樊昌杰

(二重(德陽(yáng))重型裝備有限公司，四川618000)

電火花加工又稱(chēng)為放電加工(EDM)，是一種直接利用電能和熱能進(jìn)行加工的工藝。加工時(shí)，電極和工件(兩極)不接觸，依靠?jī)蓸O間不斷的脈沖性火花放電產(chǎn)生局部瞬時(shí)高溫，將金屬材料逐步蝕除掉[1]。

電火花加工不僅廣泛應(yīng)用于淬火鋼、硬質(zhì)合金等難加工材料，而且在一些空間受限的孔槽類(lèi)結(jié)構(gòu)的加工方面有著明顯優(yōu)勢(shì)[2]。結(jié)合實(shí)例，講述電火花加工在窄空間精密孔組制造中的應(yīng)用。

1 圖紙分析

圖1為某院所訂購(gòu)的一種精密軸類(lèi)零件，該零件回轉(zhuǎn)基準(zhǔn)由中心通孔和右側(cè)錐孔共同構(gòu)成?；瑒?dòng)外圓?58f7右側(cè)為一方形凸臺(tái)，凸臺(tái)左側(cè)分布有4-?8H7孔組(B-B視圖)。

該處孔組的制造難度很大，主要表現(xiàn)在以下三點(diǎn)：

(1)加工空間狹小。該孔組為右側(cè)封閉的盲孔結(jié)構(gòu)，刀具僅能從左側(cè)進(jìn)給，而左側(cè)加工空間極為狹小，孔中心與回轉(zhuǎn)外壁相距僅16 mm，遠(yuǎn)小于常規(guī)機(jī)械加工的刀具夾頭尺寸。

(2)精度要求很高。該孔組位置精度、孔徑尺寸精度和孔表面粗糙度要求十分嚴(yán)格，這對(duì)工藝方法和加工設(shè)備精度要求很高。

(3)圖紙技術(shù)要求顯示，該孔組為重要受力部位，加工時(shí)不能有裂紋、應(yīng)力集中等影響使用強(qiáng)度的缺陷。

由上可知，使用常規(guī)工藝和設(shè)備無(wú)法加工該孔組，需要另外考慮解決方案。

圖1 零件尺寸圖

2 電火花加工可行性分析

使用電火花加工該孔組具有以下特點(diǎn)：

(1)加工空間不受限。電火花加工不需要刀具回轉(zhuǎn)空間，以電火花切割為主要切削方式，能夠巧妙地避開(kāi)空間干涉。

(2)可以保證位置精度。通用數(shù)控電火花機(jī)可以達(dá)到0.0131000的直線(xiàn)重復(fù)定位精度和12″的回轉(zhuǎn)重復(fù)定位精度，能夠滿(mǎn)足孔組的位置精度要求。

(3)孔徑尺寸精度受限。電火花加工時(shí)存在電極損耗現(xiàn)象，難以保證孔徑尺寸精度和孔表面粗糙度。

(4)容易引起加工缺陷。電火花加工時(shí)在加工表面產(chǎn)生的瞬時(shí)高溫，會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力變形，從而導(dǎo)致零件表面產(chǎn)生變質(zhì)層，甚至微裂紋[3]，同時(shí)還可能產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象。

顯然，電火花的工藝缺陷全部集中在孔的淺層表面。為此，加工時(shí)可以適當(dāng)留出孔徑加工余量，該層余量可通過(guò)后續(xù)手工鉸削方式去除掉，這樣可以去掉由于電火花切割引起的淺層表面的裂紋和氫脆缺陷，即不影響孔組位置精度又可以達(dá)到要求的尺寸精度，彌補(bǔ)了電火花加工的不足。

從上述分析可知，電火花加工該種窄空間精密孔組的方式是可行的。

1—工作臺(tái) 2—分度頭頂尖 3—左堵 4—工件 5—主軸頭 6—L型電極 7—右堵 8—分度頭卡盤(pán)

