淺析電火花成型機(jī)床超級(jí)深孔精密加工的幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)

李勝利

（中國航天空氣動(dòng)力技術(shù)研究院，北京 100074）

目前，國內(nèi)外機(jī)械加工行業(yè)的電火花機(jī)床主要分為三類，電火花線切割機(jī)床、電火花高速小孔機(jī)床和電火花成型機(jī)床。其中，電火花成型機(jī)床在機(jī)械加工行業(yè)中應(yīng)用不是特別廣泛，但是，對(duì)于加工一些形狀怪異、深度較大、精度較高、盲孔不通、位置獨(dú)特、材料超硬的金屬零件時(shí)，顯得意義非凡。其中有一類深度過大的高精度窄槽，是電火花成型機(jī)床加工中的難點(diǎn)。

一般電火花加工孔槽，都是采用整體式的電極，但是，當(dāng)深徑比超過1:10 以后，電火花成型加工中的二次放電就會(huì)造成電極受熱變形，而且變形量有時(shí)很大，從而使工件超差甚至報(bào)廢。不管是加沖抽油還是工具電極高抬刀，效果都不是太好。如果用精加工電參數(shù)加工，工具電極的變形量會(huì)好一些，但是，也難以完全避免，而且電火花精加工效率太低，加工周期也太長(zhǎng)。

我在工作中就遇到了這樣一個(gè)難題。在一個(gè)直徑50mm長(zhǎng)度200mm 的零件端面上，均勻分布著著4 個(gè)槽，槽的寬度1.5mm、長(zhǎng)度6mm、深度要加工到50mm 深，深徑比達(dá)到1:33，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了一般意義上的深孔槽概念。4 個(gè)槽的中心各打了一個(gè)直徑1.3mm 的工藝孔，在槽深50mm 處有4 個(gè)橫向直徑8mm 的孔，正好可以用來電火花放電加工時(shí)排氣排銷。槽的尺寸精度為0.01mm，形位精度為0.03mm，光潔度為1.6，有幾十個(gè)小滑塊和這4 個(gè)槽裝配使用，小滑塊的尺寸是一致的，要求4 個(gè)槽可以互換小滑塊，槽和小滑塊滑動(dòng)配合，單面間隙為0.005mm，并且在深度50mm 方向上任何地方都必須保持0.005mm 的單面間隙。其他機(jī)床很難加工完成這個(gè)任務(wù)，即便是電火花成型機(jī)床也是面臨重重困難。

圖1

1 具體難點(diǎn)

（1）槽寬1.4mm 槽長(zhǎng)6mm，所以，一般紫銅電極尺寸定為寬度1.2mm、長(zhǎng)5.8mm，深度方向電極要超過50mm。線切割加工完成電極后，深度50mm 方向的電極平面度變形是一定的，即便線切割采用多次切割的方法盡量消除變形，變形也是很難避免，變形有時(shí)可以達(dá)到0.5mm，所以，手工校正這個(gè)電極的平面變形就是一個(gè)難點(diǎn)。

（2）槽深50mm 電火花加工起來更加困難，即便電極校正得很完美，電極在加工過程中深度方向上也極易變形，因?yàn)殡S著深度的不斷加深，加工中產(chǎn)生的電蝕物也更加難以排出，這些電蝕物不斷地二次放電，而且放電的位置沒有規(guī)則，從而使電極受熱不均造成變形，變形量有時(shí)也會(huì)到達(dá)0.5mm，這種情況出現(xiàn)就會(huì)使工件直接報(bào)廢，這是第二個(gè)難點(diǎn)。

（3）電極的找正問題，這個(gè)形狀大小的紫銅電極強(qiáng)度極低，尤其是電極頭部，各種測(cè)量找正的表都有一定壓力，這個(gè)表的一般壓力就會(huì)讓電極彈性變形特別大，甚至直接把電極頂彎，找正是第三個(gè)難點(diǎn)。

2 采取的針對(duì)性措施

（1）電火花電極一般所采用的結(jié)構(gòu)方式是整體式的，既加工的型腔什么樣，電極就什么樣，只是電極單邊比工件縮小0.3mm 左右放電間隙。而要加工超級(jí)深孔，這種傳統(tǒng)的方式無論如何是不行的。我采用了階梯方式的電極，把電極分為放電加工段、支撐排削段、夾持固定段。加工段為1.2mm 寬，5.8mm 長(zhǎng)，8mm 高。支撐段為0.7mm 寬，5.3mm 長(zhǎng)，52mm 高。夾持段為1.2mm 寬，5.8mm 長(zhǎng)，15mm 高。也就是電極的支撐段比加工段單邊又縮小了0.25mm。

（2）手工校正采用硬木紫檀加工成的各種校正沖頭，把支撐段墊起來，手錘擊打校正沖頭逐點(diǎn)校正電極。沖頭長(zhǎng)60mm 左右，直徑10mm，頭部角度15 度左右，最小的沖頭頭部直徑為0.5mm 球頭。因?yàn)榫€切割加工的這種電極，變形主要是沿著52mm 方向隆起，電極并不扭轉(zhuǎn)變形，所以，校正時(shí)，要注意校正的點(diǎn)沿著電極5.8mm 的方向逐點(diǎn)排列，校正完一列，再沿著52mm 方向移動(dòng)校正第二列，力度要一致，點(diǎn)要均勻。

