朱紅鋼，陳陽，徐佩，王煥琴

（西安航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限公司，陜西西安710021）

蜂窩釬焊后堵孔的電火花補(bǔ)加工工藝研究

朱紅鋼，陳陽，徐佩，王煥琴

（西安航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限公司，陜西西安710021）

對蜂窩焊后形成的堵孔進(jìn)行電火花補(bǔ)加工工藝研究。通過選取合適的工藝方法，對設(shè)備進(jìn)行了改造，制定了正確的工藝流程，并對各參數(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)，最終滿足零件的加工要求。

蜂窩；堵孔；電火花加工

電火花加工是直接利用電能和熱能進(jìn)行加工的工藝方法，在加工過程中工件和工具并不接觸，而是靠工具電極和工件之間不斷的脈沖火花放電產(chǎn)生的局部、瞬時(shí)高溫把金屬材料逐步蝕除掉。

在對某蜂窩零件進(jìn)行電火花磨削后，發(fā)現(xiàn)其蜂窩的蜂格有被釬料堵塞的現(xiàn)象。經(jīng)工藝冶金分析發(fā)現(xiàn)，造成該現(xiàn)象的原因是由于零件焊接后再對不合格處進(jìn)行補(bǔ)焊引起的。由于此時(shí)蜂窩已焊在基體上，只能采取對未焊透部位進(jìn)行局部撒粉，再用膠水固定釬料粉的方法來加載釬料，而蜂格巢孔直徑極?。ā?.8 mm），無法控制撒進(jìn)孔內(nèi)的釬料量，因而會使釬料過多而造成補(bǔ)焊后的零件出現(xiàn)蜂格巢孔的堵塞?？蛻魧@類零件的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定是:含有過量粘接材料的蜂窩可使用替代工藝去除零件上的多余材料；多余材料最少應(yīng)去除到蜂窩寬度和長度的75%；任何周向排列的蜂窩可接受≤2%的處理方法；可使用鉆孔或電火花加工去除材料；若使用電火花加工，則應(yīng)符合表1規(guī)定的極限要求。

表1 使用電火花加工應(yīng)符合的極限要求

1 加工設(shè)備的選取和優(yōu)化

加工初期選用國內(nèi)某公司的ZT-017高速電火花小孔機(jī)，并進(jìn)行了試加工。存在的問題是:①電加工頻率高，深度難以控制，易誤傷其他壁面；②機(jī)床床身大，不易找正巢室的位置，尤其是堵實(shí)的巢室更無法找正。鑒于蜂格巢孔直徑尺寸極小，在大型機(jī)床上無法使工具電極正確定位在蜂格巢孔中，所以設(shè)想的加工方案首先應(yīng)考慮主軸頭和電源需輕巧，便于搬運(yùn)和轉(zhuǎn)動。主軸頭不能大于蜂窩內(nèi)孔尺寸，應(yīng)能使其實(shí)現(xiàn)水平、垂直及各種角度的加工；電源需采用小電阻式脈沖電源，使電源發(fā)生器能產(chǎn)生一個(gè)平穩(wěn)且較低的電流，在該放電參數(shù)下加工時(shí)，電極不易碰傷其他壁面；同時(shí)，試板加工金相檢測需符合金相組織要求。

針對上述問題，對眾多電加工設(shè)備生產(chǎn)廠家進(jìn)行調(diào)研，最后把目標(biāo)鎖定在了韓國生產(chǎn)的某電火花取絲錐小孔機(jī)。該設(shè)備體積較小，便于移動，輸入電源為AC220 V、6 A，主軸伺服行程較大（100 mm），最大功耗500W。設(shè)備外觀見圖1。

