特種加工技術在航空精密偶件中的應用

西安航空動力控制公司 徐 敏 趙興龍

本公司主要以電火花成形加工（EDM）設備與電火花線切割加工（WEDM）設備為主，用于加工金屬材料及加工部位導電材料。結合實際產品的生產，現對兩種特種加工方法進行綜合性能的比較分析。

1.電火花加工工藝與實例

圖1 加工零件模型

公司某產品如圖1所示，零件材料為1Cr18Ni9Ti，硬度38～45HRC，若使用機械加工的方法，在凹型腔加工時，由于這種材料硬度不高，但是塑性很好，加工硬化嚴重，同時產品凹型腔處尺寸及形位公差較嚴，使用球頭銑刀銑削時，刀具磨損快，零件尺寸及型腔底部粗糙度無法保證。首次使用電火花加工時，選用GF阿奇夏米爾成形電火花機AQ/SF－100設備，電極為純銅，按凹型腔的尺寸設計電極，加工出的產品型腔底部表面粗糙度值達到Ra=1.6μm，但是凹腔的深度與形狀尺寸不合格，經分析發現這是由于在電火花加工過程中，工具和工件之間有一定放電間隙S，在保證“低損耗，高生產率”的前提下，放電間隙會取較大值，但是當φ30mm的電極棒接觸零件后，由于最高點處的放電熱蝕與消離拋出是最多的，此處電極的消耗也是最快的，導致了零件的加工不合格。在這種高精度復雜形狀的工件加工時，放電間隙是瞬息變化的，它是隨加工面積和形狀復雜程度的變化隨之改變的。因此，為確保成形面的加工質量，在加工中，應根據產品加工精度的不同對加工參數作適當調整，以獲得穩定的加工間隙。通過加工試驗得出了電極消耗的經驗值，認為將電極的最高點在原設計的基礎上放大0.2～0.3mm，原有R圓角不變；在加工過程中，加工電流設為8A，脈沖寬度200ms，脈沖間隔4ms，主軸抬刀比設為2/3，可以解決此類問題的發生，圖2所示為損耗預測后對電極尺寸和形狀進行了補償修正的示意圖。電火花加工中影響成形面加工質量的因素很多，且它們又是相互制約的，加工參數的合理選取與電極的正確設計都將直接影響到工件的各項工藝指標和放電的穩定進行。

圖2 電火花穿孔加工

圖3 柔性快換工裝

公司的產品結構以單件小批量為主，為了提高產品的加工效率與快速調整性，采用瑞士EROWA高精度柔性快速裝夾工具（見圖3），提高裝夾效率，進而實現提高生產率的目的。某軸類產品（見圖4）在加工過程中，在軸徑上均布有mm×10mm的小孔15個、mm×10mm的小孔10個、mm×mm×10mm的方孔10個、mm×mm×10mm的方孔6個，兩種方孔的加工不適合機械加工，同時各組孔的角向關系要求嚴格，電火花穿孔加工作為首選加工方案，φ2mm、φ3mm兩孔在加工時，產品沒有做預孔，但是孔的形位公差很嚴，并且所要加工的孔多，電極磨損很快，不能很好地保證產品在批量加工時的質量，因而將工具電極制作為階梯狀，工具電極分為兩段，如圖5所示，即縮小了尺寸的一段為粗加工段，粗加工時，采用工具電極相對損耗小、加工速度高的方法進行加工，粗加工段加工完成后只剩下較小的加工余量，由精加工段即完成。同時由于4個孔系的角向要求，使用高精度柔性電極快換工裝，零件一次裝夾，4個電極工裝，無需重復對刀，可一次加工完成，既保證了產品質量，又使加工效率大大提高，節省裝夾、找正、對刀的時間。

圖4 加工零件模型

圖5 階梯狀電極

2.電火花線切割加工工藝與實例

在某齒輪產品的加工過程中，齒輪的材料為粉末冶金鋼AHP10V，此加工材料為高釩類多孔結構，并且材料十分耐磨，材料中有相對多的硬質點顆粒，顆粒個體會高達63HRC。所要加工的部位為零件的內花鍵，花鍵長度80mm，花鍵精度等級為DIN4級，齒形、齒向要求較高，在產品加工線切割過程中頻繁斷絲，并且在切割面上出現富于規律的搓板狀，通常直稱為“搓板紋”。嚴重影響產品的交付，經過多次試驗，在以下幾個方面作出相對應的加工方案：①加大單個脈沖的能量，即脈沖幅值和峰值電流，為不使絲的載流量負擔過大，則應相應加大脈沖間隔，使電流平均值不致增加太多。②保持冷卻液的介電系數和絕緣強度，維持較高的火花爆炸力和清洗能力，使蝕除物對脈沖的短路作用減到最小。③適當地提高絲速，使絲向縫隙內帶入的水速加快，水量加大，蝕除物更有效地排出。④提高運絲導絲系統的機械精度。⑤改善變頻跟蹤靈敏度，增加脈沖利用率。⑥選用介電系數更高、恢復絕緣能力更強、流動性和排污解力更強的冷卻液。⑦大幅度提高脈沖電壓，使放電間隙加大，水進入和排出也就比較容易了。通過以上的加工方案，解決了產品的質量及效率問題，最好在對線切割加工前的工件進行熱處理，以避免工件過熱、滲碳和脫碳現象的產生，為以后產品的加工積累了經驗。

3.特種加工技術在航空航天制造中的應用

隨著航空航天事業的發展，特種加工工藝的不斷成長，特種加工越來越發揮出其重要作用，航空航天工業中的各類難切削材料，在單件小批量的加工過程中按常規的機械制造技術都難以勝任，因而將特種加工技術廣泛應用于航空、航天技術，滲透到各種關鍵工藝中，保質保量完成各類科研項目。我國航空航天事業已經進入一個新的時期，特種加工技術也在航空航天工業中應用與日劇增，特種加工技術將在航空航天工業中發揮無比的作用。