電火花加工在窄空間精密孔組制造中的應用

樊昌杰

(二重(德陽)重型裝備有限公司，四川618000)

電火花加工又稱為放電加工(EDM)，是一種直接利用電能和熱能進行加工的工藝。加工時，電極和工件(兩極)不接觸，依靠兩極間不斷的脈沖性火花放電產生局部瞬時高溫，將金屬材料逐步蝕除掉[1]。

電火花加工不僅廣泛應用于淬火鋼、硬質合金等難加工材料，而且在一些空間受限的孔槽類結構的加工方面有著明顯優(yōu)勢[2]。結合實例，講述電火花加工在窄空間精密孔組制造中的應用。

1 圖紙分析

圖1為某院所訂購的一種精密軸類零件，該零件回轉基準由中心通孔和右側錐孔共同構成?；瑒油鈭A?58f7右側為一方形凸臺，凸臺左側分布有4-?8H7孔組(B-B視圖)。

該處孔組的制造難度很大，主要表現在以下三點：

(1)加工空間狹小。該孔組為右側封閉的盲孔結構，刀具僅能從左側進給，而左側加工空間極為狹小，孔中心與回轉外壁相距僅16 mm，遠小于常規(guī)機械加工的刀具夾頭尺寸。

(2)精度要求很高。該孔組位置精度、孔徑尺寸精度和孔表面粗糙度要求十分嚴格，這對工藝方法和加工設備精度要求很高。

(3)圖紙技術要求顯示，該孔組為重要受力部位，加工時不能有裂紋、應力集中等影響使用強度的缺陷。

由上可知，使用常規(guī)工藝和設備無法加工該孔組，需要另外考慮解決方案。

圖1 零件尺寸圖

2 電火花加工可行性分析

使用電火花加工該孔組具有以下特點：

(1)加工空間不受限。電火花加工不需要刀具回轉空間，以電火花切割為主要切削方式，能夠巧妙地避開空間干涉。

(2)可以保證位置精度。通用數控電火花機可以達到0.0131000的直線重復定位精度和12″的回轉重復定位精度，能夠滿足孔組的位置精度要求。

(3)孔徑尺寸精度受限。電火花加工時存在電極損耗現象，難以保證孔徑尺寸精度和孔表面粗糙度。

(4)容易引起加工缺陷。電火花加工時在加工表面產生的瞬時高溫，會產生熱應力變形，從而導致零件表面產生變質層，甚至微裂紋[3]，同時還可能產生氫脆現象。

顯然，電火花的工藝缺陷全部集中在孔的淺層表面。為此，加工時可以適當留出孔徑加工余量，該層余量可通過后續(xù)手工鉸削方式去除掉，這樣可以去掉由于電火花切割引起的淺層表面的裂紋和氫脆缺陷，即不影響孔組位置精度又可以達到要求的尺寸精度，彌補了電火花加工的不足。

從上述分析可知，電火花加工該種窄空間精密孔組的方式是可行的。

1—工作臺 2—分度頭頂尖 3—左堵 4—工件 5—主軸頭 6—L型電極 7—右堵 8—分度頭卡盤

3 工藝實施方案

加工方案按圖2所示，使用精密分度頭，采用一夾一頂裝卡方式，將工件水平置于電火花機工作臺面，通過制作特殊電極、工裝等多種措施實現孔組加工，具體措施如下：

(1)電極制作。電極應按圖2所示制作成L型，并使用千分表臨床校正電極工作段與工作臺移動平行，使電極工作段與工作臺移動的平行度誤差小于0.005 mm。由于后續(xù)的手工鉸削只能影響孔的形狀尺寸，而不能校正孔的位置誤差，因此電極工作段的平行誤差決定了所加工孔與工件回轉軸線的平行度，是影響孔位置精度的最大因素。

(2)工裝制作。由于工件為通孔結構，在加工設備上無法直接安裝找正。本方案通過左右工裝堵頭，在精密萬能分度頭上采用一夾一頂的裝夾方式，實現工件的裝夾和找正。由于左右堵頭安裝后無法直接通過基準AB找正，因此必須將基準轉移。本方案將左右堵頭與工件的安裝面適當向外延伸，使延伸段作為工藝找正基準MN。由于左右堵的配合面和延伸段均可以在一次裝卡中加工完成，因此能夠保證新舊基準同軸精度。同時，新舊基準位置基本重合，也能避免因前序加工誤差或工件變形等原因導致的誤差，最大程度地保證加工精度。

(3)人機結合。盡管電火花加工在精度和表面缺陷上存在不足，但仍然可以保證位置精度。因此，本方案采取了電火花+手工鉸削的人機結合方式。電火花粗加工、半精加工至保留余量0.2 mm，再使用?8H7手工鉸刀鉸削至要求尺寸。這樣既保證了孔組的位置精度，又保證了孔徑尺寸精度和粗糙度，同時還去除了表面變質層，消除了工件的使用強度風險。

(4)位置精度檢測。位置精度是孔組最重要的檢測項目，但孔組的狹小空間也無法使用三坐標檢測。為了精確地檢測出孔組的位置精度，制作了盤狀試驗件，按上述工藝試加工同參數孔組后代替正式件進行三坐標檢測，而正式件加工后則與相關零件進行實際配裝，間接反映出零件的位置精度。

(5)表面缺陷檢測。雖然使用手工鉸削去除了表面變質層，但表面變質層是否完全去除掉，需要按鍛鋼件無損檢測標準JBT 5000.15—2007《重型機械通用技術條件：第15部分：鍛鋼件無損探傷》規(guī)定的1級進行磁粉檢測，檢測合格，表明缺陷已完全去除。

4 結論

電火花加工作為應用最為廣泛的特種加工方法，適合于硬度高、形狀復雜、空間狹小的金屬零件加工。利用電火花電極形狀不受限制的特點，解決了加工空間狹小的問題，同時使用手工鉸削方式彌補了電火花加工存在零件尺寸精度、粗糙度、表面缺陷等方面的不足，為窄空間精密孔組的加工提供了一種切實可行的加工方法。