圖1 設(shè)備外觀

選定設(shè)備后，進(jìn)行試片的試驗(yàn)和檢測，前期多組試驗(yàn)試片的金相檢查都不合格。經(jīng)分析，它的脈沖電源采用連續(xù)脈沖輸出，在工具電極與工件之間加上固定極性的連續(xù)脈沖電流時(shí)，脈沖的前沿和后沿是互相對應(yīng)的斜線，即前一個(gè)脈沖下降沿的終端與下一個(gè)脈沖上升沿的始端相連。理論上，在兩個(gè)脈沖之間通過的電流既可為一個(gè)極小值，也可為零；但通過近于零值的電流的時(shí)間是瞬間、微爆型的。盡管通過的電流沒有間隔，但在工具電極與工件之間卻不會出現(xiàn)拉弧、燒傷的現(xiàn)象，這是它的優(yōu)點(diǎn)之一。由于該設(shè)備采用的是檔位控制，采用模式MODE為L（低檔），伺服SERVO為2，加工極性為正，電容放電，加工參數(shù)不穩(wěn)定，所以對電源進(jìn)行了改造。將220 V交流電源分解成兩個(gè)100 V直流電源，用電阻器限制放電電流，以滿足電火花加工工藝中最關(guān)鍵的重熔層要求，電流對重熔層的影響是最關(guān)鍵的，改進(jìn)后的電路見圖2。在一次放電的末尾，當(dāng)電流強(qiáng)度極大衰減時(shí)，由于初放電點(diǎn)與剛打出來的坑穴底部距離增大，使電離變得不足，新的脈沖放電不易在這一通道中進(jìn)行；相反，在坑口附近，由于放電產(chǎn)物堆積，使這里的離化條件得到滿足，下次脈沖放電將在坑口附近發(fā)生。這樣，工具電極與工件之間通過的電流就是連續(xù)且有規(guī)律的，不會出現(xiàn)瞬變電流峰值，不會造成重熔層值偏大及其他金相組織變化。通過上述改進(jìn)，滿足了試片電火花加工后的金相組織要求。

圖2 改進(jìn)后的電源電路圖

2 加工技術(shù)難點(diǎn)

2.1 優(yōu)化加工參數(shù)

為滿足金相組織要求，試片的電火花加工參數(shù)需確定下來。由于是初次采用電火花加工蜂窩零件，首先在蜂窩廢件上用釬料人為堵孔，再采用電火花方法對堵孔進(jìn)行補(bǔ)加工，加工后對其進(jìn)行金相組織檢驗(yàn)。由于蜂窩壁薄，無法鑲樣做試件檢驗(yàn)，與客戶討論并經(jīng)其同意，決定使用釬料在試板上堆焊，再用電火花方法在釬料上打孔，這樣既方便、又易判別。經(jīng)反復(fù)試驗(yàn)，最終滿足了重熔層的技術(shù)要求，重熔層厚度僅為0.062mm，且無微裂紋、無晶間腐蝕現(xiàn)象。

2.2 確認(rèn)零件的可加工性

由于采用電火花加工蜂窩堵孔無任何經(jīng)驗(yàn)，對于如何確認(rèn)零件的可加工性、如何使加工更可靠、加工時(shí)需注意的事項(xiàng)、加工結(jié)果及如何判斷加工后是否合格都不明確，且需進(jìn)行補(bǔ)孔處理的共有4個(gè)零件。為摸索電火花加工工藝，只能先從簡單的開始。選擇一件有8處堵孔的蜂窩零件，且都為內(nèi)部堵孔，表面看不出來（圖3）。技術(shù)條件要求為:在零件加工后，所有蜂格單元必須能通過直徑0.51 mm的最小塞規(guī)，最小通過深度在V區(qū)（加工后，蜂窩內(nèi)徑大的一層區(qū)域）為1.91 mm，在W區(qū)（加工后，蜂窩內(nèi)徑小的一層區(qū)域）為2.54mm，此要求不適用于前段和后端部分靠近蜂窩組件上下兩端區(qū)域的單元。此類孔較易加工，因?yàn)楣ぞ唠姌O由部分蜂窩引導(dǎo)進(jìn)入，電極可伸入不合格的孔中；只要掌握加工方法，加工時(shí)認(rèn)真、仔細(xì)，一般不會破壞蜂窩壁。

圖3 內(nèi)部堵孔蜂窩

4個(gè)零件中有2個(gè)是上述情況，即表面未堵實(shí)；另有2個(gè)是表面堵實(shí)的情況（圖4）。其中一件，蜂窩處有大面積堵實(shí)，且判斷不清有幾個(gè)孔被堵，電火花新加工出來的孔也不能保證就是原先蜂窩孔的位置。對于這類情況，只能根據(jù)實(shí)際情況先大概估算出堵實(shí)的蜂窩孔數(shù)，再盡量使電火花加工的新孔均布，且不傷及邊緣蜂窩壁。

