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電加工技術在航天零件加工中的應用

2015-3-10 來源（yuán）：數控機床市場網作者：北京控製工程（chéng）研究所馮豪

在航天產品零件加工中有許多難加工材（cái）料，如鈦合金、高溫耐熱材料、不鏽鋼和硬質合金等，這些材料用傳統的金屬切削（xuē）機床加工（gōng），不僅效率低而且刀具費用昂貴，加工成本極高，有的材料甚至根本無法加工。還有許多零（líng）件形狀複雜，如窄縫、窄槽、空間位置複雜刀（dāo）具（jù）無法完成的加（jiā）工部位，以及微小（xiǎo）孔等采用傳統的機械加工（gōng）方法無能為（wéi）力。以上這（zhè）些成為航天零件加工（gōng）中的“瓶頸”。

電加工技術（shù）不僅實現了硬、脆、韌、粘等難加工材料的加（jiā）工，而且實（shí）現了高效低成本的加工。

目前，我所（suǒ）的電加工技術（shù）主要應用在（zài）過濾器中液濾片、殼體、分流板，閥體中導向簧片、彈簧，微小孔以及異形孔（kǒng）零件（jiàn）的加工。電加工技術隨著現代製造業的發展（zhǎn），加工精度和效率不（bú）斷提高，航天產品中許多高精度、結構複（fù）雜（zá）的零件采用傳統的金屬（shǔ）切削加工效（xiào）率低、合格率低，很難適應航天任務的需求，但是，如果通（tōng）過改進（jìn）加工工藝流程，采用電加工技術很多問題就（jiù）迎刃而解（jiě）了。下麵就通過幾個典型案例（lì）來探討電加工技術在提（tí）高零件精度、表麵質量以及（jí）加工效率等方麵的優點。

1. 案例一：采（cǎi）用線切割技術解（jiě）決細長孔加工難題

如圖（tú）1所示的零（líng）件，材料為：

1Cr18Ni9Ti，外徑10.5 mm，內孔（kǒng）直徑newmaker.com，總長23.5 mm。根據設計要求，內（nèi）孔直徑newmaker.com尺寸公差必須滿足圖樣要（yào）求。因此內孔直徑newmaker.com成為該零件加工的難點。

難點一：材料為難加工（gōng）材料。

1Cr18Ni9Ti為奧氏體不鏽鋼，韌性大、熱強（qiáng）度高、導熱係數低、加工（gōng）過程中硬化（huà）嚴重（chóng）和散熱困難等諸多因素，導致（zhì）刀尖處切削（xuē）溫度高、極易產生積屑瘤，既加劇了刀具的磨（mó）損，又影響了（le）零件（jiàn）表麵粗糙度。

難點二：孔小、尺寸精度高。

內孔直徑newmaker.com直接采（cǎi）用（yòng）鑽削方（fāng）式根本（běn）無法達到圖樣尺寸精度（dù）要求，采用車削鏜孔方式，由於孔的深徑比大於5，鏜刀直徑必須小於4mm，強度（dù）低且刀尖磨損嚴重，同樣無法確保尺寸精度（dù）和表麵粗糙度。該孔一直采用（yòng）車削加工，先用φ 3.8 mm的鑽頭鑽孔，然（rán）後用鉸刀鉸孔，每次鉸孔前均需要用新（xīn）鉸（jiǎo）刀（dāo）試鉸，再手工磨製鉸刀摸索切削（xuē）參數（shù）。如此加工效率極低，每件加工耗時2 h左右，而且內孔加工容（róng）易（yì）出（chū）現錐度，合格率僅為30%左右（yòu），長期以（yǐ）來隻能通過多投產來保數量。

為了確保零件加工滿足圖樣設（shè）計要求，經過多次試驗，將零件按照圖樣要求車外圓φ 10.5 mm和長度23.5 mm到尺寸，並確保尺寸一致性在0.02 mm內，內孔用φ2 mm鑽頭打通作為（wéi）線切割的穿絲孔。然後，用夾具夾外圓找正（zhèng），采用（yòng）慢走絲線切割加工內孔。試驗結果表明，采（cǎi）用慢走絲線切割的方法很好（hǎo）地保證了（le）零件的加工尺（chǐ）寸精度以及尺寸的一致性。經過（guò）計量內孔直徑為（wéi）4.009 mm，內孔表麵粗糙度值為0.825 mm，內孔直徑一（yī）致性（xìng）能控（kòng）製在0.002 mm內。線切割時間為每件30 min，加工周期能縮短50%，合格（gé）率卻能達到98%以上。因（yīn）此，采用慢走絲加工既能保證內孔直徑尺寸公差滿足圖樣要求，提高零件加工（gōng）合（hé）格率（lǜ），又能提高零件加工效率。

