激光切割通常是在水平面上或略帶小角度傾角的板材上進(jìn)行的，但在大角度斜面上進(jìn)行切割國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)報(bào)道。圖1是汽輪機(jī)斜圍帶形孔型腔示意圖。材料厚度6mm，整個(gè)圓臺(tái)面上約有60個(gè)型孔，圓臺(tái)大于Æ 3000mm。要求加工后各孔的間距誤差不超過(guò)± 0.05mm，節(jié)距累積總誤差不超過(guò)0.5mm；傾角a=31°，b=0.5°，q=41.37°，這三個(gè)角度的誤差要求都不小于 ± 0.005°, 要求型腔表面光滑。過(guò)去一起采用線(xiàn)切割進(jìn)行加工，生產(chǎn)效率低，工作量大，無(wú)法保證生產(chǎn)周期。因此，研究了用激光切割替代常規(guī)線(xiàn)切割加工方法，滿(mǎn)足批生產(chǎn)需要。
(1) 為實(shí)現(xiàn)總傾角31.5°的斜面切割，需制作圖2的高精度切割工裝，工裝節(jié)距定位孔距的尺寸公差控制在±0.01mm以?xún)?nèi)，圍帶采用分段加工后組焊，解決了整圈斜圍帶超過(guò)Æ 3000mm。無(wú)法加工的難題。
(2) 調(diào)整好激光加工參數(shù)耦合，在激光功率P = 1260W，切割速度v = 1.4m/min，普通氧氣(純度99.8%)作為輔助氣體，氣體壓力為0.08MPa時(shí)，可實(shí)現(xiàn)大角度斜面激光切割，切縫寬度約為0.18mm。
(3) 激光頭噴嘴離工件的距離變化和入焦量對(duì)切口質(zhì)量有重要影響，噴嘴離工件太遠(yuǎn)將使切縫加寬，粗糙度提高，距離太近噴嘴很容易與工件發(fā)生碰撞。距離控制在離工件0.5～0.8mm之間，切割后的型腔表面質(zhì)量較好。入焦量(即激光焦點(diǎn)在工件內(nèi)部的位置)約1mm，可保證切口平整，切縫入口處不出現(xiàn)倒角，獲得良好的表面加工質(zhì)量。
(4) 由于是三維空間閉合曲面加工，在加工程序制作上，既要考慮型面建模的精度，又要考慮程序直線(xiàn)插補(bǔ)步長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)表明直線(xiàn)插補(bǔ)步長(zhǎng)取0.02mm，效果較好。
經(jīng)萬(wàn)余個(gè)型孔加工批量生產(chǎn)表明，采用激光在大角度斜面上進(jìn)行切割加工是可行的，只要激光參數(shù)耦合性合理，并控制好噴嘴離工件的距離、入焦量、程序直線(xiàn)插補(bǔ)步長(zhǎng)，可實(shí)現(xiàn)31.5° 斜面，板厚6mm工件的精度加工，型孔加工后粗糙度達(dá)Ra 3.2mm。單個(gè)型孔從原來(lái)線(xiàn)切割加工時(shí)間為90min，減少到激光加工的34s，加工效率提高百余倍。
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