試析航空發(fā)動機(jī)零件電火花加工工藝

鄭天勝 顧艷 孫巍

摘 要：隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對航空發(fā)動機(jī)性能提出了更高的要求。高性能發(fā)動機(jī)中采用的零件種類逐漸增多，傳統(tǒng)的單一加工方法已經(jīng)無法解決航空發(fā)動機(jī)復(fù)雜零件加工的問題，在機(jī)匣加工以及整體葉盤加工方面比較困難，這給零件加工方面帶來了較大的挑戰(zhàn)。為此，需要采用一種新型的加工工藝進(jìn)行發(fā)動機(jī)零部件的加工，應(yīng)用電火花加工工藝進(jìn)行航空機(jī)械產(chǎn)品的加工，不僅可以改變零件表面的質(zhì)量問題，還能夠保證零件表面組織的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動機(jī)零件；電火花加工

一、電火花加工工藝概述

電火花加工是一種利用電能和熱能進(jìn)行加工的新工藝，俗稱放電加工。電火花加工與一般切削加工的區(qū)別在于，電火花加工時工具與工件并不接觸，而是靠工具與工件間不斷產(chǎn)生的脈沖性火花放電，利用放電時產(chǎn)生局部、瞬時的高溫把金屬材料逐步蝕除下來。由于在放電過程中有可見火花產(chǎn)生，故稱電火花加工。由于電火花加工具有傳統(tǒng)的切削加工所無法比擬的優(yōu)勢，因此，被廣泛應(yīng)用于機(jī)械、航空以及輕工業(yè)等各種行業(yè)中，能夠解決材料加工困難以及復(fù)雜零件加工的問題。其特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：1、脈沖放電的能量密度高，便于加工用普通的機(jī)械加工方法難于加工或無法加工的特殊材料和復(fù)雜形狀的工件。不受材料硬度影響，不受熱處理狀況影響。2、脈沖放電持續(xù)時間極短，放電時產(chǎn)生的熱量傳導(dǎo)擴(kuò)散范圍小，材料受熱影響范圍小。3、加工時，工具電極與工件材料不接觸，兩者之間宏觀作用力極小。工具電極材料不需比工件材料硬，因此，工具電極制造容易。4、可以改革工件結(jié)構(gòu)，簡化加工工藝，提高工件使用壽命，降低工人勞動強(qiáng)度。

基于上述特點(diǎn)，電火花加工的主要用途有以下幾項(xiàng)：1、制造沖模、塑料模、鍛模和壓鑄模。2、加工小孔、畸形孔以及在硬質(zhì)合金上加工螺紋螺孔。3、在金屬板材上切割出零件。 4、加工窄縫。5、磨削平面和圓面。6、其它（如強(qiáng)化金屬表面，取出折斷的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面復(fù)雜的零件等）。

二、電火花加工工藝在航空發(fā)動機(jī)零件加工中的應(yīng)用

1、蜂窩結(jié)構(gòu)件加工中對電火花加工工藝的應(yīng)用

中美合作設(shè)計的渦輪螺旋槳發(fā)動機(jī)，可以有效降低油耗，還能夠增強(qiáng)渦輪工作葉片的密封性能，在渦輪導(dǎo)向器機(jī)匣內(nèi)相應(yīng)的部位焊接了一個環(huán)狀蜂窩板。在具體的部件加工過程中，采用普通的機(jī)械車以及磨削加工，在毛刺剔除方面較為煩瑣。利用電火花機(jī)床加工蜂窩，加工的狀態(tài)類似于電火花磨削。在進(jìn)行工藝試驗(yàn)時，主要試驗(yàn)了不同脈沖參數(shù)加工，通過加工件表面進(jìn)行觀察，從中可以得到，脈寬和加工電流不能夠過大，否則就會導(dǎo)致工件出現(xiàn)損傷，對產(chǎn)品的質(zhì)量造成直接影響。為了提升產(chǎn)品的加工速度，確保在較短的時間內(nèi)完成產(chǎn)品加工，可以通過增加工件加工面積的方式來增強(qiáng)脈沖量的投入。為了兼顧產(chǎn)品的表面質(zhì)量，可以將產(chǎn)品的加工分成不同的準(zhǔn)則，主要有粗、精準(zhǔn)則，在進(jìn)行粗加工的過程中，選擇的脈寬為64us～256us，在精加工過程中，選擇的脈寬為2us～8us。由于蜂窩結(jié)構(gòu)蝕除的金屬體積占據(jù)工件體積的小部分，放電弧長較長，因此，對電極造成的損耗相對較小。在進(jìn)行產(chǎn)品批量加工時，可以參照電極尺寸的實(shí)際變化量來減少輔助時間，縮短工件的加工時間。經(jīng)過多次加工之后，可以證明，用電火花磨削方式加工蜂窩結(jié)構(gòu)件是一種非常有效的加工方式，一方面可以保證結(jié)構(gòu)件的精度，另一方面還能夠保證零部件的尺寸滿足要求。

