電火花技術(shù)在蜂窩環(huán)形件表面精加工中的研究

賀欣HE Xin；王飛WANG Fei

（中航工業(yè)沈陽黎明航空發(fā)動機（集團）有限責任公司，沈陽 110043）

（AVIC Shenyang Liming Aero-Engine Group Corporation，Shenyang 110043，China）

0 引言

航空發(fā)動機廣泛使用的密封件—蜂窩結(jié)構(gòu)環(huán)是典型的薄壁低剛度工件。其正六邊形蜂窩的壁厚只有（0.05-0.06）mm，自身剛度極差，其材質(zhì)多為耐熱合金。采用常規(guī)機械加工（車削或磨削）時，在機械切削力作用下，大部分材料無法自基體切除而倒向一邊，將蜂窩孔堵塞，不能夠滿足使用要求。而電火花磨削時電極與工件間作用力很小，不致引起低剛度工件的機械變形，而且蜂窩結(jié)構(gòu)類型工件的蝕除余量很小，采用電火花磨削的加工效率還是較高的。實踐證明，采用電火花磨削加工工藝，對蜂窩結(jié)構(gòu)的成形效果很好，其加工效率高于機械磨削加工。

1 試驗背景介紹

本試驗用材料為蜂窩零件，數(shù)量4 個，蜂窩材料為1Cr18Ni9Ti，厚度為0.05mm。此次試驗采用的是180#電火花油。使用設(shè)備為數(shù)控電火花磨床，主要由機床本體、數(shù)控及脈沖電源系統(tǒng)，工作液循環(huán)過濾系統(tǒng)三部分組成。

工作液箱用來盛放工作液，一般為煤油或為電火花專用工作液，其閃點必須在70°以上。

2 技術(shù)要求

表面無劃碰傷及燒傷現(xiàn)象，保證蜂窩面輪廓度0.254，光度3.2，通過金相組織檢查不允許存在顯微裂紋、晶間腐蝕及晶間氧化、合金元素及碳化物貧化、重熔層厚度不超過0.05mm、麻坑深度不超過0.05mm。

3 試驗準備

采用紫銅電極，電極極性為正極。蜂窩結(jié)構(gòu)的環(huán)形組件一般是由多個扇形段組合而成，通過在裝配過程中定位，靠基準而組裝在一起，所以在電火花磨削加工時也應(yīng)該以零件的基準面為基準實行定位加工。只有這樣，才能保證加工出的零件能夠滿足發(fā)動機的裝配和使用要求。為了提高加工效率，夾具可以同時裝夾16 個零件，但是必須對稱裝夾。零件浸入電介質(zhì)中，下沖液。另外為了有利于排渣，加工時電極自轉(zhuǎn)并每周抬刀。

4 工藝流程

①檢查零件表面有無劃碰傷。②檢查夾具基準面，不允許有污物和銹蝕，打表找正夾具基準面跳動0.02max。③對稱裝夾4 個零件，找正零件基準與夾具基準面間隙0.05max，用最大0.06mm 的塞尺檢查零件與夾具之間間隙，確保塞尺不能通過，塞尺使用前用千分尺檢查。④檢查電極不允許切削面有污物和劃痕。⑤裝夾電極，將電極棒裝入電極旋轉(zhuǎn)頭，緊固彈簧夾頭將其固定，將電極套在電極棒上，擰緊電極下方的螺帽，使電極固定在電極棒上不松動。⑥找正電極：打表找正切削面垂直度不大于0.01mm。

5 電參數(shù)的選取

工藝參數(shù)的優(yōu)選對蜂窩結(jié)構(gòu)件的加工質(zhì)量十分重要。由于工藝參數(shù)對產(chǎn)品的質(zhì)量有著直接的關(guān)系，此次選用4個樣件，在不同的加工參數(shù)下進行實驗。具體如表1 所示。

表1 電加工參數(shù)

6 操作注意事項

①進給量大小。當采用電火花磨削加工時，加工尺寸難以檢測。工具電極進給到X 軸某個位置時，測量工件孔徑總與預(yù)計值不符，有時偏大，有時又偏小，這一現(xiàn)象主要是進給不均勻。精加工階段，應(yīng)當頻繁進給，每次進給量不應(yīng)超過一定尺寸，防止各部分放電不均勻而導(dǎo)致圓度誤差加大。對此我們在精加工過程中，每次進給量不超過0.02mm，從而防止各部分放電不均勻而導(dǎo)致圓度誤差加大。

