激光被稱(chēng)為:“最快的刀(dāo)”、“最準的尺(chǐ)”,“最亮的光”,應用於(yú)材(cái)料加工被譽為製造技術的革命。
經過近四十年的發展,隨著激(jī)光加工技術日趨成熟和激(jī)光器成本逐漸(jiàn)下降,被(bèi)公認是“二十一世紀最有(yǒu)發展潛力的先進製造技術之一”,更是符合航天結構件輕量化、複雜化(huà)、精密化、高效化的加工製造要求。
隨著激光加工技術應用研究的不(bú)斷深(shēn)入以及航(háng)天多(duō)型號產品任務(wù)的嶄新需求,激(jī)光焊接、激光切割、激光增材(cái)製造、激光表(biǎo)麵工程等(děng)典型激光技術在航天結構件中不斷實現工程化應用和豐富發展。
其中激光焊接是航天領域應(yīng)用最(zuì)為成熟的技術,形(xíng)成了(le)一係列特點鮮明、優勢(shì)顯著的技術能力。如:
1、航天大尺寸複雜同種或異種材料光纖激光焊(hàn)接技術,涵蓋了鈦合金、不鏽鋼、鋁合金等輕(qīng)合金材料。
2、實現了(le)鈦合金蒙皮骨架結構激光焊接技術、薄壁不鏽鋼結構激光(guāng)焊接技術的工程化應用。
3、鈦合金蒙皮骨架結構激光焊接技術(shù)成功用於多係列產品的研製,整體(tǐ)技術達到了國內先進水平。
同時,激光電(diàn)弧複合焊接技術也已成為航天中厚壁高強鋼結構件製造的優勢技術。激光增材製造技術在近20多年已得到快速發展,它(tā)以結(jié)構功能一體化設計製造、短周期、近終形、無模具、無刀具等技術優勢成為複雜構件快速製造的先進製造手段。在國內航天領域,應用SLM成形(xíng)技術製造的部分零件(jiàn)甚至關(guān)鍵(jiàn)結構件,已初步進入試驗驗(yàn)證階段,正朝著(zhe)工程化應(yīng)用邁進。
在激光(guāng)切割領域,針對航天具有多品種、小批量的的特點,加工的板材及各類孔型部件的(de)形狀、尺寸具有多樣性(xìng),同時在加工(gōng)方式上涉(shè)及到二維和(hé)三維加工。
傳統的機械加工方式柔性差,加工效率低,製造成本高。
激光切割同時具備切割效率高、切割(gē)質量好(切口寬度窄、熱影響區小、切口光潔) 和強大的柔性加工能力(可隨意切割任(rèn)意形狀) 等優點(diǎn)。因此,麵向多厚度鈦合金、不鏽鋼、鋁合金材料的光纖激光切(qiē)割技術在航天(tiān)結構件下料成形(xíng)製造中不斷地研究發展並應用。
上海航天精密機械研究所采用2台全光纖五(wǔ)軸數控激光加工裝備加工中、大尺寸薄壁複雜結構件,如艙體、舵翼、瓜瓣、壁(bì)板等零部件,充分利用五軸數控機(jī)床的定位精度高(gāo)、重複定位精度高(gāo)、加工精度高、柔性強等特點,有力滿足了(le)航天結構件結構(gòu)形(xíng)狀繁多複雜、設計尺寸精度高(gāo)的製造需求。
在大型鋁(lǚ)合(hé)金結構件(jiàn)的激光切割方(fāng)麵,上海航天精密機械研究所在國內率(lǜ)先開(kāi)展了運載火箭瓜瓣切割技術(shù)應用研究(jiū)。(瓜瓣是典型的大型自由曲麵鈑金構件,激光切割(gē)路徑為空間三維波浪(làng)式環型。如何在任意切割點都始終保持光束與工件自由表麵間的理想入射傾角、切割(gē)速度、切割功率是保證優(yōu)質高效切割的關鍵難題。)
為此,采用具備高適應性RTCP功能和可自動(dòng)調控工(gōng)藝參(cān)數的五軸數控(kòng)係統,開發嵌入(rù)調控(kòng)激光控製(zhì)參數的(de)NC程序後處理(lǐ)模塊,利用原位三維測(cè)量技術快速修補瓜瓣實物與理論三維模型誤差,編製出五軸聯動激光切割程序,自適應軌跡特征匹配合(hé)適功(gōng)率/速度(dù)值,使熱量均勻分(fèn)布在零件輪廓上,保證(zhèng)加工質量。
激光(guāng)加工技術(shù)正處於上升期,具有良好的發展前景,但在我國卻是近10年才發展起來的技術,需要盡快建(jiàn)立相應的技術標準,促進技術的工程化(huà)應(yīng)用和市場推廣。
同時,目前我國航天(tiān)事業進入了高密度、快速發射的蓬勃時期,航天產品激(jī)光切割參數選用、切割過程控製的人工參與度仍較高,經(jīng)驗因素占比大,難以滿足航天產品(pǐn)多型號的(de)快速(sù)響應敏捷製造目標。
激(jī)光(guāng)切割加工過程(chéng)智能化程度仍需進一步提高,通(tōng)過對(duì)工藝過程(chéng)、零件製造(zào)質量等信息(xī)的采集以及工藝知識庫對(duì)所采集信息(xī)的統計分析(xī),進一步優化下一階段零件的加工工藝,提升切割工藝決策智(zhì)能化;通過三維在線高精度測量係統、各類自適應控(kòng)製(zhì)係統、自動化執行機構等有機建成閉環智能製造係統,達到零件製造狀況的即時、優化響應,提升切割過程(chéng)控製智能化。
隨著激光器、激光加工(gōng)裝備、信息化技術的持續革新,未來激光加工技術將沿著工藝複合(hé)化、過程智能化等方向深入融合(hé)發展,適應全球智能集成製造的發展需(xū)求。
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