圖4 孔被堵實(shí)的蜂窩

2.3 改進(jìn)零件的裝夾方法

目前，由于堵孔零件較集中，總量也不多，且為一次性加工，故加工時(shí)采用的是組合夾具。該夾具的固定性能較好，只是調(diào)整的時(shí)候費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且工裝與設(shè)備都相對固定，要調(diào)節(jié)前后距離，只能選擇較輕的一個(gè)移動，但二者無論移動哪個(gè)都不方便，需要操作熟練后憑經(jīng)驗(yàn)控制力度，否則極易損壞零件。隨著零件訂單數(shù)的逐年增加，后續(xù)設(shè)計(jì)了專用夾具。在原有的整體結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，在夾具后方加一個(gè)搖桿，既能使零件方便轉(zhuǎn)動，也能使零件前后移動，極大地降低了操作難度，提高了打孔效率。

2.4 工具電極的選擇

在工具電極的選擇方面，需考慮兩方面的因素:一是蜂格尺寸的大小，二是檢測塞規(guī)的大小。這就好比孔的上公差和下公差，但蜂格和塞規(guī)本身也有上、下公差。加工目的是既要打掉堵孔的釬料，又要保證不傷及蜂格，這就要考慮到蜂格的最小內(nèi)徑0.61 mm，同時(shí)還要通過最小直徑0.51 mm的塞規(guī)?？紤]到電火花加工時(shí)的放電間隙，最終選用直徑為0.45mm的空心銅管電極。通過試驗(yàn)和正式加工，其效果非常理想。

2.5 工具電極進(jìn)入位置及深度的控制

工具電極進(jìn)入的位置與先前的工裝改進(jìn)有聯(lián)系。因?yàn)榧庸r(shí)要保證工具電極與被加工的蜂格基本垂直，這樣才能保證電極盡量直地進(jìn)入蜂格內(nèi)，不至于因電極偏斜而造成蜂格內(nèi)部孔壁的損傷。因此，若工裝便于調(diào)整，就能控制工具電極進(jìn)入設(shè)定的位置，有效保證了零件的加工要求。

對加工深度的控制，根據(jù)對堆焊釬料進(jìn)行的電火花加工試驗(yàn)，得出的結(jié)論是:釬料較難加工，所用加工時(shí)間較長。但在實(shí)際加工中發(fā)現(xiàn)，對內(nèi)部堵孔的情況，其加工時(shí)間比預(yù)計(jì)的時(shí)間短很多，分析原因是由于蜂格內(nèi)的釬料未完全堵實(shí)。實(shí)際加工中，塞規(guī)插入1/3～2/3時(shí)，只需加工2～3 min，大部分堵孔的加工情況可滿足塞規(guī)深度要求；若還有少量情況仍未滿足要求，則可根據(jù)塞規(guī)深度，再繼續(xù)加工少量時(shí)間，但不能一次加工時(shí)間過長，以免傷及蜂窩壁和基體。

3 零件加工后的檢測

按客戶提供標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，受損蜂窩（彎曲或變形蜂窩，或局部帶材料去除的蜂窩）不應(yīng)超過蜂窩總數(shù)的1/3，包括芯寬度或表1中的極限要求。通過檢驗(yàn)，采用電火花加工后的堵孔能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，合格零件見圖5。

圖5 加工后塞規(guī)深度全部插入視為合格

4 結(jié)語

通過對設(shè)備、參數(shù)、工裝進(jìn)行的各種改進(jìn)，最終完成了對蜂窩釬焊后堵孔的電火花補(bǔ)加工。通過工藝試驗(yàn)，積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，作為一種新的電火花加工工藝方法，目前已應(yīng)用在航空類零件的各種蜂窩補(bǔ)加工工藝中，在生產(chǎn)制造中發(fā)揮著重要作用。

The Repair Technology on EDM for the Plugging Holes of Honeycombed Sealing Ring after Brazing

Zhu Honggang，Chen Yang，Xu Pei，Wang Huanqin
（Xi′an Aero-engine（Group）Ltd.，Xi′an 710021，China）

The research on the problem of plugging hole honeycomb after welding is carried out. Selecting the proper process method，transforming the equipment，formulating the correct process and the reasonable parameters of EDM are completed.The repair technology test of EDM for the plugging holes of honeycombed sealing ring after brazing.

honeycombed；plugging holes；EDM

TG661

A

1009－279X（2015）01－0058-03

2014-12-12

國家科技重大專項(xiàng)課題資助（2014ZX04001061）

朱紅鋼，男，1963年生，高級工程師。