當今渦輪發動機部件異型孔的激光加工成了最熱門的主題，無論航空發動機還是陸基渦輪機制造企業及其供應商都對此領域表現出了極大興趣，他們往往提出不同的異型孔的形狀，但受制于技術、經驗或是工業設備水平的限制，要想得到理想的孔形非常困難。

大家對加工異型孔很感興趣的原因很簡單：異型孔能對渦輪部件提供更好的冷卻效果。良好的設計可以采用更少的孔達到更好的冷卻效果，減少孔的數量意味著縮短了加工周期、降低了成本、減少了氣體消耗。應用到實際上，就能提高發動機的效率，降低發動機的成本。由于速度優勢、靈活的加工方法及可加工覆蓋隔熱涂層（TCB）零件的能力，使用激光加工異型孔成為了熱點。

型孔的使用很早就有資料記載，已在發動機的熱段組件上有效使用多年。一些發動機部件生產商采用傳統的電火花技術（EDM）來加工這些孔，另一些采用激光技術，而選用其中某種加工技術的主要考慮是加工成本和靈活性。激光加工不僅快速而且更為靈活，如果綜合考慮所有因素，激光加工也更節省成本。

激光加工技術與EDM加工技術

為了比較激光及電火花型孔加工技術，我們先來了解一下用于描述型孔的兩個模型：擴散段和直流段，如圖2。

“擴散段”可看作型孔的“形狀”部分，位于型孔的出氣口處，用來噴射氣流，以在零件的表面形成一層氣膜。如何設計擴散段的形狀不在本文所述之列。多年來設計工程師已設計了多種不同形狀的孔。衡量一個孔是否與其它孔不同，取決于孔的角度及其位置，形狀各異的孔往往由這兩個因素產生。

 “直流段”指的是圓柱形部分，這部分由直接穿孔或激光環切而成。對渦輪發動機零部件而言，其孔直徑一般在 0.010 英寸（0.25 毫米）至 0.035 英寸（0.89 毫米）之間。在使用LASERDYNE 激光打孔系統的客戶那里，我們發現了一個有趣的現象，那就是加工的型孔直流段長度并沒有完全按照標定要求，參考以下事例。

案例1： 在上世紀90年代初期，Pratt & Whitney（P&W）公司遇到了一個冷卻孔的問題。冷卻孔采用激光加工，加工的也非常完美，但在發動機實際使用中卻碰到了氣流阻塞現象，且氣流使用效率非常低。在P&W 公司的諾斯黑文工廠，一個由Dave Pepe領導的小組開發了一套雙重激光加工工藝，在零件表面處，沿初始冷卻孔角度擴大了該孔的一小段直徑。盡管這種最初的“擴散段”和后來的型孔設計有很大不同，但大大降低了加工成本，僅需在激光打孔設備上進行簡單的操作。這種工藝獲得了極大的成功，并被推廣至該公司其它幾個加工廠，Dave Pepe 和Pratt & Whitney公司并將此工藝申請了專利，時至今日，這種工藝仍然還在使用。

案例2：在上世紀80年代后期，英國的Vickers Precision 公司使用激光打孔機代替傳統的電火花加工設備，用來加工指定形狀的型孔擴散段和直流段。Vickers 公司找到普瑞瑪北美公司需求幫助，普瑞瑪北美公司提供了一套LASERDYNE 780 BeamDirector 系統，并配備傳統的“諧振腔”Nd:YAG 激光器，其靈活的加工特性、簡易的編程處理對這個項目的成功起到了至關重要的作用。在這套設備上，我們開發了一套完整的激光打孔工藝，縮短了加工周期，降低了加工成本。這種工藝的一個局限是要求孔必須“通視”，這是由于我們采用了“諧振腔”式Nd:YAG 激光器并采用穿孔加工工藝的結果。盡管孔的形狀有所限制，但這種工藝仍然是非常成功的，并一直沿用至今。

結論

型孔激光加工技術在過去已被證明是一種行之有效的方法，在將來會有更為廣泛的應用。激光器設計及編程技術的發展使得激光系統變得更有吸引力，但仍需我們的工程師們投入更大的精力去研究和發展激光系統。