电火花加工技术的应用与发展

电火花加工技术的应用与发展
摘要：该文旨在通过介绍某机匣组件这样一个典型零件的电火花加工实例来使大家了解一下电火花加工技术目前在航空发动机零部件制造领域中的应用情况，以及电火花加工技术的优势和缺点；另外也想通过该零件在生产现场实际加工中遇到的一些问题，与大家共同探讨电火花加工技术未来的发展趋势。

关键词：数控电火花熔化层表面质量加工速度稳定通常情况下机械零件上槽和小孔的加工会采用钻、扩、铰、铣等机械加工方法。

本文介绍的某机匣组件材料是钴基高温合金CPW572 CO ALLOY，由于该材料导热系数小、摩擦系数大、加工硬化严重等现象，如果采用机械加工的方法加工窄槽和小孔，对刀具的性能要求会很高，另外槽侧面R0.8的圆角清根也很困难。

在这种情况下采用电火花加工技术加工零件上的窄槽和小孔无疑会降低零件的加工难度和生产成本。

本文就是想通过电加工技术在典型零件加工中的应用与大家共同探索电加工技术在航空发动机零部件制造领域中的应用与发展。

1 电火花成型加工及高速电火花打孔技术在某机匣组件加工中的应用
1.1 电火花成型加工技术的应用
某机匣组件外型尺寸Ф460?mm× 150?mm，有3组共36个窄槽分布在内圆周上（见图1），由于电火花加工中材料的去除是靠放电时的电热作用实现的，材料的可加工性主要与材料的的导电性及其热学特性有关，而基本与力学性能无关，因此可以突破传统切削加工中对刀具的限制。

该机匣组件如果采用铣槽这样的加工方法，那么槽底面清根将会有很大的难度。

因此在拟订工艺路线时，该工序选用了电火花成型加工工艺方法在精密电火花成型机床上一次装夹实现36个槽的加工。

由于内圆上槽底面转角呈三维曲面，电极的加工工艺会复杂些，因此选用加工中损耗极低的成型石墨电极加工，而其余槽选用紫铜电极进行加工。

事实表明，电火花加工技术不仅仅是传统机械加工技术的一种补充，它完全可以实现传统机械加工的精度。

另外同机械加工相比电加工也降低了刀具成本，电火花加工使用的电极材料有紫铜、铜钨合金、银钨合金以及石墨等，常用的为紫铜和石墨电极，首先这两种电极的共同特点就是在大脉冲粗加工时都能实现低损耗，并且紫铜电极易于加工。

其次紫铜电极价格便宜，以该机匣组件为例，平均每加工一个零件的电极成本约50元左右，而如果使用铣刀进行加工，刀具成本至少要几百元。

1.2 高速电火花小孔加工工艺的应用
该机匣组件共有528个孔径在Ф0.48mm-Ф1.19mm的小孔分布在
零件圆周上，并且大部分是斜孔，因此选择高速电火花打孔是最合适的工艺方法。

加工中利用组合夹具将零件固定在工作台上，通过工作台的翻转和分度旋转实现小孔的均布加工。

当然由于高速电火花小孔加工中电极损耗严重（一般20%-50%），因此加工过程中常常出现锥孔。

如果二次加工进行修孔，又可能会出现将零件击穿的危险。

这也为今后高速电火花小孔机加工技术提出了一个新的课题：如何在不降低加工速度的前提下减少电极的损耗。

2 影响电火花加工表面质量的因素
2.1 电加工表面质量
大量的事实表明大多数航空零件的失效多数是从零件表面开始向内部进行扩展。

电加工的表面质量与机械加工有所不同，它主要包括表面粗糙度、表面变质层和表面力学性能。

对于表面力学性能而言，试验表明当电加工表面的粗糙度值在Ra0.32?μm～0.08?μm时，电火花
加工表面的抗疲劳性能将与机械加工表面相近，而表面变质层是电火花加工表面显现出的特有冶金特性。

2.2 某机匣组件在电加工后的表面质量
表面变质层对零件的使用性能有非常大的影响，因此电加工的任何试验都应当在基于满足表面质量要求的前提下进行。

该机匣组件设
计图纸对晶间腐蚀、重熔层、离层、间歇珠滴、砂眼、重熔层裂纹、基材金属裂纹、基材金属表面氧化皮、表面不规则、局部腐蚀、受热区这些冶金特性都有明确的规定，其中重熔层厚度要求≤0.063?mm。

在零件加工前技术人员在与零件同材料、同厚度的试片上进行试验，加工后检测结果显示电火花成型加工和高速电火花打孔后的试片冶金特性全部满足图纸要求，其中最大重熔层厚度分别为≤0.025?mm 和≤0.05?mm。

当然电加工过程同机械加工相比是一个更复杂、随机的过程，比如电极的质量、工作电压的稳定性、电极与导相器的间隙等等因素都会影响零件的加工质量。

3 结语
先进制造技术的快速发展和制造业市场的竞争加剧，对电火花加工技术提出了更高的要求，同时也为电火花加工技术、加工理论的研究和工艺开发、设备更新提供了新的动力。

今后电火花发展的趋势应是朝着高效、高精度、低损耗、自动化、安全环保的方向发展。

参考文献
[1] 刘志东,高长水.电火花加工工艺及应用[M].国防工业出版社,2011.。