[发明专利]一种干气密封微米级沟槽的超短脉冲激光精密加工方法

说明书

本发明公开了一种干气密封微米级沟槽的超短脉冲激光精密加工方法，基于确保相邻光斑间距不超过最小光斑直径的前提下，提出一种以材料气化阈值为基准，围绕通过调节重复频率、扫描速度和填充间距等参数的加工方法，针对给定精度和深度实现连续加工。本发明通过依次确定相关参数的取值范围，并结合实际加工生产效率，可以实现对单次标刻加工深度的调节，提高了在不同槽型、槽深要求下的干气密封精密加工效率和精度。

技术领域

本发明属于精密加工技术领域，具体涉及一种干气密封微米级沟槽的超短脉冲激光精密加工方法。

背景技术

干气密封的主要特点在于采用激光开槽技术后实现了摩擦副运行中的非接触，在结构方面表现为动环或静环端面上开设有深度为3～10μm的各种织构槽型。其核心技术体现在微米级槽型的优化设计与精密加工水平。

彭旭东团队的相关研究表明，较大粗糙度下，虽然密封开启力、气膜刚度随转速增加而显著提高，但同时泄漏量也明显加大，随着转速增加，较大粗糙度对干气密封低速运转性能是有害的。宋云鹏团队的相关实验也表明，加工工艺参数对开槽深度和槽底精度均有较大影响，合理的工艺参数有助于提升开槽的加工质量，同时给出了不同材质下相对合理的工艺参数范围。

上述研究看出，粗糙度对干气密封的影响不可忽视且作用机理十分复杂，为确保干气密封理论研究对实际应用的有效指导，须使开槽技术可以精确实现理论研究所要求的槽深精度，将粗糙度影响降到最低。

现阶段，国外针对此领域的实验研究成果公开较少，国内针对干气密封激光加工技术的研究仍然为数不多，槽型加工精度仍然不高(最小Ra＝0.93μm)，同时也缺乏一个有效率的加工调节方法。

发明内容

本发明针对目前激光加工领域内，缺乏对干气密封动环表面的精密加工的现状，结合现有的激光加工设备，综合调整激光功率P、重复频率f、扫描速度V以及填充间距S，提出一种干气密封微米级槽深的超短脉冲激光精密加工方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种干气密封微米级沟槽的超短脉冲激光精密加工方法，所述方法如下：

S1:测量相邻光斑间距，保证相邻光斑间距不超过最小光斑直径；

S2:参考被加工材料的气化阈值，得出不同重复频率下对应的最小激光功率P；

S3:根据S2得到对应激光设备额定重复频率f_e时的最小激光功率P_min；

S4:根据实验结果、精度及效率初步估算最小扫描速度V_min；

S5:依据激光器的最小光斑直径d_s和额定重复频率fe可确定最大扫描速度：V_max＝d_s·f_e，以此可对扫描速度进行限定；

S6:在V_min和V_max之内选择一个扫描速度V，由此可计算出加工轨迹y方向填充间距S_y以及激光扫描x方向填充间距S_x；

S7:在激光参数组合确定后，根据单次加工深度h_go和目标槽深h_g可计算得到循环次数：n＝h_g/h_go。

优选地，确定会影响加工质量的操作参数包括额定重复频率f_e、扫描速度V以及x方向填充间距S_x，y方向填充间距S_y；确定各个参数的关系，具体关系如下：

V_min＜V＜V_max＝f_e·d_s