王志春
(桂林航天電子有限公司,桂林,541002)
隨著硬材料的銑削技術(shù)的應(yīng)用以及3D打印技術(shù)的發(fā)展,精密電火花成型加工技術(shù)的應(yīng)用范圍逐漸收窄,因此,高精度且細(xì)微的加工更應(yīng)成為其主要研究方向。用電火花加工小孔在難切削金屬材料中,它在精度和深徑比等方面有一定的優(yōu)勢(shì),而小孔通常指的是在¢0.3至¢3mm范圍的孔,深孔是指深徑比大于20︰1的孔,用普通電火花機(jī)床加工小孔其深徑比通常小于20︰1,而隨著加工深度增加,其加工速度急劇下降,加工條件迅速惡化,以至于難以加工到預(yù)定深度[1]本文將結(jié)合實(shí)踐來論述如何實(shí)現(xiàn)深徑比達(dá)25︰1的精密小深盲孔加工,并將成果運(yùn)用到生產(chǎn)工作中。
高速小孔機(jī)雖然能實(shí)現(xiàn)小孔的加工,但加工后的孔壁直徑大小不均勻且粗糙,無法實(shí)現(xiàn)放電規(guī)準(zhǔn)隨平動(dòng)量的增加而逐漸變小的精加工,所以常用于孔的貫穿粗加工。電火花成型機(jī)加工深小孔的主要困難是:隨著加工深度的增加,導(dǎo)致加工穩(wěn)定性變差,而且加工速度迅速下降,甚至于不能繼續(xù)加工下去。此時(shí),大量被蝕除的金屬顆粒因沉積在孔的底部,不易排出[1]。它造成二次放電后給加工帶來不穩(wěn)定,未達(dá)加工深度而加工條件已經(jīng)迅速惡化,使向下伺服進(jìn)給終止,同樣在電流的作用下,排屑物與電極粘連在一起,形成積屑瘤,增大了電極的尺寸,造成有害的電弧放電而燒壞工件。原來的電極已經(jīng)無法滿足加工要求。
要解決這個(gè)問題必須從改進(jìn)電極和電極的裝夾方式入手,再到加工的關(guān)鍵點(diǎn):如何使蝕除物和熱量順利排出?解決了這個(gè)核心問題后就能輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)盲孔的精加工。
3.1.1 電極制造精度方面
改進(jìn)前:通過車削和磨削的方法制造¢0.8mm,長(zhǎng)25mm的純銅電極,由于材料的強(qiáng)度和剛性的原因,會(huì)使電極工作部分產(chǎn)生較大的錐度、同心度和圓度誤差,嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生彎曲斷裂。因此保證電極在尺寸、輪廓精度、工作部分與電極柄的同心度等一致性要求是難以實(shí)現(xiàn)的。
改進(jìn)后:高速小孔機(jī)使用的純銅空心電極管,采用拉削制造而成,外形具有良好的形位尺寸精度、表面粗糙度和非常好的互換性,它可以滿足工具電極的精度要求。具體做法:可將300mm長(zhǎng)的電極管通過線切割方法把它切割成所需要的長(zhǎng)度,通過計(jì)量隨機(jī)抽取剛性和直線度最差的¢0.4mm,長(zhǎng)度是30mm,數(shù)量是10件的電極管的直線度,最大的直線度誤差不超過0.02mm。因此,直徑¢0.4mm以上的電極管是可以作為理想的電極材料的。
3.1.2 電極的裝夾和重復(fù)定位精度方面
電極的裝夾和重復(fù)定位精度對(duì)于孔的精加工,具有重要意義。改進(jìn)前:采用鉆夾頭裝夾電極。使用此夾頭的缺點(diǎn)是它采用三點(diǎn)定位方式,重復(fù)定位精度不高,裝夾細(xì)小電極不可靠。改進(jìn)后:自制精密導(dǎo)向器。方法是--用精密線切割一次加工完成¢0.8mm的內(nèi)孔及¢6mm外圓使之同心,內(nèi)孔與電極形成0.002 mm的配合間隙。它用于建立電極和機(jī)床夾具之間的精密連接,是提升電極裝夾精度及重復(fù)定位精度的關(guān)鍵零件。
電極的定位精度誤差按公式1來求解:
(1)
其中:Tmax:電極最大定位誤差
a:x方向上的誤差
b:y方向上的誤差
由公式1得出電極的重復(fù)定位誤差的最大值不超過0.025mm。
3.1.3 電極的優(yōu)化改進(jìn)方面
現(xiàn)狀:電極工作部分是圓柱形的。
優(yōu)化:將電極沿著軸線方向割扁。但必須在工作長(zhǎng)度之內(nèi)。弦徑高度H按照經(jīng)驗(yàn)公式2來?。?/p>
(2)
其中 H:弦徑高度
D:電極外圓直徑
d:電極內(nèi)孔直徑
¢0.8mm的電極管中心孔的直徑是¢0.15mm,弦徑高度為(0.8-0.15)/10 =0.065 mm。
3.2.1 加工方式的改變
改進(jìn)前:通常情況下用縮小尺寸后的圓柱電極直接加工孔,達(dá)圖紙要求。
