| 标题 | 电火花加工技术在航空发动机鼠笼制造中的应用 |
| 范文 | 哈剑义 王莲 摘 要：本文以某航空发动机零件“鼠笼”为载体，说明电火花加工技术在薄壁“鼠笼”零件加工中的应用，它能有效的防止零件因机械加工所产生的变形。电火花加工作为可靠的加工技术在航空发动机零件加工上应用广泛，特别是对于难加工材料和薄壁易变形零件的加工，更有不可替代的优点；电火花加工技术解决了“鼠笼”类薄壁零件加工变形问题，在应用中取得了很好的加工效果。现已用在航空发动机鼠笼零件加工中。 关键词：鼠笼；电火花加工技术；控制变形 中图分类号： V261 文献标识码：A 某航空发动机鼠笼，是该航空发动机的重要件，该零件结构复杂，其尺寸精度高、技术条件要求极为严格，有特殊的鼠笼结构，加工变形大，机械加工方法很难确定。由于该零件64个鼠笼槽结构特殊，应用铣削加工方法会使零件变形严重，无法达到零件最终的设计要求， 所以应用电火花技术，实现64个鼠笼槽的粗加工，消除了零件加工变形因素的影响，采用精铣和最终精密磨削的方法，保证了零件的10个特性尺寸及最终设计要求。 1.工艺分析 鼠笼是环形薄壁零件，材料为1Cr12Ni2WMoVNb；其结构复杂，尺寸精度高、技术条件要求严格，在工艺制造的过程中较难加工保证。鼠笼安装边最大外径尺寸φ244mm，长度130mm；定位环尺寸φ217h6mm，鼠笼外圆尺寸φ215h8mm，径向壁厚尺寸3+0.1mm，轴向长度40±0.1mm，周向宽度7.4±0.05mm；64个鼠笼槽均布，槽孔间壁厚3.14mm；对于该零件需要制定合理可行的加工工艺方案，重点是解决薄壁变形问题；另外在外型上有端面槽，花边，精密孔，螺纹结构，外圆有除鼠笼槽之外的径向孔，内孔有MJ螺纹，半圆槽和锁片槽等；内外圆配合面对基准A、B的跳动0.02mm，法兰端面平行度0.015mm，内孔圆柱度0.008mm；64个鼠笼槽结构是该零件的关键结构，该零件的全部加工难点都集中在解决鼠笼槽加工问题上，只有在加工64个径向长槽时不产生大的加工变形，该零件最终精加工才有可能满足最终的设计特性要求。采用电加工方法可以减少零件变形。但是电加工表面遗留的重熔层和粗糙度不能满足设计质量要求，所以，在工艺安排上将鼠笼槽电加工作为粗加工方法，目的是去除鼠笼槽余量，减少加工变形；在四坐标上精铣的方法达到设计要求。该零件工艺编制的关键就是在整个工艺过程中采用对零件变形影响最小的加工方法，最大可能的控制零件加工变形，在夹具设计和走刀路线上和切削力方向上重点给予考虑，零件的尺寸和技术条件就能够得到保证。 1.1工艺路线 毛料（锻件）——粗加工（在稳定热处理前加工出设计规定的大致轮廓，使零件余量大致均匀）——稳定化处理（消除前面机械加工的切削应力，以减小零件的变形）——半精加工（修复稳定处理后零件的变形，为精加工作准备）——精加工（达到设计图样的要求）。 工艺路线安排如下：车第一面→车第二面→超声波 →粗车一面→粗车二面→稳定处理→细车一面→细车二面→精车一面并抛光→精车二面→电加工鼠笼槽→磨内孔、抛光→铣花边、钻铰孔 → 去毛刺→磨外圆端面→磨内孔→钻铰孔→研磨大端→ 铣凸耳及槽并钻铰孔→倒角、去毛刺→标印→ 插槽→铣圆弧→去毛刺→精铣鼠笼槽→锐边倒圆并抛光→抛光鼠笼槽→洗涤→磁力探伤→洗涤→最终检验→包装入库。 1.2 电火花夹具 由于电火花加工无切削力，夹具的作用是将零件固定在机床旋转工作台上，零件外圆面可用来找正，使零件中心与旋转工作台同轴，所以用一个简单的夹具，内孔粗定位，压紧螺栓从内孔伸出，端面压紧；也可以采取组合夹具，实现上述功能。 