試析航空發(fā)動機零件電火花加工工藝

鄭天勝 顧艷 孫巍

摘 要：隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，對航空發(fā)動機性能提出了更高的要求。高性能發(fā)動機中采用的零件種類逐漸增多，傳統(tǒng)的單一加工方法已經(jīng)無法解決航空發(fā)動機復(fù)雜零件加工的問題，在機匣加工以及整體葉盤加工方面比較困難，這給零件加工方面帶來了較大的挑戰(zhàn)。為此，需要采用一種新型的加工工藝進行發(fā)動機零部件的加工，應(yīng)用電火花加工工藝進行航空機械產(chǎn)品的加工，不僅可以改變零件表面的質(zhì)量問題，還能夠保證零件表面組織的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機零件；電火花加工

一、電火花加工工藝概述

電火花加工是一種利用電能和熱能進行加工的新工藝，俗稱放電加工。電火花加工與一般切削加工的區(qū)別在于，電火花加工時工具與工件并不接觸，而是靠工具與工件間不斷產(chǎn)生的脈沖性火花放電，利用放電時產(chǎn)生局部、瞬時的高溫把金屬材料逐步蝕除下來。由于在放電過程中有可見火花產(chǎn)生，故稱電火花加工。由于電火花加工具有傳統(tǒng)的切削加工所無法比擬的優(yōu)勢，因此，被廣泛應(yīng)用于機械、航空以及輕工業(yè)等各種行業(yè)中，能夠解決材料加工困難以及復(fù)雜零件加工的問題。其特點主要體現(xiàn)在以下幾點：1、脈沖放電的能量密度高，便于加工用普通的機械加工方法難于加工或無法加工的特殊材料和復(fù)雜形狀的工件。不受材料硬度影響，不受熱處理狀況影響。2、脈沖放電持續(xù)時間極短，放電時產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴散范圍小，材料受熱影響范圍小。3、加工時，工具電極與工件材料不接觸，兩者之間宏觀作用力極小。工具電極材料不需比工件材料硬，因此，工具電極制造容易。4、可以改革工件結(jié)構(gòu)，簡化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動強度。

基于上述特點，電火花加工的主要用途有以下幾項：1、制造沖模、塑料模、鍛模和壓鑄模。2、加工小孔、畸形孔以及在硬質(zhì)合金上加工螺紋螺孔。3、在金屬板材上切割出零件。 4、加工窄縫。5、磨削平面和圓面。6、其它（如強化金屬表面，取出折斷的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面復(fù)雜的零件等）。

二、電火花加工工藝在航空發(fā)動機零件加工中的應(yīng)用

1、蜂窩結(jié)構(gòu)件加工中對電火花加工工藝的應(yīng)用

中美合作設(shè)計的渦輪螺旋槳發(fā)動機，可以有效降低油耗，還能夠增強渦輪工作葉片的密封性能，在渦輪導(dǎo)向器機匣內(nèi)相應(yīng)的部位焊接了一個環(huán)狀蜂窩板。在具體的部件加工過程中，采用普通的機械車以及磨削加工，在毛刺剔除方面較為煩瑣。利用電火花機床加工蜂窩，加工的狀態(tài)類似于電火花磨削。在進行工藝試驗時，主要試驗了不同脈沖參數(shù)加工，通過加工件表面進行觀察，從中可以得到，脈寬和加工電流不能夠過大，否則就會導(dǎo)致工件出現(xiàn)損傷，對產(chǎn)品的質(zhì)量造成直接影響。為了提升產(chǎn)品的加工速度，確保在較短的時間內(nèi)完成產(chǎn)品加工，可以通過增加工件加工面積的方式來增強脈沖量的投入。為了兼顧產(chǎn)品的表面質(zhì)量，可以將產(chǎn)品的加工分成不同的準(zhǔn)則，主要有粗、精準(zhǔn)則，在進行粗加工的過程中，選擇的脈寬為64us～256us，在精加工過程中，選擇的脈寬為2us～8us。由于蜂窩結(jié)構(gòu)蝕除的金屬體積占據(jù)工件體積的小部分，放電弧長較長，因此，對電極造成的損耗相對較小。在進行產(chǎn)品批量加工時，可以參照電極尺寸的實際變化量來減少輔助時間，縮短工件的加工時間。經(jīng)過多次加工之后，可以證明，用電火花磨削方式加工蜂窩結(jié)構(gòu)件是一種非常有效的加工方式，一方面可以保證結(jié)構(gòu)件的精度，另一方面還能夠保證零部件的尺寸滿足要求。

