樊文澤

（內蒙古工業(yè)大學機械學院，內蒙古 烏蘭察布 010051）

航空發(fā)動機或者燃氣輪機的零部件在運轉期間，均承受一定的溫度與應力，故此一定要選用特殊材料去制造，同時在這些零件上制造出很多發(fā)汗孔，以冷卻散熱。航天航空事業(yè)的發(fā)展，其對航空發(fā)動機動力性能提出的標準不斷提升，此時零件的孔加工技術應作出相應改進，但是鈦合金、高溫合金、不銹鋼等難加工材料的微小孔加工難題尚未有效處理。筆者總結長期實踐經驗，對幾種較為常見的小孔特種加工技術進行詳細探究。

1 航空發(fā)動機小孔的基本特征與要求

1.1 材料特殊

由于航空發(fā)動機或燃氣輪機的零部件長期處于高溫高熱環(huán)境中運轉，故此需選用特殊材料制造。常見的有溫耐熱合金、鈦合金。但是因為上述材料韌性大，機械加工效果欠佳，對刀具材質提出較高要求，加工效率無法得到保障的同時，也耗用大量人力資源，故此對深小孔需采用特殊加工工藝手段。

1.2 表面要求質量高

航空發(fā)動機零件在作業(yè)期間會承受很大應力，故此對其表面質量提出較高要求。當下，國內外航空發(fā)動機制造企業(yè)均對零件表面質量做出嚴格規(guī)定。傳統(tǒng)的金屬切削加工叫做A類加工法，電火花加工叫做B類加工法，因為后一加工方法存在變質層，故此若將B類加工法設為前道工序加工，那么務必將A類加工法為最終的加工工序，以去除變質層。但是由于制造材料的特殊性，采用A類加工法很難獲得預期效果。小孔表層質量要求有：①重熔層一定要處于限定范圍中；②不能存有燒傷；③不能存有微裂痕。

1.3 孔的精度要求高

發(fā)汗孔對孔徑尺寸與孔精度均提出相應要求，通常在數十微米內。但由于部分孔深相對較大，電火花加工技術在應用期間會產生諸多不確定因素，對孔的精確產生負面影響，故此制造出符合孔的精度要求目標也不易達成。對零件孔精度產生影響的因素多種：①極的側面及端面破損；②加工期間的二次放電；③工作液壓力、溫度、電導率數值的變化；④加工縫隙中的污物，易引發(fā)路、燒弧、積碳等現象；⑤脈沖電源的電壓變化；⑥電極插入深度等。

1.4 孔的形狀要求

發(fā)汗孔多數是圓孔，可以直接應用圓電極加工，但也存在形孔、三角孔、長方孔，此時就需采用特殊的加工技術。有報道顯示，燃氣輪機葉片的散熱孔具有一定深度，可達到500～800mm，應用圓截面，且順沿其軸向還應用了竹節(jié)狀，即孔的直徑粗細一致。

2 小孔特種加工技術

2.1 高能束流加工技術

該工藝手段應用高密度能量的激光束、電于束或離子束等，采用熔融方式，去掉工件材料。激光和電子束加工方法，適用于航空發(fā)動機小孔加工領域。激光基本上可以在任何材料上加工小孔，具有速率快、效率高以及可以在形體易發(fā)生改變的材料上加工等優(yōu)勢。但是采用該技術加工的零件孔，表明粗糙度難以符合質量標準，弧度欠佳、可能會產生喇叭狀，甚至在被加工零件表面滯留面積加大的再鑄層或熱影響產物。激光加工技術應用期間，零件孔經高達4～5μm，深徑比高于10，加工精度通常低于IT8級，表面粗糙度通常低于R03.2μm 。激光加工技術通常應用在超硬或絕緣材料上，對精度、表面質量與結構完整性沒有提出苛刻要求的大量群孔的加工領域中。

