郭學(xué)杰，曹天亮，張俊浩，王臻，劉風(fēng)

燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)匣制造中電火花加工技術(shù)的應(yīng)用

郭學(xué)杰，曹天亮，張俊浩，王臻，劉風(fēng)

考慮到電火花加工時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況留出合理的放電間隙，并且在進(jìn)給深度上對工具電極的損耗進(jìn)行補(bǔ)償，分析幾例電火花加工技術(shù)在燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)匣制造上的應(yīng)用，總結(jié)燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)匣材料與結(jié)構(gòu)的升級改進(jìn)技術(shù)，認(rèn)為電火花加工技術(shù)會更廣泛地應(yīng)用于燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)匣制造中。

燃?xì)廨啓C(jī)；機(jī)匣制造；電火花加工

電火花加工技術(shù)由于其獨(dú)特的優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)療、航空航天、通信電子等領(lǐng)域，尤其是電火花技術(shù)在微小軸、小孔加工及微三維結(jié)構(gòu)制作方面已經(jīng)顯示出了相當(dāng)大的發(fā)展?jié)摿Γ艿绞澜绺鲊鴮W(xué)者的普遍關(guān)注[1]。國外的微細(xì)電火花加工技術(shù)已步入工業(yè)應(yīng)用階段，例如，瑞士Sarix公司研制出可以5軸聯(lián)動(dòng)的電火花加工機(jī)床SX-100-HPM。日本松下生產(chǎn)了一種商品化高精度微細(xì)電火花加工機(jī)床MG-ED82W，該機(jī)床適用于微力傳感器、微加速度計(jì)、微噴頭等微機(jī)電系統(tǒng)的研制生產(chǎn)[2]。國內(nèi)以南京航空航天大學(xué)[3]、哈爾濱工業(yè)大學(xué)[4]與清華大學(xué)[5]為代表也在此領(lǐng)域取得了較大進(jìn)展，開發(fā)出各種類型的維細(xì)電火花加工裝置。

傳統(tǒng)機(jī)械制造領(lǐng)域中的微小孔加工是由刀具對工件施以機(jī)械力達(dá)到材料去除的效果，但此種加工方法使用的鉆頭直徑細(xì)小，極易折斷在工件中。增澤隆久[6]通過在線制作工具電極，成功加工出直徑為5 μm的微孔。余祖元等[7]結(jié)合電極行星運(yùn)動(dòng)與工件施加超聲波振動(dòng)，在不銹鋼上加工出平均直徑120 μm，深徑比達(dá)29的微孔,代表這一領(lǐng)域的最新進(jìn)展。此外，余祖元等[8]采用維小電極通過均勻損耗補(bǔ)償?shù)姆椒庸こ鑫⑿∪S汽車模具型腔，并制作出微汽車模型。

燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)匣類零件較多，按照設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可以分成兩大類：環(huán)形機(jī)匣與箱體機(jī)匣。隨著機(jī)匣結(jié)構(gòu)的持續(xù)改進(jìn)與難加工材料的廣泛應(yīng)用，機(jī)匣的制造需要采用很多先進(jìn)制造技術(shù)，比如，在加工機(jī)匣環(huán)形件的異型孔時(shí)，采用數(shù)控激光切割技術(shù)；在蜂窩密封結(jié)構(gòu)的機(jī)匣采用蜂窩釬焊與蜂窩表面電火花磨削技術(shù)[9]。電火花成形加工包括穿孔與型腔加工兩大類[10]，本文提出了電火花加工高精度穿孔與型腔的方法，即對放電間隙與電極軸向損耗進(jìn)行補(bǔ)償，同時(shí)還列舉了幾例電火花加工技術(shù)在燃機(jī)輪機(jī)機(jī)匣制造上的應(yīng)用實(shí)例。

1 電火花加工小孔

電火花加工小孔，尤其是孔的尺寸精度要求較高時(shí)，需考慮電火花加工的放電間隙與工具電極損耗?？讖降挠?jì)算公式為

D=d+2e

(1)

式中：D為目標(biāo)孔徑；d為電極直徑；e為放電間隙。

工具與工件材料，工作液種類，極性，加工參數(shù)決定放電間隙孔的進(jìn)給深度，計(jì)算公式如下。

(2)

(3)

式中：H1為進(jìn)給深度；H為目標(biāo)孔深；m為工具電極的絕對損耗率，mm3/min；M為工件的加工速度，mm3/min；v為工具電極相對損耗。

產(chǎn)品鉆孔之前，需首先進(jìn)行工藝試驗(yàn)。工藝試驗(yàn)用的工具電極材料與試驗(yàn)件材料、極性、工作液與產(chǎn)品加工時(shí)一致；加工參數(shù)(放電脈寬、峰值電流)與產(chǎn)品加工時(shí)一致。通過工藝試驗(yàn)測算出產(chǎn)品加工狀況下的放電間隙e與工具電極的相對損耗v，通過式(1)控制孔徑，通過式(3)控制孔深。

