電火花加工技術(shù)在航空發(fā)動機鼠籠制造中的應(yīng)用

哈劍義　王蓮

摘 要：本文以某航空發(fā)動機零件“鼠籠”為載體，說明電火花加工技術(shù)在薄壁“鼠籠”零件加工中的應(yīng)用，它能有效的防止零件因機械加工所產(chǎn)生的變形。電火花加工作為可靠的加工技術(shù)在航空發(fā)動機零件加工上應(yīng)用廣泛，特別是對于難加工材料和薄壁易變形零件的加工，更有不可替代的優(yōu)點；電火花加工技術(shù)解決了“鼠籠”類薄壁零件加工變形問題，在應(yīng)用中取得了很好的加工效果?，F(xiàn)已用在航空發(fā)動機鼠籠零件加工中。

關(guān)鍵詞：鼠籠；電火花加工技術(shù)；控制變形

中圖分類號： V261 文獻標識碼：A

某航空發(fā)動機鼠籠，是該航空發(fā)動機的重要件，該零件結(jié)構(gòu)復雜，其尺寸精度高、技術(shù)條件要求極為嚴格，有特殊的鼠籠結(jié)構(gòu)，加工變形大，機械加工方法很難確定。由于該零件64個鼠籠槽結(jié)構(gòu)特殊，應(yīng)用銑削加工方法會使零件變形嚴重，無法達到零件最終的設(shè)計要求， 所以應(yīng)用電火花技術(shù)，實現(xiàn)64個鼠籠槽的粗加工，消除了零件加工變形因素的影響，采用精銑和最終精密磨削的方法，保證了零件的10個特性尺寸及最終設(shè)計要求。

1.工藝分析

鼠籠是環(huán)形薄壁零件，材料為1Cr12Ni2WMoVNb；其結(jié)構(gòu)復雜，尺寸精度高、技術(shù)條件要求嚴格，在工藝制造的過程中較難加工保證。鼠籠安裝邊最大外徑尺寸φ244mm，長度130mm；定位環(huán)尺寸φ217h6mm，鼠籠外圓尺寸φ215h8mm，徑向壁厚尺寸3+0.1mm，軸向長度40±0.1mm，周向?qū)挾?.4±0.05mm；64個鼠籠槽均布，槽孔間壁厚3.14mm；對于該零件需要制定合理可行的加工工藝方案，重點是解決薄壁變形問題；另外在外型上有端面槽，花邊，精密孔，螺紋結(jié)構(gòu)，外圓有除鼠籠槽之外的徑向孔，內(nèi)孔有MJ螺紋，半圓槽和鎖片槽等；內(nèi)外圓配合面對基準A、B的跳動0.02mm，法蘭端面平行度0.015mm，內(nèi)孔圓柱度0.008mm；64個鼠籠槽結(jié)構(gòu)是該零件的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，該零件的全部加工難點都集中在解決鼠籠槽加工問題上，只有在加工64個徑向長槽時不產(chǎn)生大的加工變形，該零件最終精加工才有可能滿足最終的設(shè)計特性要求。采用電加工方法可以減少零件變形。但是電加工表面遺留的重熔層和粗糙度不能滿足設(shè)計質(zhì)量要求，所以，在工藝安排上將鼠籠槽電加工作為粗加工方法，目的是去除鼠籠槽余量，減少加工變形；在四坐標上精銑的方法達到設(shè)計要求。該零件工藝編制的關(guān)鍵就是在整個工藝過程中采用對零件變形影響最小的加工方法，最大可能的控制零件加工變形，在夾具設(shè)計和走刀路線上和切削力方向上重點給予考慮，零件的尺寸和技術(shù)條件就能夠得到保證。

1.1工藝路線

毛料（鍛件）——粗加工（在穩(wěn)定熱處理前加工出設(shè)計規(guī)定的大致輪廓，使零件余量大致均勻）——穩(wěn)定化處理（消除前面機械加工的切削應(yīng)力，以減小零件的變形）——半精加工（修復穩(wěn)定處理后零件的變形，為精加工作準備）——精加工（達到設(shè)計圖樣的要求）。

工藝路線安排如下：車第一面→車第二面→超聲波 →粗車一面→粗車二面→穩(wěn)定處理→細車一面→細車二面→精車一面并拋光→精車二面→電加工鼠籠槽→磨內(nèi)孔、拋光→銑花邊、鉆鉸孔 → 去毛刺→磨外圓端面→磨內(nèi)孔→鉆鉸孔→研磨大端→ 銑凸耳及槽并鉆鉸孔→倒角、去毛刺→標印→ 插槽→銑圓弧→去毛刺→精銑鼠籠槽→銳邊倒圓并拋光→拋光鼠籠槽→洗滌→磁力探傷→洗滌→最終檢驗→包裝入庫。

1.2 電火花夾具

由于電火花加工無切削力，夾具的作用是將零件固定在機床旋轉(zhuǎn)工作臺上，零件外圓面可用來找正，使零件中心與旋轉(zhuǎn)工作臺同軸，所以用一個簡單的夾具，內(nèi)孔粗定位，壓緊螺栓從內(nèi)孔伸出，端面壓緊；也可以采取組合夾具，實現(xiàn)上述功能。

