飞秒激光加工镍基合金无锥度微孔试验研究(封面文章·特邀)

随着我国航空航天事业的不断发展,镍基合金等耐高温材料和气膜冷却技术逐渐应用于航空发动机的热端部件中,对航空发动机热端部件气膜孔的制造要求也日益提高,电火花和电化学等传统加工方法已无法满足在镍基合金上加工高质量微孔的制造要求。而飞秒超快激光由于其精密、低损伤、冷加工的特点,越来越契合镍基合金微孔的加工需求,但是在加工大深径比微孔时出现的热缺陷、锥度不足等问题仍然需要克服。针对镍基合金材料深微孔加工难题,基于倾斜工件旋转钻孔的激光加工工艺,首先阐述了加工方法和试验原理,然后在镍基合金材料上开展了无锥度单孔加工试验,采用控制变量法探究了激光离焦量、激光重复频率、激光扫描半径和激光光轴偏移量对单孔形貌的影响规律,在2 mm厚度镍基合金上实现了无锥度的高质量单孔加工。为了解决较厚材料的大深径比无锥度微孔加工问题,在倾斜工件旋转钻孔的基础上进行了工艺优化,采用钻孔、扩孔、修孔三道工序,并增加了旁轴吹气辅助工艺,从而在6 mm厚度镍基合金上实现了锥度为0.14°的深微孔加工。

飞秒激光加工光纤法布里-珀罗温度传感器微槽实验研究(特邀)

光纤温度传感器相较于传统光学功能器件具有损耗小、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀等优点,其中的光纤法布里-珀罗传感器更因其结构简单紧凑、稳定性好、易于制造受到广泛关注。光纤法布里-珀罗传感器功能结构的传统加工工艺存在工艺复杂、加工效率低下、热影响区严重等问题。光纤作为纤细透明的脆性材料,激光作为非接触的加工方式和微米尺度的聚焦光斑可以有效避免机械性破坏同时可以实现多样性的加工,已经广泛应用于光纤温度传感器的加工。目前,激光加工依然存在纤芯区域粗糙度高、平行度低、加工质量较差等难题。为了确保激光加工的法布里-珀罗腔能够满足传感性能要求,文中进行了飞秒激光加工法布里-珀罗腔的工艺实验研究,得到了不同激光参数、扫描路径对加工法布里-珀罗空气腔的影响规律,发现采用往复式扫描方式并在激光功率选用10 mW、扫描速度100μm/s、扫描间隔4μm、扫描分五次逐次向下进给5μm的工艺参数组合后,可以加工出两反射面接近平行(87.95°),侧壁光滑、面粗糙度稳定在2~4μm的良好形貌法布里-珀罗腔。加工了5种不同腔长的光纤中,腔长为80μm的传感器性能最优为21.07 pm/℃。将腔长为80μm的传感器封装在3种金属管中进行测试,结果证明激光加工光纤法布里-珀罗温度传感器的质量得到了进一步优化,性能进一步提升。但不同的封装材料会较大影响传感器的探测效果,结果发现封装材料的热膨胀系数越大,温度传感器的响应特性越好。

激光加工气膜孔重铸层的研究进展

气膜冷却孔是航空发动机涡轮叶片上的重要冷却结构,激光可以在涡轮复杂曲面上制备出高精度气膜孔。激光作用过程中产生的重铸层会降低气膜冷却效果。虽然超快激光通常视为“冷”加工,但大功率高重频的超快激光也会出现热损伤。激光加工气膜孔技术的重点是多方面的,重铸层形成机理及其抑制方法是激光加工气膜孔技术的重点之一。目前对激光加工气膜孔重铸层的研究集中于加工参数的影响。激光加工气膜孔重铸层的研究已经取得了一定的成果,但是尚未解决重铸层形成机理问题。从重铸层的金相组织、元素组成等方面对重铸层进行表征分析是一种可能的研究方向,介绍激光加工气膜孔的加工原理与现状,并对激光加工微孔时重铸层的相关研究进行综述,总结了目前关于重铸层形成机理的相关理论研究。

火箭发动机涡轮泵轴电解扩孔加工技术

某型液体火箭发动机涡轮泵轴内腔采用台阶式深长孔结构,需将长度424 mm的深孔直径由φ71.8 mm扩孔至φ89 mm,采用常规机械加工,存在刀具易振颤、散热条件差等难题,加工难度极大,成本高昂。提出一种工件旋转、阴极可调整式随动进给电解加工方法解决大深径比深孔扩孔难题,借助流场电场仿真技术手段,完成了内喷式工具阴极刃的刃口优化设计、长阴极刃的电解液喷口结构设计与优化、过渡圆弧的阴极轮廓设计与优化;并完成了加工装置的适应性改制,进行了电解扩孔技术的电解加工参数优选。在电解液浓度20%(硝酸钠溶液)、电解液温度29~33℃、电解液入口压力0.3 MPa、电压20 V、阴极进给速度0.02 mm/min、电机转速8 r/min的加工条件下,借助超声波测厚仪在机检测剩余壁厚,对阴极进行动态调整,加工出圆度及同轴度优于φ0.02 mm、直径精度优于0.2 mm的轴深孔结构。

Divisional and hierarchical innervations of G. gecko's toes to motion and reception

As a member of robot families, climbing robots have become one of the research hot-spots in the robotic field recently and Gekko gecko (G. gecko) has been broadly seen as an ideal model for climbing robot development. But for gecko-mimic robots, one of the key problems is how to design the robot's foot. In this paper, (1) high-speed camera recording and electrophysiological method are used to observe motion patterns of G. gecko's foot when it climbs on different oriented surfaces; (2) nerve innervations of gecko's toes to motion and reception are studied. It is found that the five toes of the G. gecko can be divided into two motion and reception divisions, and also its motion and reception are modulated and controlled hierarchically. The results provide important information and exclusive ideas for the foot design and control algorithm of gecko-mimic robots.