2 電火花加工型腔

電火花加工型腔是一種仿形加工，即根據(jù)工件被加工部位的形狀與尺寸來制作工具電極的形狀與尺寸，兩者之間留出放電間隙。如圖2所示，以燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)匣中的第一級鑲嵌件為例，內(nèi)側(cè)型面有若干長寬3 mm、深2.5 mm型腔，型腔側(cè)壁厚度0.2～0.4 mm。通過成型電極可一次加工多個(gè)型腔，成型電極的多次使用需注意電極的損耗，根據(jù)式(3)在進(jìn)給深度上進(jìn)行補(bǔ)償，圖3為第一級鑲嵌件電火花加工型腔的實(shí)物圖。

3 電火花加工的其他用途

電火花可以加工任何導(dǎo)電材料，不受材料硬度影響，且加工時(shí)“無切削力”，有利于加工小孔、薄壁、窄槽，以及各種復(fù)雜型面的零件。針對這一特點(diǎn)，電火花加工有一些特殊用途，比如，機(jī)加工中出現(xiàn)刀片斷裂且嵌入在窄槽底端，無法取出；絲錐攻絲時(shí)斷在孔內(nèi)，取絲器無法取出時(shí)，均可采用電火花加工的方法解決上述問題。

以燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)匣中的承力機(jī)匣為例，承力機(jī)匣有大量螺紋孔(500個(gè)左右)，很多螺紋孔在異型曲面上且螺紋孔較小時(shí)，有一定的概率絲錐斷在螺紋孔內(nèi)。承力機(jī)匣斜面上M6螺紋孔(深10 mm)攻絲時(shí)，絲錐斷在孔內(nèi)，采用取絲器很難取出絲錐或者取出后破壞底孔。而采用電火花在絲錐處打孔后很容易取出絲錐，且底孔不會破壞。

4 結(jié)論

電火花加工的特點(diǎn)使其有利于加工小孔、薄壁、窄槽及各種復(fù)雜型面的零件。為了獲得高精度小孔與型腔，電火花加工時(shí)需根據(jù)實(shí)際情況留出合理的放電間隙，并且在進(jìn)給深度上對工具電極的損耗進(jìn)行補(bǔ)償。因此在產(chǎn)品加工之前，需首先進(jìn)行工藝試驗(yàn)。工藝試驗(yàn)用的工具電極材料與試驗(yàn)件材料、極性、工作液與產(chǎn)品加工時(shí)一致，且加工參數(shù)(放電脈寬、峰值電流)與產(chǎn)品加工時(shí)一致。通過工藝試驗(yàn)測算出產(chǎn)品加工狀況下的放電間隙e與工具電極的相對損耗v。

電火花加工存在“二次放電”現(xiàn)象，即加工屑隨加工液向外排的過程中，與產(chǎn)品已加工表面發(fā)生非正常的放電。具體反映在所加工的孔與型腔側(cè)壁在加工深度方向產(chǎn)生斜度，如何盡量減小“二次放電”的影響是下一步研究的方向。

[1] 趙萬生,韋紅雨,狄士春,等.微細(xì)電火花加工的新進(jìn)展[J].儀器儀表學(xué)報(bào),1996,17(1):65-69.

[2] 殷國強(qiáng).電火花加工微孔的深徑比理論模型研究[D].大連:大連理工大學(xué),2010.

[3] 顏國正,趙國光,余承業(yè).微小型任意行程電磁沖擊式納米級步距驅(qū)動(dòng)裝置及其控制技術(shù)的研究[J].儀器儀表學(xué)報(bào),1996,17(4):391-395.

[4] 馮曉光.蠕動(dòng)式壓電微小型電火花加工裝置及加工工藝的研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué),1997.

[5] 李勇.蠕動(dòng)式壓電/電致伸縮微進(jìn)給定位機(jī)構(gòu)的研究進(jìn)展[J].中國機(jī)械工程,1999,10(12):1410-1412.

[6] Masuzawa T. State of the Art of Micromachining[J]. Annals of the CIRP,2000,49(2):473-488.

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[8] 余祖元,郭東明,賈振元.微細(xì)電火花加工技術(shù)[J].中國科技論文在線,2007,2(3):214-220.

[9]《透平機(jī)械現(xiàn)代制造技術(shù)叢書》編委會.機(jī)匣制造技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2002.

[10] 楊叔子.機(jī)匣加工工藝師手冊[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2006.

(武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司，武漢 430084)

Application of the Electrical Discharge Machining Technique in Manufacturing of Gas Turbine Casings

GUO Xue-jie, CAO Tian-liang, ZHANG Jun-hao, WANG Zhen, LIU Feng

(Wuhan Marine Machinery Plant Co., Ltd, Wuhan 430084, China)

In the electrical discharge machining process, a reasonable discharge gap needs to be reserved according to practical situations, and compensation on the loss of a tool electrode is performed on the feeding depth. A number of application examples of the electrical discharge machining technique on manufacturing of gas turbine casings were enumerated. It can be concluded that this technique can be more widely applied to manufacturing of gas turbine casings along with up grading and improvement of the materials and structures.

gas turbine; casing manufacturing; electrical discharge machining

10.3963/j.issn.1671-7953.2017.01.020

2016-07-14

郭學(xué)杰(1987—)，男，碩士，助理工程師研究方向:精密加工，數(shù)控加工

U671

A

1671-7953(2017)01-0081-03

修回日期：2016-08-23