1.3 電極結(jié)構(gòu)

電極采用分體結(jié)構(gòu)，由電極夾頭和電極兩部分組成；電極材料紫銅，形狀與被加工鼠籠槽形狀相同，留有放電間隙0.1mm左右（單邊）；電極夾頭材料可用45鋼，其結(jié)構(gòu)體現(xiàn)夾頭的功能，一端有與電極相同尺寸的槽孔，用于插入電極靠螺釘固定，另一端是φ10mm的圓柱，用于連接電極主軸。

2.加工試驗

2.1電加工

電火花加工是利用兩個金屬導體之間放電產(chǎn)生的電蝕現(xiàn)象進行加工的方法。兩個金屬導體在介質(zhì)中相互接近時，由于電場效應(yīng)在最近的距離處擊穿介質(zhì)，產(chǎn)生電離通道，高密度的電子通過通道打在金屬導體上產(chǎn)生高熱，將這個高熱點的金屬熔化或氣化，蝕除物由加工介質(zhì)流動帶出加工區(qū)，在金屬表面形成一個凹穴，無數(shù)次這樣的放電在金屬表面形成無數(shù)個凹穴，達到對金屬導體加工的目的。凹穴的大小和深淺決定了被加工零件表面的粗糙度。凹穴越大越深，表面粗糙度越差；反之，凹穴越小越淺，表面粗糙度越好。

在點火花放電時，每次放電產(chǎn)生的凹穴越大越深，則被蝕除物生成越多，即生產(chǎn)效率越高。而放電凹穴的大小、深淺以及電離通道的長短（即放電間隙的大?。Q定于每次電脈沖的能量大小。能量越大，凹穴就越大越深，放電間隙也越大。為提高加工生產(chǎn)效率，必須增大電脈沖的電流峰值。

2.1.1脈沖寬度、停歇、峰值電流對加工的影響

在脈沖的峰值電壓、電流一致時，脈沖寬度越寬脈沖能量越大，加工生產(chǎn)率越高。在相同條件下，脈沖停歇時間越長，加工時間越短，生產(chǎn)效率下降。脈沖峰值電流越大，單個脈沖的能量值越大，加工生產(chǎn)效率亦越高。但是，當脈沖寬度和峰值電流達到一定數(shù)值時，雖然單個脈沖能量很大，但由于熱能過于集中以及被除蝕物產(chǎn)生過多，將使排渣、排氣等條件變得惡劣，產(chǎn)生電弧，加工效率反而會大大下降。

2.1.2加工面積對加工的影響

當加工面積較小時，間隙中氣化的物質(zhì)增加，大量的氣體排除了介質(zhì)液體，引起在氣體中放電，不利于蝕除物的排除，易產(chǎn)生電弧，使加工效率下降。當加工面積增大時一般情況下加工生產(chǎn)效率不會受到影響。但面積大到一定數(shù)值時，加工面積中間部位的排渣不良，生產(chǎn)效率下降。

2.2鼠籠零件電加工

鼠籠零件上64個均布的徑向鼠籠槽，每個槽的表面積約為236mm2，相鄰槽之間的角度為α=360°/64=5.625°，利用電火花磨床工作臺分度功能進行分度，應(yīng)用導電性、熱傳導性良好的銅電極進行角向定位電火花放電加工，既電加工；從而實現(xiàn)零件上64個均布的徑向鼠籠槽的加工。由于所采用數(shù)控電火花蜂窩磨床“TZ-033”的數(shù)控編碼只能識別小數(shù)點后兩位，為了使角向積累誤差不因此增加，在具體編程時，有意控制相鄰角度的增量值，在小數(shù)點后面的第三位上，或加或減0.5，使第二位變成整數(shù)。所編制程序簡要如下：

G00 X0.00 Y0.00 Z0.00 C0.00

G01 X-10.00

G00 X3.00

G00 C5.62

G01 X-10.00

……

48 G00 X3.00

49 G00 C90.00

50 M01

51 G01 X5.00

52 M02

53 END

2.2 電加工參數(shù)

零件采用材料為1Cr12Ni2WMoVNb；根據(jù)該材料的電蝕特性經(jīng)加工實驗所獲得的最佳電加工參數(shù)是：

間隙電壓：50V；電流：10A；周率25Υs；效率7%；高壓：2V；側(cè)隙：0.12mm。

2.3 技術(shù)條件保證

電加工鼠籠槽單邊留0.3mm～0.5 mm余量，之后用四坐標銑床進行精銑，在小切削力的前提下進行加工，將電加工重熔層去除；保證鼠龍槽尺寸精度，位置精度和表面粗糙度滿足設(shè)計要求。

3.結(jié)果討論與分析

電火花加工是解決薄壁易變形的加工方法，加工過程中不受切削力的作用；鼠籠采用電火花加工去除大部分余量。從加工結(jié)果看，加工工序安排和設(shè)備選擇合理，有效地控制零件的變形，達到零件最終的設(shè)計要求。

參考文獻

[1]柯明揚.機械制造工藝學[M].北京：北京航空航天大學出版社，1996.endprint