高精度窄槽的電火花加工

郭春林，周 鵬，邵清秋，吳 海

（中航工業(yè)貴州紅林機(jī)械有限公司工模具分廠，貴州貴陽(yáng) 550009）

某外貿(mào)產(chǎn)品的電火花加工工序見圖1，要求加工1.295 mm×0.864 mm 的方槽1 個(gè)，加工1.295 mm×1.778 mm 的方槽2 個(gè)，尺寸公差均為±0.025 mm，槽的外圓對(duì)稱要求＜0.05 mm，錐度要求＜0.02 mm，表面粗糙度Ra 0.8 μm，尖角要求＜R0.18。該零件具有形狀要求嚴(yán)、尺寸精度高、表面粗糙度要求高的特點(diǎn)，加工難度較大。在前期加工中存在尺寸不穩(wěn)定、圓角大、錐度大（＞0.07 mm）、電極損耗大等問題，無(wú)法滿足生產(chǎn)要求。

圖1 零件圖

1 加工工藝方案分析與改進(jìn)

在前期加工中，零件存在錐度大、表面粗造度差的問題，通過分析認(rèn)為造成這些問題的主要原因是：

（1）操作者在加工方槽時(shí)采用的是一根電極一次加工完成的方法。由于零件方槽處未進(jìn)行粗加工，操作者采用的加工方式實(shí)際上為穿孔加工，其加工過程中的進(jìn)口和出口放電量變化較大，同時(shí)由于積炭造成的二次放電，導(dǎo)致加工零件錐度大。

（2）為獲得較高的加工效率，操作者采用了較大的加工參數(shù)（106），在獲得較大放電蝕除量的同時(shí)，也使表面產(chǎn)生較深的放電凹坑，從而造成零件表面粗糙度惡化；同時(shí)，放電量加大也導(dǎo)致電極本身的損耗增大，尤其在電極的尖角部分損耗更大，使方槽圓角無(wú)法滿足加工要求。

（3）加工設(shè)備是2005 年采購(gòu)的某高精度電火花加工機(jī)床，其加工過程中的放電量控制主要依靠設(shè)備內(nèi)部的電阻進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。由于設(shè)備使用年限較長(zhǎng)，其放電量的控制精度不高，尤其在較大的放電量加工時(shí)，其放電穩(wěn)定性不夠，導(dǎo)致加工的零件尺寸不穩(wěn)定。

根據(jù)上述原因，為保證加工質(zhì)量，同時(shí)兼顧加工效率，確定加工方法為先采用大參數(shù)（108）進(jìn)行粗加工，高效地去除加工余量，將方孔擊穿；然后，再利用小參數(shù)（104）進(jìn)行精加工，確保零件的質(zhì)量和穩(wěn)定性。通過分步加工方式有效地解決了質(zhì)量和效率的問題，在保證質(zhì)量的同時(shí)，提高了加工效率。

2 電極變形控制及其精確定位

根據(jù)方槽寬度和放電量計(jì)算，電極的尺寸較小，最小尺寸僅0.6 mm 左右，最大尺寸也僅有1.5 mm 左右。此外，該零件的定位基準(zhǔn)為外圓及外圓端面，考慮夾具定位部分的厚度及加工深度，電極的長(zhǎng)度最小應(yīng)不低于6 mm，長(zhǎng)的需要到12 mm。對(duì)于這種細(xì)長(zhǎng)的電極，其加工本身就有一定的難度，同時(shí)還要考慮粗精加工定位的準(zhǔn)確性，其加工難度就更大。為此，從控制電極加工變形和確保粗精電極安裝位置的一致性兩個(gè)方面入手，力求解決這一難題。

2.1 電極變形的控制

加工該零件的電極尺寸較小，電極長(zhǎng)徑比均達(dá)到8 倍以上，屬于典型的細(xì)長(zhǎng)電極零件。為了解決電極在加工過程中的變形問題，將電極進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)前后的電極尺寸對(duì)比見圖2。改進(jìn)前，電極工作與夾持部分的過渡區(qū)域?yàn)榧饨?，由于尖角處?yīng)力較集中，在加工過程中極易產(chǎn)生變形，且始終無(wú)法消除變形。根據(jù)R 連接應(yīng)力均勻分散的特性，在電極工作與夾持部分的過渡區(qū)域四周均采用R 連接，有效地解決了尖角應(yīng)力集中造成的變形問題。

圖2 電極改進(jìn)前后對(duì)比圖

采用圓角連接后，僅解決了由于電極結(jié)構(gòu)不合理造成的變形，但不難發(fā)現(xiàn)電極夾持部分的直徑為8 mm，工作部分僅為1.5 mm×1.1 mm，且工作部分的切除余量大（＞85 %）。為了消除由于切割余量大造成的變形，將前期電極加工中2 次裝夾4 次切割（裝夾一次完成一個(gè)尺寸的粗精加工）的加工過程改為4 次裝夾4 次切割的過程，即裝夾第一次先進(jìn)行1.5 mm 尺寸的粗加工，裝夾第二次進(jìn)行1.1 mm尺寸的粗加工，裝夾第三次進(jìn)行1.5 mm 尺寸的精加工，裝夾第四次進(jìn)行1.1 mm 尺寸的精加工。通過改進(jìn)加工順序，有效地消除了由于加工路線不合理造成的變形。

通過上述改進(jìn)，有效地消除了電極變形，在后續(xù)加工中，電極變形均小于0.01 mm，達(dá)到了加工要求。

2.2 粗精電極的精確定位

為實(shí)現(xiàn)零件的粗精加工，需保證粗精加工的電極中心與零件相對(duì)位置的一致性。常規(guī)的電火花加工常采用電極自動(dòng)找正的方式，但由于該電極極細(xì)，找正過程中的誤差較大，且該粗、精電極間的余量較?。ǎ?.05 mm），自動(dòng)找正極易造成由于兩電極的位置不重合而出現(xiàn)零件報(bào)廢的現(xiàn)象。為此，設(shè)計(jì)了電極夾持座（圖3）和加工電極用的線切割?yuàn)A具（圖4），兩個(gè)夾具主要依靠高精度定位3R 基礎(chǔ)板，最終實(shí)現(xiàn)電極切割中心位置與電火花安裝中心位置的重合，粗、精兩個(gè)電極的中心位置一致。

圖3 電極夾持座

圖4 加工電極用的線切割?yuàn)A具

3 結(jié)論

高精度窄槽的電火花加工是電加工中難度較高的工藝，在加工過程中不僅要考慮工藝方法、電極加工及電加工參數(shù)設(shè)置等問題，同時(shí)也要考慮零件材料、電極材料損耗及加工環(huán)境等各種因素對(duì)加工的影響。只有綜合地考慮和實(shí)踐，才能找到合理的參數(shù)和工藝，最終加工出合格的產(chǎn)品。