2. 案（àn）例二（èr）：電火花成（chéng）形解決零件走線槽（cáo）毛刺問題

如圖（tú）2所示零件是由兩種不同材料焊接而成，其中中間兩（liǎng）段有1.5 mm×3 mm和1.5 mm×3.5 mm的走線槽，φ 1.5 mm通孔走線孔，走線孔和走線槽的加工隻能在分段單件粗加工之後進行，由於零件（jiàn）精車過程中毛刺翻到（dào）走線槽和孔內，長期以來走線槽和孔毛刺的去除都是由（yóu）鉗工手工用什錦（jǐn）銼刀倒角完成，由於（yú）中間兩段之間的（de）距離隻有5 mm（見圖（tú）2），施展銼刀空間狹（xiá）小，導（dǎo）致在修銼去毛刺過程中把（bǎ）零件（jiàn）劃傷（見圖（tú）3、圖（tú）4）。

以看出手（shǒu）工修銼走線槽和孔存在（zài）以下幾方麵的缺點：①修銼過程中零件表麵質量不易控製，很容易造成零（líng）件表麵劃傷。②手工修銼（cuò）去毛刺效率低下。③手工修銼走線槽倒角一致性不能保證。④手工去毛刺後容易引起二（èr）次毛刺。

如圖2所示零件是由兩種不同材料焊接而成，其中中間兩（liǎng）段有1.5 mm×3 mm和1.5 mm×3.5 mm的走線槽，φ 1.5 mm通孔走線孔，走線孔和走線槽的（de）加工隻能在分段單件粗加工之後進行，由於零件（jiàn）精車過程（chéng）中毛（máo）刺翻到走線槽和（hé）孔內，長期以來走線（xiàn）槽和孔毛刺的去除都是由鉗工手工用什錦銼刀倒角完成，由於中間兩段之間的距（jù）離隻有5 mm（見圖2），施展（zhǎn）銼刀空間（jiān）狹（xiá）小，導致在修（xiū）銼（cuò）去毛刺過程中把零件劃傷（見圖3、圖4）。

針對零件的結構特點以及加工特點，提出采用電火花成形的加工方（fāng）法去除零件1.5 mm×3 mm和1.5 mm×3.5 mm走線槽以及φ 1.5 mm走線孔邊沿的毛刺。根據（jù）圖5設計（jì）加工如圖6所示成形電極。

針對零件的結（jié）構特（tè）點以及加工特（tè）點，提出采用電火花成形的加工方法去除零件（jiàn）1.5 mm×3 mm和1.5 mm×3.5 mm走線槽以及（jí）φ 1.5 mm走線孔（kǒng）邊沿的毛刺。根據圖5設計加工如圖6所示成（chéng）形（xíng）電（diàn）極。.

通過工藝試驗表明：針對零件1.5 mm×3 mm和1.5 mm×3.5 mm的（de）走線槽以及φ 1.5 mm走線孔邊沿的毛刺，采用電火（huǒ）花成形的加工方法進行加工去除具有如下幾方麵（miàn）的優點：①零件去毛刺過（guò）程可控，且不會造成零件表麵劃傷。②大大減輕了勞動（dòng）強度。③操作過程可控、省時高效，加工效率（lǜ）能（néng）提高50%以（yǐ）上。④能保證倒（dǎo）角加工的（de）一致性，適合零件的批量化生產。采用電（diàn）火花成形加工效（xiào）果良好，其加工後效果如圖7、圖8所示。

通過工（gōng）藝（yì）試驗表（biǎo）明（míng）：針對零件1.5 mm×3 mm和1.5 mm×3.5 mm的（de）走線槽以及φ 1.5 mm走線孔邊沿的毛刺，采用電火（huǒ）花成形的加工方法進行加工去除具有如（rú）下幾方麵的優點：①零件去毛刺過程可控，且不會造（zào）成零件表麵劃傷。②大大減輕了勞動強度。③操作過程可控、省時高效，加工效率能提高50%以上（shàng）。④能保證倒角加工的一致性，適合零件的批量化生產。采用電火花成形加工效果良好，其加工後效果如圖7、圖8所示。

