激光切割工艺应用于铝板

泡沫雕刻机 | 2021-02-08

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【首页】作者:MichaelUrban在IgorSikorsky开始他的航天生涯时,首先尝试了横向式飞行中,并于1909年创建了飞机原型。后来他指出,该阶段的技术无法反对旋翼飞机的研发,因此他迅速就改回研究固定翼飞行器。

他在俄国的时候设计了许多顺利的飞行器,后来移民美国,1925年在纽约州长岛创建了SikorskyAircraft公司。Sikorsky是一名顺利的航天先驱,他设计的是以陆地为基地、相同机翼的飞行器和飞行船。二十世纪三十年代航空技术的发展给Sikorsky带给机会,使他可以新的研究横向式飞行中。

因为旋翼飞机必需不具备简练的结构和轻型的引擎,这两方面的拒绝再一可以在技术上获得构建。1939年,他将航天技术上的科学知识应用于到VS-300机型上,该系统是世界上首架简单的旋翼飞机。从那以后,该公司沦为直升飞机的主要生产商,不仅生产军用/商用飞机,也展开技术开发应用于,其中还包括了X2展示机型(如图1a)。现在,重在空气的直升机飞行中早已沦为有可能,但是还必须大大降低机身的重量。

在航天航空领域,对旋翼飞机的主要拒绝就是提升结构中每个零部件的效率。机身结构上的少许减少有可能造成有效载荷的严重损失。载荷的损失和燃料承载能力的减少有可能造成整体设计的告终。

在旋翼飞机结构的设计中,轻型材料的用于十分最重要,例如UH-60A黑鹰的设计(图1b)。钛、镁、铝和更加多的复合材料被普遍用作旋翼飞机的生产中。钛是Sikorsky转动器结构设计中的主要材料,而镁是变速器结构的主要材料,铝是机身零件的主要材料。复合材料于是以更加多的被用作叶片、旋翼头零件和机身结构中。

转动器零部件和变速器的生产是使用大型金属坯切削而出的。机身也包括了一些使用切削材料的零件,但是,机身零件绝大多数使用铝板。传统上,用于7000系列锌基铝合金来展开加工,这是因为该合金具备较好的惯性力度和疲劳强度。

虽然7000系列铝材料很合适航空应用于,但是它们不耐高温。较慢降温,如焊和激光切割成等操作者,不会造成微裂痕。微裂痕造成疲劳强度的减少。焊和激光切割成是两种产生热致微裂痕的加工。

激光切割成的优势在于能较慢、精确的将铝箔加工成有所不同的形状,该技术优势使得激光切割成设备刚刚构建商业化就更有了许多航空公司。二十世纪七十年代,主要的制造商对激光切割成技术展开了评估,他们找到,激光加工产生的微裂痕对零件的疲惫特性所产生伤害是不容许的。

潜在的减重伤害了制造业的利益,就使得激光切割成技术被主要的机身制造商们束之高阁。除了微裂痕的问题,人们还找到激光切割成技术的参数很难掌控,完全无法展开检验。

在目前的国际制造业市场,对所有加工和特征参数的检验展开严苛的掌控日益最重要,因为这些加工工作更好的被外包给外围的供应商。质量和加工掌控是至关重要的。

任何给加工带给不确认因素的过程都必需加以控制或者必要回避。以往,激光切割成给有所不同生产出厂之间的质量掌控和一致性带给了极大的挑战。

在目前的激光切割成系统中,这些激光切割成在航空应用于中的局限性都获得改良,这些局限性还包括疲惫性能和生产过程一致性减少的问题。现在,激光系统在相当大程度上增大了热影响区域(HAZ)的大小和适当的微裂痕。在激光切割成过程中,技术人员早已可以对切割成参数展开掌控,并且利用计算机软件展开准确的反复。这些技术变革使得人们对激光切割成否限于于机身结构的生产新的思维。

机身结构主要是7000系列铝材漆生产而出。激光切割成机器如图2右图。激光切割成疲惫脱落一般来说再次发生在应力集中的地方,如零件的边缘,几何形状变化处,或者接合处。薄板金属做成的机身零件有很多有所不同的黏合方式,绝大多数的疲惫裂痕再次发生在接合处。

如果激光没被用作切割成接合处的小孔,那么激光主要就用作零件的边缘切割成。对于其他的效应,可以使用最易损毁的相连方位来解释与连接处比起,激光切割成带给的微裂痕并非主要的损毁部位。这样,我们就能得出结论:如果一个零件有可能在连接处脱落,那么激光切割成技术会更进一步损毁零件的疲惫特性。

铆合结构SikorskyAircraft公司展开了一些测试,以研究激光切割成边缘与连接处小孔的疲惫特性之间的关系。在展开激光边缘测试时,技术人员用于了工厂中典型的激光切割成操作者来加工7075-T6填充金属板。技术人员在有所不同的形变级别对样品展开了测试,R值维持在+0.1。

自由选择+0.1是由机身结构疲惫系数的临界值要求的。铆合结构(图3)的疲惫性能是由Sikorsky公司的测试数据和公布在其他资源中的数据来确认的。

如图4右图,在整个过程中,激光切口边缘比铆合结构忍受更大的形变。整个测试还包括了持久力以及塑性形变测试,技术人员找到激光边缘并不是整个过程的关键因素。

虽然,该测试只是一个开始,但是它指出激光技术可以应用于在机身金属板的切割成中。铆合结构与激光切口的测试较为激光切割成过程可以更慢的加工具备一致性的零件,它比传统的加工效率更高。激光技术未来将会减少加工时间和生产成本。

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长时间以来,在7000系列铝板的加工中,激光器的优势仍然由于疲惫性能的减少而没能获得充分发挥。最近,激光系统的革新使得人们新的对激光切割成航空用铝的优势展开评估。

可行性测试早已指出激光技术在机身加工中的潜力。今后的机身系统以及现有的设计不不应因为过去的经验而回避激光器在该机身系统中的有可能应用于。

我们应当维持对外开放的态度来分析各种情况,以确认激光技术否带给产品效益。人们使用一些技术来增大HAZ,使得加工过程准确并高效率。这些技术可以使激光加工的金属零件的疲惫发育获得减少,或者几乎避免。

于是以如同70多年前那些使得重在空气的横向飞行中沦为有可能的技术那样,激光切割成技术大大向前发展。虽然铝板的激光切割成最初未用作航空行业,但在目前生产低成本、结构有效地的零件中,它未来将会起着一定的起到。

本文作者MichaelUrban博士(MUrban@sikorsky.com)是SikorskyAircraft公司结构方法与检测部门的负责人。 达到当天最大量API KEY 超过次数限制。

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