（3）電極找正先用角度尺大致找正，然后，用杠桿百分百精確找正，但是，不能用檢驗(yàn)合格的杠桿表，因?yàn)楹细竦谋淼谋磲槈毫^大了，這個(gè)壓力會(huì)造成電極彈性變形過大，因?yàn)檫@個(gè)電極太細(xì)太長(zhǎng)，因此，要尋找一塊表頭壓力極小的杠桿表，表頭的壓力大致是合格表頭壓力的1/3。找正要電極的兩側(cè)都要找正，這時(shí)電極由于過長(zhǎng)，即便采用了壓力很小的表頭，電極還是會(huì)有微小的彈性變形，表頭輕壓電極0.05mm，沿著52mm 方向上下移動(dòng)，記錄表的讀數(shù)和變化規(guī)律，再找另一邊，也要輕壓電極0.05mm，讓兩邊的讀數(shù)和變化規(guī)律一致，此時(shí)，電極就找正完成。

（4）對(duì)刀時(shí)電極薄的方向不能自動(dòng)找中心，只能手動(dòng)對(duì)刀，電極沿著52mm 方向上下移動(dòng)，電極移動(dòng)每次要移出工件端面，同時(shí)，機(jī)床手動(dòng)進(jìn)給，完成精確對(duì)刀工作。

（5）加工參數(shù)：電流、脈寬、脈間選中精低損耗加工。加工時(shí)，電流表電壓表狀態(tài)：加工電流5 安培，加工電壓70伏，空載電壓100 伏。加工狀態(tài)穩(wěn)定，基本沒有短路現(xiàn)象，效率比較高。

（6）加工時(shí)間大概設(shè)定為1.5 秒鐘，抬刀距離5mm。采用工具電極接正極的方式加工。由于電極絕對(duì)尺寸過細(xì)、長(zhǎng)度過長(zhǎng)、剛性差，所以，不能采用沖油排削的方法，只能采用浸泡方式排削冷卻。

（7）最后，精加工到最終尺寸時(shí)，用電極平動(dòng)的方法加工，平動(dòng)方式用電極走四方同時(shí)主軸向下加工。

3 加工效果

（1）由于電極采用了階梯方式，電極的放電加工段是最前端，此段的高度為8mm，即便加工深度達(dá)到50mm，二次放電多，條件惡劣，也可以保證這個(gè)放電加工段穩(wěn)定不變形。

（2）第二段支撐段看起來比較弱，其實(shí)，由于是Z 軸向下做加工運(yùn)動(dòng)，重力方向也是向下。另外，此段單邊比加工段低0.25mm，二次放電很少，而且配以合適的電參數(shù)，雖然長(zhǎng)度達(dá)到52mm，也可以使此段在加工中始終保持不變形，即便長(zhǎng)時(shí)間加工有一些微小變形，也能夠控制在0.02mm 以內(nèi)，最后，在精加工到位之前，再找正一次電極，精確對(duì)一次刀，最終的加工精度完全可以控制。

（3）加工效率可以在50mm 深度方向，中加工保持全程高效穩(wěn)定，大概可以達(dá)到每分鐘15mm3左右。這個(gè)效率在電火花成型機(jī)床加工高精度深孔中已經(jīng)相當(dāng)不錯(cuò)了。

4 其他注意事項(xiàng)

（1）工具電極材料一定要選擇純銅（T1，99.95%），T1 的優(yōu)點(diǎn)是工具電極損耗小、成本低，放電穩(wěn)定不易拉弧，而且軟硬適中，特別易于手工校正到比較高的精度。

（2）這種超深的孔槽，電極的手工校正精度和找正精度極為重要，精度越高，電極在加工中的變形就越小，最終的零件精度控制就越好，滑動(dòng)配合的零件的互換性就越好。

（3）電參數(shù)的選擇以穩(wěn)定、效率適中、低損耗、不拉弧為原則。為了找到最佳的參數(shù)配置和進(jìn)給量，尤其應(yīng)該注意觀察機(jī)床的電流表和電壓表的加工顯示情況，控制的越穩(wěn)定越好，加工狀態(tài)和抬刀狀態(tài)都應(yīng)該保持穩(wěn)定，指針在兩個(gè)狀態(tài)都應(yīng)該擺動(dòng)幅度很小才好。如果不穩(wěn)，就應(yīng)該通過減小加工電流，調(diào)整脈寬和脈間，減小加工時(shí)間，或者是加高抬刀高度。穩(wěn)定是第一位的，只有穩(wěn)定，才能保證電極在加工過程中不變形。

5 結(jié)語

此種電火花成型機(jī)床加工精密深槽的方法，有效地解決了深槽加工中的一系列難點(diǎn)，對(duì)于加工更深的槽或者孔，保證零件的更高精度，都有較好的實(shí)際借鑒意義。