2、窄筋板類零件加工中對電火花加工工藝的應(yīng)用

渦槳發(fā)動機的一些組合件上，需要加工葉片頂端以及葉根的封嚴(yán)翅板，這兩個部分。由于此類零部件的加工部位比較開敞，刀具可伸入其中，因此，可以選擇車削加工的方法進行加工?？紤]到渦輪葉片材料是一種高溫鑄造的合金材料，采用車削的方法容易導(dǎo)致材料剝落，從而加大材料表面的粗糙度，所以，采用電火花磨削加工的方法比較合適。一般而言，葉冠篦齒在高度上相差1mm多，葉冠本身由呈現(xiàn)出錐面，為了增強加工速度，以粗車的形式進行渦輪組件的施工，留0.15mm左右用于電火花磨削，在加工過程中，為了減少電機尺寸的變化，可以選擇采用內(nèi)圓弧形加工方式，一方面可以增強放電面積，另一方面增強加工的穩(wěn)定性。為增強仿型精度，可以選擇兩個電極，中加工和粗加工的電極各用一個，然后根據(jù)放電間隙適當(dāng)調(diào)整電極尺寸，進而保證加工出的工件達到圖紙設(shè)計的基本要求。在封嚴(yán)翅板加工時，為防止材料剝落，可以選擇圓弧狀片電極，通過增大放電面積，進而減少電極尺寸的變化量。

三、火花加工未來的發(fā)展趨勢

1、更好的加工穩(wěn)定性

電火花放電過程本身的隨機性、復(fù)雜性導(dǎo)致了各種干擾更容易對加工過程造成影響。雖然電火花加工工藝?yán)碚?、控制理論都在不斷地發(fā)展和提高，但是加工工藝?yán)碚摵涂刂评碚撘玫竭M一步全面的發(fā)展都必須基于放電基理上的研究，如果能夠通過創(chuàng)新性的手段實現(xiàn)放電基理研究的突破性進展，那么包括變質(zhì)層和尺寸不穩(wěn)定這樣的問題都能夠迎刃而解。

2、實現(xiàn)高效加工

加工過程的高效化不僅體現(xiàn)在通過改進電火花加工伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機床結(jié)構(gòu)等，減少上述因素對電火花成型加工效率的影響。在保證精度的前提下提高粗、精加工效率，同時還應(yīng)該減少輔助加工時間，例如增強機床編程功能，擴展機床在線后臺編程能力，同時還應(yīng)當(dāng)增強機床的可操作性。

3、改善電火花加工的環(huán)保性

電火花加工技術(shù)無論如何改進和發(fā)展，它首先必須做到以人為本，比如加工過程中使用的工作液會對操作者的皮膚產(chǎn)生刺激，這是很嚴(yán)重的問題，那么使用無毒無害的工作液也將成為必然的趨勢。

結(jié)語：我國的航空航天技術(shù)以及航空發(fā)動機零件的生產(chǎn)上的技術(shù)，相對于世界先進的發(fā)展水平來講還是落后很多，同時進行航空零件生產(chǎn)的機床和機器，乃至于刀具很多都依賴于進口，這就使得發(fā)動機零件生產(chǎn)上的效率嚴(yán)重受到了制約，電火花加工機床的應(yīng)用，可以拓展發(fā)動機零部件的適用范圍，提高零部件的生產(chǎn)效率。在航空發(fā)動機零件中采用電火花加工工藝，大大提高了航空產(chǎn)品加工質(zhì)量，對中國航空事業(yè)有著極其深遠的意義。

參考文獻：

[1]鄭亞.特種加工技術(shù)及其在我國航空發(fā)動機制造中的應(yīng)用[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2016（20）.

[2]王柱，王峰.電火花高速小孔機加工工藝研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2016（2）