蜂窩釬焊后堵孔的電火花補加工工藝研究

朱紅鋼，陳陽，徐佩，王煥琴

（西安航空發(fā)動機（集團）有限公司，陜西西安710021）

蜂窩釬焊后堵孔的電火花補加工工藝研究

朱紅鋼，陳陽，徐佩，王煥琴

（西安航空發(fā)動機（集團）有限公司，陜西西安710021）

對蜂窩焊后形成的堵孔進行電火花補加工工藝研究。通過選取合適的工藝方法，對設備進行了改造，制定了正確的工藝流程，并對各參數(shù)進行了試驗，最終滿足零件的加工要求。

蜂窩；堵孔；電火花加工

電火花加工是直接利用電能和熱能進行加工的工藝方法，在加工過程中工件和工具并不接觸，而是靠工具電極和工件之間不斷的脈沖火花放電產(chǎn)生的局部、瞬時高溫把金屬材料逐步蝕除掉。

在對某蜂窩零件進行電火花磨削后，發(fā)現(xiàn)其蜂窩的蜂格有被釬料堵塞的現(xiàn)象。經(jīng)工藝冶金分析發(fā)現(xiàn)，造成該現(xiàn)象的原因是由于零件焊接后再對不合格處進行補焊引起的。由于此時蜂窩已焊在基體上，只能采取對未焊透部位進行局部撒粉，再用膠水固定釬料粉的方法來加載釬料，而蜂格巢孔直徑極?。ā?.8 mm），無法控制撒進孔內的釬料量，因而會使釬料過多而造成補焊后的零件出現(xiàn)蜂格巢孔的堵塞?？蛻魧@類零件的檢驗標準規(guī)定是:含有過量粘接材料的蜂窩可使用替代工藝去除零件上的多余材料；多余材料最少應去除到蜂窩寬度和長度的75%；任何周向排列的蜂窩可接受≤2%的處理方法；可使用鉆孔或電火花加工去除材料；若使用電火花加工，則應符合表1規(guī)定的極限要求。

表1 使用電火花加工應符合的極限要求

1 加工設備的選取和優(yōu)化

加工初期選用國內某公司的ZT-017高速電火花小孔機，并進行了試加工。存在的問題是:①電加工頻率高，深度難以控制，易誤傷其他壁面；②機床床身大，不易找正巢室的位置，尤其是堵實的巢室更無法找正。鑒于蜂格巢孔直徑尺寸極小，在大型機床上無法使工具電極正確定位在蜂格巢孔中，所以設想的加工方案首先應考慮主軸頭和電源需輕巧，便于搬運和轉動。主軸頭不能大于蜂窩內孔尺寸，應能使其實現(xiàn)水平、垂直及各種角度的加工；電源需采用小電阻式脈沖電源，使電源發(fā)生器能產(chǎn)生一個平穩(wěn)且較低的電流，在該放電參數(shù)下加工時，電極不易碰傷其他壁面；同時，試板加工金相檢測需符合金相組織要求。

針對上述問題，對眾多電加工設備生產(chǎn)廠家進行調研，最后把目標鎖定在了韓國生產(chǎn)的某電火花取絲錐小孔機。該設備體積較小，便于移動，輸入電源為AC220 V、6 A，主軸伺服行程較大（100 mm），最大功耗500W。設備外觀見圖1。

圖1 設備外觀

選定設備后，進行試片的試驗和檢測，前期多組試驗試片的金相檢查都不合格。經(jīng)分析，它的脈沖電源采用連續(xù)脈沖輸出，在工具電極與工件之間加上固定極性的連續(xù)脈沖電流時，脈沖的前沿和后沿是互相對應的斜線，即前一個脈沖下降沿的終端與下一個脈沖上升沿的始端相連。理論上，在兩個脈沖之間通過的電流既可為一個極小值，也可為零；但通過近于零值的電流的時間是瞬間、微爆型的。盡管通過的電流沒有間隔，但在工具電極與工件之間卻不會出現(xiàn)拉弧、燒傷的現(xiàn)象，這是它的優(yōu)點之一。由于該設備采用的是檔位控制，采用模式MODE為L（低檔），伺服SERVO為2，加工極性為正，電容放電，加工參數(shù)不穩(wěn)定，所以對電源進行了改造。將220 V交流電源分解成兩個100 V直流電源，用電阻器限制放電電流，以滿足電火花加工工藝中最關鍵的重熔層要求，電流對重熔層的影響是最關鍵的，改進后的電路見圖2。在一次放電的末尾，當電流強度極大衰減時，由于初放電點與剛打出來的坑穴底部距離增大，使電離變得不足，新的脈沖放電不易在這一通道中進行；相反，在坑口附近，由于放電產(chǎn)物堆積，使這里的離化條件得到滿足，下次脈沖放電將在坑口附近發(fā)生。這樣，工具電極與工件之間通過的電流就是連續(xù)且有規(guī)律的，不會出現(xiàn)瞬變電流峰值，不會造成重熔層值偏大及其他金相組織變化。通過上述改進，滿足了試片電火花加工后的金相組織要求。

圖2 改進后的電源電路圖

2 加工技術難點

2.1 優(yōu)化加工參數(shù)

為滿足金相組織要求，試片的電火花加工參數(shù)需確定下來。由于是初次采用電火花加工蜂窩零件，首先在蜂窩廢件上用釬料人為堵孔，再采用電火花方法對堵孔進行補加工，加工后對其進行金相組織檢驗。由于蜂窩壁薄，無法鑲樣做試件檢驗，與客戶討論并經(jīng)其同意，決定使用釬料在試板上堆焊，再用電火花方法在釬料上打孔，這樣既方便、又易判別。經(jīng)反復試驗，最終滿足了重熔層的技術要求，重熔層厚度僅為0.062mm，且無微裂紋、無晶間腐蝕現(xiàn)象。