改進(jìn)后:可用機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)軌跡對(duì)電極輪廓進(jìn)行補(bǔ)償,轉(zhuǎn)速0.5轉(zhuǎn)/秒為佳。實(shí)踐證明此法可有效地防止積屑瘤的產(chǎn)生,在一定深度范圍內(nèi)有利于排出蝕物。電極轉(zhuǎn)速不能過快,否則會(huì)影響放電跟蹤的穩(wěn)定,降低加工速度。
3.2.2 沖油方式和油壓的改變
改進(jìn)前:采用的是對(duì)零件的左側(cè)和右側(cè)進(jìn)行的方式。該方式的缺點(diǎn)是左右流量相抵后,反而會(huì)阻礙蝕除物的排出,無法有效地保證加工順利進(jìn)行。
改進(jìn)后:利用電極中空的特點(diǎn),可實(shí)現(xiàn)從電極頂端對(duì)電極底端加工部分進(jìn)行沖油,采用自制密封塞和改變沖油方式,并提高沖油壓力,實(shí)現(xiàn)了3MPa下的中心沖油。此法是解決問題的核心關(guān)鍵,這是因?yàn)樵谙拿谞柍尚蜋C(jī)主軸上的its 50卡盤座與電極裝夾系統(tǒng)之間的有效位置加裝密封塞,提高油壓力的方法是通過充分了解機(jī)床主軸與夾具的連接結(jié)構(gòu)后,不斷摸索和實(shí)驗(yàn)才得出來的。有效的安裝位置決定著密封塞的形狀和尺寸,機(jī)床說明書上沒有此法和相關(guān)介紹,附件里更沒有密封塞,因此是方法創(chuàng)新。在沖油壓力在3 MPa時(shí)金屬去除率達(dá)到峰值,這是由于工作液壓力和流量增加時(shí),加工間隙中工作條件明顯改善,可以有效地排除間隙中的金屬顆粒和熱量,有利于放電過程持續(xù)進(jìn)行[1]。如圖1所示:
工作液壓力/MPa圖1 油壓與金屬去除率關(guān)系表
在將電極割扁、電極以0.5轉(zhuǎn)/秒的速度旋轉(zhuǎn),裝上密封塞并保持3 MPa的中心沖油壓力等改進(jìn)措施進(jìn)行加工。在這三條改進(jìn)措施共同作用下,蝕除物源源不斷地從底部被帶離到工件表面上,有效地解決排屑困難和積屑瘤的形成,從而有效避免二次放電給加工帶來的不穩(wěn)定因素。改進(jìn)前:加工至7.5 mm深時(shí),也就是在140分鐘之后,就一直伴隨著燒弧、橋接,短路等異常放電的報(bào)警出現(xiàn)。在245至295分鐘的加工時(shí)段,深度已經(jīng)無明顯變化,隨時(shí)間推移深度已經(jīng)不再增加,孔內(nèi)積滿蝕除物,向下伺服進(jìn)給停止,二次放電造成零件內(nèi)壁損壞。精加工已無從談起。改進(jìn)后:在205分鐘時(shí)達(dá)到設(shè)定深度25mm,全程無報(bào)警,加工效率較改進(jìn)前有本質(zhì)的提升??筛鼡Q電極進(jìn)行精加工。如圖2所示:
圖2 加工時(shí)間與加工深度對(duì)照表
改進(jìn)前后加工結(jié)果有天壤之別,如圖3所示。由此可見能否實(shí)現(xiàn)帶有壓力的中心沖油對(duì)蝕除物的排出以及效率的提升至關(guān)重要。改進(jìn)后的加工結(jié)果經(jīng)鑒定后,經(jīng)查閱有關(guān)資料,公差等級(jí)符合GB/T1804-f精密級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)。
圖3 加工前后效果對(duì)照表
以XX#絕緣墊片落料沖孔模的陰陽模為例 改進(jìn)前:加工此零件共用電極21件,耗時(shí)24小時(shí)才完成。每一個(gè)孔都需要人工清理幾次蝕除物和電極上的積碳,費(fèi)時(shí)費(fèi)力。改進(jìn)后:加工時(shí)將刃口面緊貼在墊鐵上。目的是保證每一個(gè)¢0.78mm孔都密閉不漏油,采用上述加工方法解決了孔內(nèi)積碳的問題,用2組電極8個(gè)小時(shí)順利的完成加工。除更換電極以外,可實(shí)現(xiàn)無人加工,經(jīng)濟(jì)效益明顯。
將足夠長(zhǎng)的圓管電極的工作部分割扁后,再與精密導(dǎo)向套,密封塞結(jié)合成電極組件。另一方面,機(jī)床主軸以0.5轉(zhuǎn)/秒的速度帶動(dòng)電極旋轉(zhuǎn),再以3 MPa的油壓和中心沖油方式的配合下進(jìn)行小孔加工就能加工出深徑比達(dá)25︰1以上的f精密級(jí)的小深盲孔。此法在小孔范圍內(nèi)可運(yùn)用到不同孔徑大小的加工中。此法用于粗加工方面,在¢2mm以內(nèi)的沉孔,無論深淺都不再需要車削電極,可用電極管替代,可謂省工時(shí)、省人力、節(jié)約成本,經(jīng)濟(jì)效益顯著。用于精加工方面,它給塑壓模的進(jìn)料孔的設(shè)計(jì)提供技術(shù)儲(chǔ)備。