如圖9所示零件是太陽敏（mǐn）感器中（zhōng）承（chéng）載光（guāng）學頭部（bù）的（de）高精度重要零件， 2個梯形型通孔（kǒng）中間有一個50 mm×41 mm的（de）矩形窗口。通（tōng）過數銑其他所有形麵均能（néng）達到設計圖樣要求，唯（wéi）獨中間50 mm×41 mm的矩形窗口隻用T型刀能加工成（chéng）如圖10所示的形狀。

如圖9所示零件是太陽敏感器中承載光學頭部的高精度（dù）重要零件， 2個梯形型通孔中間有一個50 mm×41 mm的矩形（xíng）窗口。通過數銑其他所有形麵均能達到設計圖樣（yàng）要求，唯獨中間50 mm×41 mm的矩形（xíng）窗口隻用T型刀能加工成如圖10所示的形狀。

按照工（gōng）藝流（liú）程要求單獨有一道工序在普（pǔ）通銑床上用特製（zhì）的T型刀加工矩形（xíng）窗口上下“殘留”的尖角。如果采（cǎi）用普銑的加工方法（fǎ），直接用T型刀仍無（wú）法加工，必須將特製的T型刀的刀柄先從梯形腔內穿過底部的接插件窗口（見圖11），再將（jiāng）刀柄裝到機床的（de）主軸上。在加工的時候還必須確保T型（xíng）刀（dāo）的側刃不能碰到側麵，加工（gōng）1件就需要換裝刀具至少2次。因此，加工效率不僅低，而且還很難保證圖樣尺寸要求。

按照工藝流程要求單（dān）獨有一道工序（xù）在普通銑（xǐ）床上（shàng）用特製的T型刀加工矩形窗口上下“殘留”的尖角。如果采用普銑的加工方法，直接用T型刀仍無法加（jiā）工，必須將特製的T型刀（dāo）的刀柄先從梯形腔內（nèi）穿過底部的（de）接插件（jiàn）窗口（見圖11），再將刀柄裝到機床（chuáng）的主軸上。在加工的時（shí）候還必須確保（bǎo）T型刀的側刃不能碰到側麵，加工1件就需要換裝刀（dāo）具（jù）至少2次。因此（cǐ），加（jiā）工效（xiào）率不（bú）僅低，而（ér）且還很難保證圖樣尺寸要求（qiú）

為了滿足設計圖樣要求，決定采用電（diàn）火花成形技術加工（gōng）矩（jǔ）形（xíng）窗口，設計如圖1 2 所示尺寸為：材料為紫銅的電火花成形電（diàn）極。

為（wéi）了滿足（zú）設計圖樣要求，決定采用（yòng）電火花成形技術加工矩形窗口，設計如圖1 2 所示尺（chǐ）寸（cùn）為：，材料為紫銅的電火花成形電

通過試驗表（biǎo）明，改用電火花成（chéng）形加工方法完全可行且具有如下幾方麵優點：①找正方便、加工（gōng）效（xiào）率（lǜ）高。隻（zhī）需找正首件，基本不用重（chóng）複找正，適（shì）於小批量生產。②加工成本低。采用的紫銅電極（jí）成本比合金（jīn）刀具成本相比廉價，電極（jí）損耗小可重複使（shǐ）用。③尺寸一致性有保證（zhèng），能提高零件合格率。減少零件加工對操作者技能水平（píng）的依賴，找正工件，隻要參數設置合（hé）理，正確操（cāo）作就能確保零件合（hé）格。

4. 結語

通過上述典型（xíng）案例分析表明，隨著電加工技術的快速發展，許多采用傳統金（jīn）屬切削加工（gōng）很難解決的問題，采用現代電（diàn）加工技術能“迎刃而解”。實踐說明電加工不但能（néng）提（tí）高零件的加工合格率、表麵質量，而且還能提高加工效率，降低成本。因此，要（yào）不（bú）斷創新、開拓思路，利用電加工技術優勢（shì）結合先進的金屬切削技術來製定高效、優質（zhì）的加工方案，提高零件的加工精度和合格率，才能確保航天產品的高可靠性。

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