2.2 確認零件的可加工性

由于采用電火花加工蜂窩堵孔無任何經(jīng)驗，對于如何確認零件的可加工性、如何使加工更可靠、加工時需注意的事項、加工結果及如何判斷加工后是否合格都不明確，且需進行補孔處理的共有4個零件。為摸索電火花加工工藝，只能先從簡單的開始。選擇一件有8處堵孔的蜂窩零件，且都為內部堵孔，表面看不出來（圖3）。技術條件要求為:在零件加工后，所有蜂格單元必須能通過直徑0.51 mm的最小塞規(guī)，最小通過深度在V區(qū)（加工后，蜂窩內徑大的一層區(qū)域）為1.91 mm，在W區(qū)（加工后，蜂窩內徑小的一層區(qū)域）為2.54mm，此要求不適用于前段和后端部分靠近蜂窩組件上下兩端區(qū)域的單元。此類孔較易加工，因為工具電極由部分蜂窩引導進入，電極可伸入不合格的孔中；只要掌握加工方法，加工時認真、仔細，一般不會破壞蜂窩壁。

圖3 內部堵孔蜂窩

4個零件中有2個是上述情況，即表面未堵實；另有2個是表面堵實的情況（圖4）。其中一件，蜂窩處有大面積堵實，且判斷不清有幾個孔被堵，電火花新加工出來的孔也不能保證就是原先蜂窩孔的位置。對于這類情況，只能根據(jù)實際情況先大概估算出堵實的蜂窩孔數(shù)，再盡量使電火花加工的新孔均布，且不傷及邊緣蜂窩壁。

圖4 孔被堵實的蜂窩

2.3 改進零件的裝夾方法

目前，由于堵孔零件較集中，總量也不多，且為一次性加工，故加工時采用的是組合夾具。該夾具的固定性能較好，只是調整的時候費時費力，且工裝與設備都相對固定，要調節(jié)前后距離，只能選擇較輕的一個移動，但二者無論移動哪個都不方便，需要操作熟練后憑經(jīng)驗控制力度，否則極易損壞零件。隨著零件訂單數(shù)的逐年增加，后續(xù)設計了專用夾具。在原有的整體結構基礎上，在夾具后方加一個搖桿，既能使零件方便轉動，也能使零件前后移動，極大地降低了操作難度，提高了打孔效率。

2.4 工具電極的選擇

在工具電極的選擇方面，需考慮兩方面的因素:一是蜂格尺寸的大小，二是檢測塞規(guī)的大小。這就好比孔的上公差和下公差，但蜂格和塞規(guī)本身也有上、下公差。加工目的是既要打掉堵孔的釬料，又要保證不傷及蜂格，這就要考慮到蜂格的最小內徑0.61 mm，同時還要通過最小直徑0.51 mm的塞規(guī)?？紤]到電火花加工時的放電間隙，最終選用直徑為0.45mm的空心銅管電極。通過試驗和正式加工，其效果非常理想。

2.5 工具電極進入位置及深度的控制

工具電極進入的位置與先前的工裝改進有聯(lián)系。因為加工時要保證工具電極與被加工的蜂格基本垂直，這樣才能保證電極盡量直地進入蜂格內，不至于因電極偏斜而造成蜂格內部孔壁的損傷。因此，若工裝便于調整，就能控制工具電極進入設定的位置，有效保證了零件的加工要求。

對加工深度的控制，根據(jù)對堆焊釬料進行的電火花加工試驗，得出的結論是:釬料較難加工，所用加工時間較長。但在實際加工中發(fā)現(xiàn)，對內部堵孔的情況，其加工時間比預計的時間短很多，分析原因是由于蜂格內的釬料未完全堵實。實際加工中，塞規(guī)插入1/3～2/3時，只需加工2～3 min，大部分堵孔的加工情況可滿足塞規(guī)深度要求；若還有少量情況仍未滿足要求，則可根據(jù)塞規(guī)深度，再繼續(xù)加工少量時間，但不能一次加工時間過長，以免傷及蜂窩壁和基體。

3 零件加工后的檢測

按客戶提供標準的規(guī)定，受損蜂窩（彎曲或變形蜂窩，或局部帶材料去除的蜂窩）不應超過蜂窩總數(shù)的1/3，包括芯寬度或表1中的極限要求。通過檢驗，采用電火花加工后的堵孔能滿足實際生產(chǎn)的需要，合格零件見圖5。

圖5 加工后塞規(guī)深度全部插入視為合格

4 結語

通過對設備、參數(shù)、工裝進行的各種改進，最終完成了對蜂窩釬焊后堵孔的電火花補加工。通過工藝試驗，積累了寶貴的經(jīng)驗，作為一種新的電火花加工工藝方法，目前已應用在航空類零件的各種蜂窩補加工工藝中，在生產(chǎn)制造中發(fā)揮著重要作用。

The Repair Technology on EDM for the Plugging Holes of Honeycombed Sealing Ring after Brazing

Zhu Honggang，Chen Yang，Xu Pei，Wang Huanqin
（Xi′an Aero-engine（Group）Ltd.，Xi′an 710021，China）

The research on the problem of plugging hole honeycomb after welding is carried out. Selecting the proper process method，transforming the equipment，formulating the correct process and the reasonable parameters of EDM are completed.The repair technology test of EDM for the plugging holes of honeycombed sealing ring after brazing.

honeycombed；plugging holes；EDM

TG661

A

1009－279X（2015）01－0058-03

2014-12-12

國家科技重大專項課題資助（2014ZX04001061）

朱紅鋼，男，1963年生，高級工程師。