飛行鉆是沖擊鉆的一個(gè)變型登鄙，激光脈沖從靜止的激光器發(fā)出而工件則旋轉(zhuǎn)或直線移動(dòng)。當(dāng)打每個(gè)孔需要多個(gè)脈沖時(shí)掰儿，激光的軟件會(huì)同步工件與激光脈沖的移動(dòng)骤公，確保脈沖每次反復(fù)擊中相同的位置。此工藝可以達(dá)到±0.001in的孔徑精度扬跋。通過(guò)改變激光脈沖的能量阶捆、脈沖數(shù)或透鏡的焦距，可以控制孔的尺寸和錐度钦听，以滿足該組件的要求趁猴。

飛行鉆的成功是因?yàn)橛辛思す馄鞯淖詣?dòng)對(duì)焦控制（AFC）功能。該功能涉及“映射”工件表面彪见，以確定工件待鉆區(qū)域的實(shí)際形狀。映射得到的數(shù)據(jù)用于數(shù)控以定位聚焦透鏡娱挨，這樣余指，在鉆孔的過(guò)程中無(wú)論何種表面質(zhì)量都能保持正確的激光束焦點(diǎn)位置。

圖4 用這些工藝能鉆出直徑范圍為0.006~24in的孔

高速電火花打孔

士嘉堡工廠有七臺(tái)高速6軸電火花打孔機(jī)跷坝。高速電火花打孔比傳統(tǒng)的電火花加工有更快的鉆孔速度酵镜，特別適用于高溫合金和單晶合金，后者是LAI公司的一個(gè)重要客戶為做單級(jí)噴嘴指定的材料柴钻。

高速電火花打孔使用由銅或黃銅做的空心電極淮韭。高速鉆孔過(guò)程中，電極燃燒的同時(shí)以3000r/min的速度旋轉(zhuǎn)淫蜕，并且電介質(zhì)是通過(guò)電極芯輸送恐氓，能提供有效的沖洗。旋轉(zhuǎn)也最大限度地減少了電極漂移肩检，能鉆彎曲或傾斜的表面叛剩。另外，鉆孔深度達(dá)2in時(shí)還能精確地保持直徑穩(wěn)定泉疆。而常規(guī)的電火花成型機(jī)和數(shù)控加工中心鉆孔時(shí)派料，由于電極或刀具不垂直于工件表面，通常都會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)滑攘。

電火花鉆孔的速度在很大程度上取決于所用電極的大小腊匆。孔的深度接近1~2in時(shí)鉆孔的速度會(huì)減慢超璧，因?yàn)樯钐幍臎_洗變得不那么有效隙趣。另外卖织，也可以通過(guò)使用探測(cè)周期來(lái)計(jì)算電極的磨損和所去除的工件材料量，鉆盲孔并锪到規(guī)定的深度港遇。這些探測(cè)周期能確定達(dá)到規(guī)定深度所需用時(shí)楞艾。

四臺(tái)機(jī)器配置在兩個(gè)操作員照看的一個(gè)特定的加工單元里。這些機(jī)器的X龄广、Y硫眯、Z行程分別為60in、30in择同、30in两入，這是很重要的，因?yàn)榧庸卧羞\(yùn)行的組件比其他類似的大敲才。LAI公司還建立了自己的電火花導(dǎo)向器裹纳，使電極能進(jìn)入噴嘴的深層區(qū)域。

這些機(jī)器還配備了24站換刀器紧武，使用帶有雙位終端操縱器的FANUC LR伴侶機(jī)器人剃氧，可更換18個(gè)電極和6個(gè)導(dǎo)向器。該加工單元還具有離線電極試驗(yàn)區(qū)阻星，操作員可以測(cè)試支架朋鞍、導(dǎo)向器和電極組件，以確保電介質(zhì)無(wú)障礙通過(guò)電極組件妥箕。

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