3 工藝實(shí)施方案

加工方案按圖2所示，使用精密分度頭，采用一夾一頂裝卡方式，將工件水平置于電火花機(jī)工作臺(tái)面，通過(guò)制作特殊電極、工裝等多種措施實(shí)現(xiàn)孔組加工，具體措施如下：

(1)電極制作。電極應(yīng)按圖2所示制作成L型，并使用千分表臨床校正電極工作段與工作臺(tái)移動(dòng)平行，使電極工作段與工作臺(tái)移動(dòng)的平行度誤差小于0.005 mm。由于后續(xù)的手工鉸削只能影響孔的形狀尺寸，而不能校正孔的位置誤差，因此電極工作段的平行誤差決定了所加工孔與工件回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的平行度，是影響孔位置精度的最大因素。

(2)工裝制作。由于工件為通孔結(jié)構(gòu)，在加工設(shè)備上無(wú)法直接安裝找正。本方案通過(guò)左右工裝堵頭，在精密萬(wàn)能分度頭上采用一夾一頂?shù)难b夾方式，實(shí)現(xiàn)工件的裝夾和找正。由于左右堵頭安裝后無(wú)法直接通過(guò)基準(zhǔn)AB找正，因此必須將基準(zhǔn)轉(zhuǎn)移。本方案將左右堵頭與工件的安裝面適當(dāng)向外延伸，使延伸段作為工藝找正基準(zhǔn)MN。由于左右堵的配合面和延伸段均可以在一次裝卡中加工完成，因此能夠保證新舊基準(zhǔn)同軸精度。同時(shí)，新舊基準(zhǔn)位置基本重合，也能避免因前序加工誤差或工件變形等原因?qū)е碌恼`差，最大程度地保證加工精度。

(3)人機(jī)結(jié)合。盡管電火花加工在精度和表面缺陷上存在不足，但仍然可以保證位置精度。因此，本方案采取了電火花+手工鉸削的人機(jī)結(jié)合方式。電火花粗加工、半精加工至保留余量0.2 mm，再使用?8H7手工鉸刀鉸削至要求尺寸。這樣既保證了孔組的位置精度，又保證了孔徑尺寸精度和粗糙度，同時(shí)還去除了表面變質(zhì)層，消除了工件的使用強(qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)。

(4)位置精度檢測(cè)。位置精度是孔組最重要的檢測(cè)項(xiàng)目，但孔組的狹小空間也無(wú)法使用三坐標(biāo)檢測(cè)。為了精確地檢測(cè)出孔組的位置精度，制作了盤(pán)狀試驗(yàn)件，按上述工藝試加工同參數(shù)孔組后代替正式件進(jìn)行三坐標(biāo)檢測(cè)，而正式件加工后則與相關(guān)零件進(jìn)行實(shí)際配裝，間接反映出零件的位置精度。

(5)表面缺陷檢測(cè)。雖然使用手工鉸削去除了表面變質(zhì)層，但表面變質(zhì)層是否完全去除掉，需要按鍛鋼件無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)JBT 5000.15—2007《重型機(jī)械通用技術(shù)條件：第15部分：鍛鋼件無(wú)損探傷》規(guī)定的1級(jí)進(jìn)行磁粉檢測(cè)，檢測(cè)合格，表明缺陷已完全去除。

4 結(jié)論

電火花加工作為應(yīng)用最為廣泛的特種加工方法，適合于硬度高、形狀復(fù)雜、空間狹小的金屬零件加工。利用電火花電極形狀不受限制的特點(diǎn)，解決了加工空間狹小的問(wèn)題，同時(shí)使用手工鉸削方式彌補(bǔ)了電火花加工存在零件尺寸精度、粗糙度、表面缺陷等方面的不足，為窄空間精密孔組的加工提供了一種切實(shí)可行的加工方法。