②工作液對零件表面質(zhì)量的影響。在電火花加工中，工作液的排渣是一項非常重要的技術(shù)。如果對排渣處理得不好，會使加工速度明顯下降，有時會使電極損耗大幅度增加，更為嚴重的是會產(chǎn)生連續(xù)電弧放電，甚至燒毀電極與工件，因此可以說，排渣技術(shù)是十分重要的。

為此，本試驗中采取了以下工作：

①下沖液。下沖液是在工件的下方安裝一個油杯，將沖油口連接油杯側(cè)壁進口，在工件底面開一進油孔與油杯上方的開口相通，加工過程中，新鮮的工作液不斷地從油杯流入放電間隙，污染了的工作液從工件上口排出。但是存在以下幾個問題：1）放電時產(chǎn)生的大量氣體，有時會積存在油杯中，如果不及時排除，會產(chǎn)生“放炮”現(xiàn)象，使工件產(chǎn)生位移而使夾具報廢。所以在電極上鉆幾個小孔及時排氣并且配合定時抬刀排氣。2）下沖液不能太大。太大，雖清潔了放電間隙，但同時會使間隙中的溫度下降，使間隙中的有利于“復(fù)蓋效應(yīng)”的物質(zhì)大量減少，這會增加電極的損耗，使電極出現(xiàn)凹形。因此，一般用弱沖液為好。②抬刀排渣。由于該設(shè)備有定時抬刀開關(guān)和放電時間，招刀時間調(diào)整功能，可以定時地，周期地抬起電極。當電極抬起時，新鮮的工作液會注入間隙；當電極下降時，會將間隙中帶有蝕除物的工作液擠壓出去，從而形成排渣。此方法可以避免電極的損耗增加。③避免加工過程中出現(xiàn)“大小頭”現(xiàn)象。由于電火花磨削蜂窩密封環(huán)時，工具電極在Z 向是固定的，工具電極的側(cè)面母線若傾斜，將直接影響到工件的內(nèi)孔尺寸。所以加工前用工具電極下端面觸及蜂窩環(huán)上表面，坐標清零后，X 向退刀，Z 軸下降高度應(yīng)超過密封環(huán)工作高度1.5-2mm，便可以防止蜂窩環(huán)出現(xiàn)臺階。

由于此零件蜂窩不是一層，所以加工時采取自下而上的加工方式。一來加工蝕除物不致大量沉積到未加工蜂窩內(nèi)，避免了加工不穩(wěn)定（易產(chǎn)生電弧灼傷）；二來對刀時稍有不慎，不會碰傷已加工表面。

7 實驗結(jié)果檢測

通過檢測，判斷加工質(zhì)量。檢測所有尺寸，輪廓度限制在0.25mm。將加工的零件通過線切割加工成（5×10）mm試片，對其進行金相檢測。通過金相試驗檢查微裂紋狀況、晶間腐蝕及晶間氧化情況、合金元素及碳化物貧化情況及麻坑情況。通過檢測，第一組和第三組合格，而第二組和第四組由于重熔層厚度大于0.05mm 而不合格。可以在今后的生產(chǎn)中選取第一組、第三組加工參數(shù)。通過金相檢查，以此參數(shù)進行的電火花加工沒有對零件產(chǎn)生晶間腐蝕、晶間氧化，沒有合金元素及碳化物貧化現(xiàn)象，也未見麻坑出現(xiàn)，符合電火花加工蜂窩技術(shù)的要求。

8 結(jié)論

電火花加工能夠滿足蜂窩表面精加工的需求，而且此種加工方法適用于大批量生產(chǎn)，其加工尺寸精度高，表面質(zhì)量能夠滿足使用要求。為今后該產(chǎn)品大批量生產(chǎn)提供了實踐基礎(chǔ)。電火花精加工蜂窩表面可以采用紫銅電極；電火花加工使用專用電火花工作液能夠有效的滿足蜂窩表面精加工過程順利進行；采用下沖液方法可以保證工作液始終保持較好的工作狀態(tài)；電參數(shù)對加工表面質(zhì)量有很大影響。

9 對今后工作的建議

盡管本文對電火花精加工蜂窩進行了實驗和基礎(chǔ)性原理研究，也將此項技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)實踐中，取得了一定的成果及進展，但在今后的生產(chǎn)中，為了能夠獲得更高質(zhì)量的產(chǎn)品。以下是作者對下一步研究工作的建議：①建議將工作電極改為更加經(jīng)濟便宜的石墨電極，以降低生產(chǎn)成本。②建議在今后生產(chǎn)過程中，通過正交試驗法再多試驗幾組電參數(shù)，獲得最佳工藝參數(shù)，以獲得更好的表面質(zhì)量，提高產(chǎn)品的使用性能。

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