電子束小孔是借用聚焦的高速電子流，促使工件上的受沖擊點熔化與汽化，為有效規(guī)避電子束和氣體分子觸及而生成散射，該工藝手段對加工環(huán)境提出較高要求，即在真空室中進行。當下電子束斑點的最小規(guī)格為0．013～0．025mm，加工孔徑范疇為φ0．025mm（厚度為0．02mm 時）～φ1mm（厚度為5mm時），孔的錐度通常是1°～2°，材料去皮效率最高為40mm3/s，加工精度可達±0．025mm，表面粗糙度可達，但是在加工表層可能會產生一層厚度為0．025mm左右的再鑄層或熱影響產物。故此，電子束技工技術適用于中小型構件上數目繁多、缺乏表面完整性硬性規(guī)定的加工領域中，例如測流孔等微小孔的加工。

2.2 電化學加工技術

電化學加工技術是采用電化學反應去除工件材料或在其表皮上鑲鍍金屬材料等的特種加工技術，其中電液束、照相電解、電噴射電解等工藝技術等在航空發(fā)動機小孔加工中有較廣泛應用。

電液束（ESD）加工小孔技術是在毛細管電解加工技術發(fā)展起來的，其特征是采用高電壓與酸性電解液加工直徑相對較小的發(fā)汗孔，電液束的加工工具為專門制造的玻璃管噴嘴，其直徑略小于加工孔徑。此外，噴嘴中或管腔中存有一根電極，以確保和酸性電解液觸及并有電流通行。電液束能夠在導電耐蝕材料上加工直徑φ（0．2～1．0）mm的小孔，深徑通常是普通小孔的50倍左右，加工給進速率高達0．76～4．6mm/min，孔徑加工精度可達到±0．025mm，表面粗糙度區(qū)間為R0(0.4～1.6)μm 。電液束適用于具有高表面完整性標準的、由耐腐蝕材料制造的零件上大深徑比小孔加工領域中。

2.3 電火花加工技術

電火花加工是采用工件與工具電極間的放點，進而有控制的去除工件材料，并能夠促使材料形體、性能與鍍層發(fā)生改變。當下，電火花成型、高速電火花穿孔與線切割加工技術在航空發(fā)動機小孔制造領域中有所應用。本文僅對電火花成型加工技術進行闡述。

電火花成型為在工件與工具存留一定絕緣介質狀態(tài)下，采用兩極板將形成脈沖性火花放電現象，促使導電材料被順利除掉，實現加工目標。該加工技術通過對電極材料、工藝參數、排屑方式等內容的選擇，實現對導電材料上多類孔精確加工。電火花成型加工技術的孔徑最小值為φ．03mm，表面粗糙度可達到R00.1μm ，加工精度可達0．005mm，深徑比可達30。電火花成型加工技術屬于熱熔加工技術，在應用過程中會形成再鑄層，電流、波形等工藝參數對再鑄層厚度產生影響。電火花成型技術多應用在復雜結構表面完整性要求較低的單獨，以及大批量的精密型發(fā)汗孔加工領域中。

3 小孔特種加工技術的發(fā)展趨向

3.1 自動化裝備技術的廣泛應用

伴隨著工藝裝備自動化水平提升進程，高性能控制系統(tǒng)的發(fā)展進程也被推進，協(xié)助小孔特種加工技術在應用期間外界不確定因素影響大幅度減少，小孔加工效率與質量同步提升。

3.2 不同小孔特種加工技術復合化

面對具有特殊要求的型孔，單一加工技術的應用難以滿足所有標準，需要有兩種或兩種以上的工藝技術聯(lián)合應用，以獲得較為理想效果。例如高能束流加工技術聯(lián)合電火花技術，能夠進一步提升孔型加工質量。

3.3 新型小孔特種加工技術的研發(fā)

在科學技術不斷發(fā)展與進步的時代中，以不同原理為基礎的新型小孔特種加工技術將會陸續(xù)被研發(fā)，并逐漸應用到生產實踐中。例如聚焦等離子加工技術，為一類適合發(fā)汗孔直徑＜φ0．08mmm，深徑比＞10的微小孔生產領域中。當下，聚焦等離子加工技術已經朝著工程化應用階段發(fā)展。

4 結語

航空發(fā)動機小孔在生產過程中涉及的加工參數繁多，為滿足孔型加工精度、表面粗糙度等要求，需對各種特種加工技術的應用原理與實用范疇有所掌握，合理選擇，并采用單獨或聯(lián)合應用，以最大限度的優(yōu)化型孔加工質量與效率，助力我國航空航天發(fā)電機行業(yè)發(fā)展。