1.3 电极结构 电极采用分体结构，由电极夹头和电极两部分组成；电极材料紫铜，形状与被加工鼠笼槽形状相同，留有放电间隙0.1mm左右（单边）；电极夹头材料可用45钢，其结构体现夹头的功能，一端有与电极相同尺寸的槽孔，用于插入电极靠螺钉固定，另一端是φ10mm的圆柱，用于连接电极主轴。 2.加工试验 2.1电加工 电火花加工是利用两个金属导体之间放电产生的电蚀现象进行加工的方法。两个金属导体在介质中相互接近时，由于电场效应在最近的距离处击穿介质，产生电离通道，高密度的电子通过通道打在金属导体上产生高热，将这个高热点的金属熔化或气化，蚀除物由加工介质流动带出加工区，在金属表面形成一個凹穴，无数次这样的放电在金属表面形成无数个凹穴，达到对金属导体加工的目的。凹穴的大小和深浅决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，凹穴越小越浅，表面粗糙度越好。 在点火花放电时，每次放电产生的凹穴越大越深，则被蚀除物生成越多，即生产效率越高。而放电凹穴的大小、深浅以及电离通道的长短（即放电间隙的大小）决定于每次电脉冲的能量大小。能量越大，凹穴就越大越深，放电间隙也越大。为提高加工生产效率，必须增大电脉冲的电流峰值。 2.1.1脉冲宽度、停歇、峰值电流对加工的影响 在脉冲的峰值电压、电流一致时，脉冲宽度越宽脉冲能量越大，加工生产率越高。在相同条件下，脉冲停歇时间越长，加工时间越短，生产效率下降。脉冲峰值电流越大，单个脉冲的能量值越大，加工生产效率亦越高。但是，当脉冲宽度和峰值电流达到一定数值时，虽然单个脉冲能量很大，但由于热能过于集中以及被除蚀物产生过多，将使排渣、排气等条件变得恶劣，产生电弧，加工效率反而会大大下降。 2.1.2加工面积对加工的影响 当加工面积较小时，间隙中气化的物质增加，大量的气体排除了介质液体，引起在气体中放电，不利于蚀除物的排除，易产生电弧，使加工效率下降。当加工面积增大时一般情况下加工生产效率不会受到影响。但面积大到一定数值时，加工面积中间部位的排渣不良，生产效率下降。 2.2鼠笼零件电加工 鼠笼零件上64个均布的径向鼠笼槽，每个槽的表面积约为236mm2，相邻槽之间的角度为α=360°/64=5.625°，利用电火花磨床工作台分度功能进行分度，应用导电性、热传导性良好的铜电极进行角向定位电火花放电加工，既电加工；从而实现零件上64个均布的径向鼠笼槽的加工。由于所采用数控电火花蜂窝磨床“TZ-033”的数控编码只能识别小数点后两位，为了使角向积累误差不因此增加，在具体编程时，有意控制相邻角度的增量值，在小数点后面的第三位上，或加或减0.5，使第二位变成整数。所编制程序简要如下： 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 电加工参数 零件采用材料为1Cr12Ni2WMoVNb；根据该材料的电蚀特性经加工实验所获得的最佳电加工参数是： 间隙电压：50V；电流：10A；周率25Υs；效率7%；高压：2V；侧隙：0.12mm。 2.3 技术条件保证 电加工鼠笼槽单边留0.3mm～0.5 mm余量，之后用四坐标铣床进行精铣，在小切削力的前提下进行加工，将电加工重熔层去除；保证鼠龙槽尺寸精度，位置精度和表面粗糙度满足设计要求。 3.结果讨论与分析 电火花加工是解决薄壁易变形的加工方法，加工过程中不受切削力的作用；鼠笼采用电火花加工去除大部分余量。从加工结果看，加工工序安排和设备选择合理，有效地控制零件的变形，达到零件最终的设计要求。 参考文献 [1]柯明扬.机械制造工艺学[M].北京：北京航空航天大学出版社，1996. |
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