電火花加工技術在航空發(fā)動機鼠籠制造中的應用

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在薄壁“鼠籠”零件加工中的應用，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在航空發(fā)動機零件加工上應用廣泛，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；電火花加工技術解決了“鼠籠”類薄壁零件加工變形問題，在應用中取得了很好的加工效果。現(xiàn)已用在航空發(fā)動機鼠籠零件加工中。

關鍵詞：鼠籠；電火花加工技術；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)構復雜，其尺寸精度高、技術條件要求極為嚴格，有特殊的鼠籠結(jié)構，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)構特殊，應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計要求， 所以應用電火花技術，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)構復雜，尺寸精度高、技術條件要求嚴格，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，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)構是該零件的關鍵結(jié)構，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計要求。該零件工藝編制的關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

電極采用分體結(jié)構，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（即放電間隙的大小）決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，加工工序安排和設備選擇合理，有效地控制零件的變形，達到零件最終的設計要求。

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