2、窄筋板類零件加工中對電火花加工工藝的應(yīng)用

渦槳發(fā)動機(jī)的一些組合件上，需要加工葉片頂端以及葉根的封嚴(yán)翅板，這兩個部分。由于此類零部件的加工部位比較開敞，刀具可伸入其中，因此，可以選擇車削加工的方法進(jìn)行加工。考慮到渦輪葉片材料是一種高溫鑄造的合金材料，采用車削的方法容易導(dǎo)致材料剝落，從而加大材料表面的粗糙度，所以，采用電火花磨削加工的方法比較合適。一般而言，葉冠篦齒在高度上相差1mm多，葉冠本身由呈現(xiàn)出錐面，為了增強(qiáng)加工速度，以粗車的形式進(jìn)行渦輪組件的施工，留0.15mm左右用于電火花磨削，在加工過程中，為了減少電機(jī)尺寸的變化，可以選擇采用內(nèi)圓弧形加工方式，一方面可以增強(qiáng)放電面積，另一方面增強(qiáng)加工的穩(wěn)定性。為增強(qiáng)仿型精度，可以選擇兩個電極，中加工和粗加工的電極各用一個，然后根據(jù)放電間隙適當(dāng)調(diào)整電極尺寸，進(jìn)而保證加工出的工件達(dá)到圖紙?jiān)O(shè)計的基本要求。在封嚴(yán)翅板加工時，為防止材料剝落，可以選擇圓弧狀片電極，通過增大放電面積，進(jìn)而減少電極尺寸的變化量。

三、火花加工未來的發(fā)展趨勢

1、更好的加工穩(wěn)定性

電火花放電過程本身的隨機(jī)性、復(fù)雜性導(dǎo)致了各種干擾更容易對加工過程造成影響。雖然電火花加工工藝?yán)碚摗⒖刂评碚摱荚诓粩嗟匕l(fā)展和提高，但是加工工藝?yán)碚摵涂刂评碚撘玫竭M(jìn)一步全面的發(fā)展都必須基于放電基理上的研究，如果能夠通過創(chuàng)新性的手段實(shí)現(xiàn)放電基理研究的突破性進(jìn)展，那么包括變質(zhì)層和尺寸不穩(wěn)定這樣的問題都能夠迎刃而解。

2、實(shí)現(xiàn)高效加工

加工過程的高效化不僅體現(xiàn)在通過改進(jìn)電火花加工伺服系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、機(jī)床結(jié)構(gòu)等，減少上述因素對電火花成型加工效率的影響。在保證精度的前提下提高粗、精加工效率，同時還應(yīng)該減少輔助加工時間，例如增強(qiáng)機(jī)床編程功能，擴(kuò)展機(jī)床在線后臺編程能力，同時還應(yīng)當(dāng)增強(qiáng)機(jī)床的可操作性。

3、改善電火花加工的環(huán)保性

電火花加工技術(shù)無論如何改進(jìn)和發(fā)展，它首先必須做到以人為本，比如加工過程中使用的工作液會對操作者的皮膚產(chǎn)生刺激，這是很嚴(yán)重的問題，那么使用無毒無害的工作液也將成為必然的趨勢。

結(jié)語：我國的航空航天技術(shù)以及航空發(fā)動機(jī)零件的生產(chǎn)上的技術(shù)，相對于世界先進(jìn)的發(fā)展水平來講還是落后很多，同時進(jìn)行航空零件生產(chǎn)的機(jī)床和機(jī)器，乃至于刀具很多都依賴于進(jìn)口，這就使得發(fā)動機(jī)零件生產(chǎn)上的效率嚴(yán)重受到了制約，電火花加工機(jī)床的應(yīng)用，可以拓展發(fā)動機(jī)零部件的適用范圍，提高零部件的生產(chǎn)效率。在航空發(fā)動機(jī)零件中采用電火花加工工藝，大大提高了航空產(chǎn)品加工質(zhì)量，對中國航空事業(yè)有著極其深遠(yuǎn)的意義。

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