激光刻型技術在鋁合金化學銑切中的應用

孫新+張政斌+陳素明

摘 要 激光刻型技術代替化學銑切瓶頸技術——傳統的手工刻型工藝，闡述了激光刻型的激光強度對刻型質量的影響以及激光刻型對化銑浸蝕比的影響及激光刻型化銑浸蝕余量的計算方法。

關鍵詞 鋁合金；化學銑切；激光刻型

中圖分類號 TG5 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）164-0227-02

化學銑切工藝[1]中傳統的手工刻線效率低、協調關系復雜、易影響零件的疲勞強度，成本高、生產周期長，是影響化銑工藝的瓶頸技術。基于模型定義（MBD）技術在全機設計中的不斷推廣應用，飛機制造已逐步向數字化、智能化發展。在零件產品的制造精度方面就提出了更苛刻的要求。要滿足飛機制造的數字化，研究先進的激光刻型技術來替代傳統手工刻線迫在眉睫。

我們使用的是從西班牙M.Torres公司引進的具有國際先進水平的激光刻型設備，由一套TORRESLASER數控激光刻型設備和一套TORRESTOOL多柔性通用夾具系統組成[2]，見圖1。本文就是應用該設備對不同鋁合金材料工藝試片進行激光刻型試驗，研究激光刻型設備加工參數和影響化銑加工質量的主要工藝參數。

1 實驗

1.1 實驗設備

TORRESLASER數控激光刻型設備。

1.2 實驗試片材料及尺寸

材料：2024、2524、LY12、2A12、7075、7475等6種鋁合金材料。

尺寸：（600×600×3）mm和（300×300×3）mm。

1.3 實驗步驟

1）研究激光刻型機的激光強度對刻型質量的影響。

2）研究激光刻型對化銑浸蝕比的影響及激光刻型化銑浸蝕余量的計算方法。

2 結果與討論

2.1 激光強度控制參數的確定

激光強度可以通過控制參數調節，是可變量，激光強度太小，無法刻透保護膠層；強度太大，會損傷材料基體，造成保護膠邊緣燒蝕，影響膠層結合力。因此必須掌握激光強度控制參數與化銑保護膠膜層厚度的對應關系，保證激光強度既能快速、有效、完全的刻透化銑保護膠，又不會損傷零件基體。

1）按照激光強度Y與激光強度參數K和刻型速率V的控制關系，相同的刻型速率下改變K值，分別對涂覆有相同膜層厚度的保護膠（AC850/CP90）工藝試片進行激光刻型實驗。發現當K<0.5時，不能保證完全刻透厚度范圍在0.2mm～0.6mm之間的保護膠，當K>1.0時，會對材料基體損傷。因此我們在進行刻型時，應保證激光刻型控制參數K值在0.5至1.0之間。

2）在保證完全刻透化銑保護膠并不損傷材料基體的情況下，采用不同的激光強度控制參數K分別對涂覆有AC850/CP90保護膠的不同厚度X（0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm）工藝試片進行激光刻型實驗。數據統計，得出激光強度控制參數與化銑保護膠膜層厚度的對應關系，詳見圖2所示。

圖2中，激光強度控制參數與保護膠膜層厚度趨于呈線性關系，即膠層越厚，激光強度要求越大，激光強度控制參數值越大。因此，我們在進行激光刻型前，需

要先測量保護膠膜層厚度，再計算需要設定的激光強度控制參數值，最后進行激光刻型加工。

2.2 激光刻型對化銑浸蝕比的影響及激光刻型化銑浸蝕余量的計算方法

化銑浸蝕比是指化銑溶液橫向腐蝕量與縱向腐蝕量的比值，是化銑工藝中重要的技術參數，是計算化銑浸蝕余量的依據。對于手工刻型浸蝕比數據HB/Z5125-2008中非常明確的計算方法，但對于激光刻型浸蝕比沒有相關依據。為了保證激光刻型的加工精度，化銑余量的正確性，我們必須研究激光刻型對化銑浸蝕比的影響，確定激光刻型化銑余量的計算方法。

采用相同激光強度和刻型速率分別對不同材料的工藝試片（2024、2A12、2524、LY12、7075、7475六種材料）進行激光刻型實驗，驗證激光刻型對化銑浸蝕比的影響，并進行刻型浸蝕比數據與手工刻型浸蝕比數據對比統計，結論如下：

1）對于裸鋁狀態的鋁合金（2024、2A12、2524、LY12、7075、7475），激光刻型浸蝕比略大于手工刻型浸蝕比。

2）對于包鋁狀態的2000系列鋁合金（2024、2A12、2524、LY12屬于2000系列），激光刻型浸蝕比略大于手工刻型浸蝕比；對于包鋁狀態的7000系列鋁合金（7075、7475屬于7000系列），激光刻型浸蝕比略小于手工刻型浸蝕比。

3）激光刻型橫向腐蝕量（即化銑浸蝕余量）不僅僅與化銑深度（即縱向腐蝕量）有關，還與刻線寬度有關。即僅僅依據浸蝕比數據不能計算出激光刻型化銑浸蝕余量，必須考慮切割因N影響，切割因子是指激光刻型時切割線寬對浸蝕余量的影響量，為一個常量，其主要跟激光刻型強度和保護膠膜層厚度有關。如果刻型強度越大，膠膜厚度越薄，則切割因子N值越大。

經驗證我們得出激光刻型化銑余量的計算方法：單臺階或多臺階（見圖4）化銑的浸蝕余量，可根據單臺階化銑或多臺階化銑浸蝕余量公式加切割因子計算。

其中，B為浸蝕余量，H為銑切深度，e為激光刻型浸蝕比，N為切割因子。

3 結論

通過大量實驗，激光刻型技術在鋁合金化學銑切中得出以下結論：

1）不同的保護膠（AC850和CP90），在相同激光強度與相同膜層厚度下，激光刻型尺寸及切割線寬基本一致，激光刻型切割線寬都在0.1mm～0.2mm之間。

2）保護膠膜層厚度與激光強度趨于線性關系，即膠層越厚，激光強度要求越大，激光強度控制參數值越大。我們在進行激光刻型前，需要先測量保護膠膜層厚度，再計算需要設定的激光強度參數值。

參考文獻

[1]戚運蓮，鄧炬，洪權，等.鈦和鈦合金化學銑切中的吸氫及其影響[J].航空制造技術，2000（2）：30-32.

[2]丁韜.TORRESMILL和TORRESTOOL系統蒙皮切邊鉆銑床及柔性夾具裝置[J].航空制造技術，2007（2）：109.