當今渦輪發(fā)動機部件異型孔的激光加工成了最熱門的主題，無論航空發(fā)動機還是陸基渦輪機制造企業(yè)及其供應(yīng)商都對此領(lǐng)域表現(xiàn)出了極大興趣，他們往往提出不同的異型孔的形狀，但受制于技術(shù)、經(jīng)驗或是工業(yè)設(shè)備水平的限制，要想得到理想的孔形非常困難。

大家對加工異型孔很感興趣的原因很簡單：異型孔能對渦輪部件提供更好的冷卻效果。良好的設(shè)計可以采用更少的孔達到更好的冷卻效果，減少孔的數(shù)量意味著縮短了加工周期、降低了成本、減少了氣體消耗。應(yīng)用到實際上，就能提高發(fā)動機的效率，降低發(fā)動機的成本。由于速度優(yōu)勢、靈活的加工方法及可加工覆蓋隔熱涂層（TCB）零件的能力，使用激光加工異型孔成為了熱點。

型孔的使用很早就有資料記載，已在發(fā)動機的熱段組件上有效使用多年。一些發(fā)動機部件生產(chǎn)商采用傳統(tǒng)的電火花技術(shù)（EDM）來加工這些孔，另一些采用激光技術(shù)，而選用其中某種加工技術(shù)的主要考慮是加工成本和靈活性。激光加工不僅快速而且更為靈活，如果綜合考慮所有因素，激光加工也更節(jié)省成本。

激光加工技術(shù)與EDM加工技術(shù)

為了比較激光及電火花型孔加工技術(shù)，我們先來了解一下用于描述型孔的兩個模型：擴散段和直流段，如圖2。

“擴散段”可看作型孔的“形狀”部分，位于型孔的出氣口處，用來噴射氣流，以在零件的表面形成一層氣膜。如何設(shè)計擴散段的形狀不在本文所述之列。多年來設(shè)計工程師已設(shè)計了多種不同形狀的孔。衡量一個孔是否與其它孔不同，取決于孔的角度及其位置，形狀各異的孔往往由這兩個因素產(chǎn)生。

 “直流段”指的是圓柱形部分，這部分由直接穿孔或激光環(huán)切而成。對渦輪發(fā)動機零部件而言，其孔直徑一般在 0.010 英寸（0.25 毫米）至 0.035 英寸（0.89 毫米）之間。在使用LASERDYNE 激光打孔系統(tǒng)的客戶那里，我們發(fā)現(xiàn)了一個有趣的現(xiàn)象，那就是加工的型孔直流段長度并沒有完全按照標定要求，參考以下事例。

案例1： 在上世紀90年代初期，Pratt & Whitney（P&W）公司遇到了一個冷卻孔的問題。冷卻孔采用激光加工，加工的也非常完美，但在發(fā)動機實際使用中卻碰到了氣流阻塞現(xiàn)象，且氣流使用效率非常低。在P&W 公司的諾斯黑文工廠，一個由Dave Pepe領(lǐng)導(dǎo)的小組開發(fā)了一套雙重激光加工工藝，在零件表面處，沿初始冷卻孔角度擴大了該孔的一小段直徑。盡管這種最初的“擴散段”和后來的型孔設(shè)計有很大不同，但大大降低了加工成本，僅需在激光打孔設(shè)備上進行簡單的操作。這種工藝獲得了極大的成功，并被推廣至該公司其它幾個加工廠，Dave Pepe 和Pratt & Whitney公司并將此工藝申請了專利，時至今日，這種工藝仍然還在使用。

案例2：在上世紀80年代后期，英國的Vickers Precision 公司使用激光打孔機代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電火花加工設(shè)備，用來加工指定形狀的型孔擴散段和直流段。Vickers 公司找到普瑞瑪北美公司需求幫助，普瑞瑪北美公司提供了一套LASERDYNE 780 BeamDirector 系統(tǒng)，并配備傳統(tǒng)的“諧振腔”Nd:YAG 激光器，其靈活的加工特性、簡易的編程處理對這個項目的成功起到了至關(guān)重要的作用。在這套設(shè)備上，我們開發(fā)了一套完整的激光打孔工藝，縮短了加工周期，降低了加工成本。這種工藝的一個局限是要求孔必須“通視”，這是由于我們采用了“諧振腔”式Nd:YAG 激光器并采用穿孔加工工藝的結(jié)果。盡管孔的形狀有所限制，但這種工藝仍然是非常成功的，并一直沿用至今。

結(jié)論

型孔激光加工技術(shù)在過去已被證明是一種行之有效的方法，在將來會有更為廣泛的應(yīng)用。激光器設(shè)計及編程技術(shù)的發(fā)展使得激光系統(tǒng)變得更有吸引力，但仍需我們的工程師們投入更大的精力去研究和發(fā)展激光系統(tǒng)。