電火花和線切割在航空產品加工零件表面質量的控制

高永峰

（沈陽黎明航空發動機（集團）有限責任公司，遼寧 沈陽 110043）

1 概述

電火花加工又稱為放電加工（Electrical Discharge Machining，簡稱EDM），它是在加工過程中，使工具和工件之間不斷產生脈沖性的電火花放電，靠放電時局部、瞬時產生的高溫把金屬蝕除下來；電火花線切割加工（Wire Cut EDM，簡稱WEDM）是在電火花基礎上發展起來的一種工藝形式，是用線狀電極（鉬絲或銅絲）靠火花放電對工件進行切割。

電火花、線切割的主要優點有：

適合于難切削材料的加工；可以加工特殊及復雜形狀的零件；加工過程中工具和工件之間不存在顯著的機械切削力。

由于電火花及線切割加工具有許多傳統切削加工所無法比擬的優點，目前已被廣泛應用于機械、航空、電子、輕工等行業，用以解決難加工材料及復雜形狀零件的加工問題。

2 電火花、線切割加工零件的表面變質層

電火花、線切割等特種加工采用電蝕的方法去除金屬材料，加工過程中，在火花放電的瞬時高溫和工作液的快速冷卻作用下，材料的表面發生了很大的變化，粗略地可把它分為重熔層和熱影響區（見圖1）。

2.1 重熔層，位于工件表面最上層，它被放電時瞬時熔化而又滯留下來，受工作液快速冷卻而凝固，它與基體金屬完全不同，組織脆性大，與內層的結合也不甚牢固。

2.2 熱影響區，介于重熔層和基體之間，熱影響區的金屬材料并沒有熔化，只是受到高溫的影響，使材料的金相組織發生了變化，它和基體材料之間并沒有明顯的界限。

圖1 重熔層和熱影響區

3 電火花、線切割加工零件的質量要求

目前，國內的民用產品一般情況下允許使用特種加工，對特種加工的表面質量沒有提出進一步的檢查要求。而航空產品則對特種加工有嚴格的限制，只有當設計圖紙上直接作出規定，或用常規的機械加工方法去除(已電火花加工表面)大于0.25mm的切削余量時，才允許使用特種加工；同時，對特種加工工藝過程進行嚴格的控制，確保零件加工表面的組織穩定并控制在有效范圍內。

電火花、線切割加工零件的表面，除了尺寸和表面粗糙度檢查外，應重點對重熔層進行檢查和控制，見表1

表1 重熔層控制標準

注：重熔層中應無裂紋、麻點及液珠狀懸掛物，重熔層下的基體材料中應無裂紋、氧化物、內粒狀析出且無熱影響造成的顯微組織的變化。

4 控制要求

4.1 設備要求。設備必須具備適當的帶有足夠的儀器和控制手段的直流電源以便控制工藝參數，電介質循環系統必須具有從電介質溶液中分離顆粒的過濾能力，這些顆粒可能導致起弧或對零件產生其它形式的破壞。

4.2 電介質的控制。電介質的選擇應根據電火花、線切割加工設備制造商的推薦，并依靠承擔的加工類型。電介質的過濾標準應是小于5微米（5μm），并應用測量導電率的方法監控去離子水。

4.3 電極。用于加工零件的電極必須在相關的電火花加工數據單中標識；線切割使用的金屬絲應采用材料技術條件和直徑標識和控制。

4.4 加工程序。必須使用記錄在數據單上的加工參數，確保安裝夾頭、工藝裝備、電介質流體、電極間隙等符合數據單上的參數。

5 加工實例

5.1 我公司的某項航空產品，零件材料為9Cr18，需加工型孔尺寸如圖2所示，粗糙度為R a1.6。

圖2 加工零件示意圖

5.2 根據經驗，我們選擇了用慢走絲線切割機床加工該型孔，設備型號為AQ360，并很容易保證了該零件型孔的尺寸及精度要求，但在產品提交后卻被客戶拒收，原因是實際加工零件的重熔層深度為0.018-0.022mm，大于設計規范要求的0.010mm，產品不能滿足客戶要求。

5.3 為了尋求盡可能好的加工條件，需要依次對零件進行幾次循環加工，根據線切割機床專家系統推薦的參數和加工組合方式，進行了多次對比試驗，并優化了技術參數，見表2。

表2 線切割加工數據表

5.4 使用記錄在數據單上的加工零件，重熔層深度0.004-0.006mm，小于設計規范要求的0.010mm，，零件滿足了客戶要求，并能夠保證穩定的批量生產。

結語

與民用產品產品相比，航空產品對電火花、線切割等特種加工有更嚴格的標準和要求包括限制特種加工的應用范圍；對加工產品的質量特別是微觀質量定義了量化的驗收標準；特種加工必須經過嚴格的審批流程；固化加工程序，按標準模式生產零件。

通過上述措施，航空產品零件的特種加工質量穩定，大大提高了航空產品的安全性、可靠性和使用壽命。航空產品的有關特種加工要求及質量控制標準、方法，可在國內的民用產品及外貿產品生產中推廣應用。

[1]程化一.電火花套料加工實驗及其計算機仿真的研究[D].武漢理工大學，2007-04-01.

[2]朱國征.氣中微細電火花加工技術工藝研究[D].哈爾濱工業大學，2009-06-01.