航空（kōng）發動機高渦葉片氣（qì）膜孔電（diàn）火（huǒ）花加工工藝參數優化
2013-5-5 來源： 作者：
高速電火花小孔加工原理
高速電火花小孔加工是近年來一（yī）項新興的先進製造技術。
其原理是在旋轉的中（zhōng）空管狀電極中通以高壓工作液，衝走加工屑，同時保持高電（diàn）流（liú）密（mì）度連續正常放電。電（diàn）極旋轉可使端麵損耗均勻，不致受高壓（yā）、高速工作液的反作用力而偏斜。然而，在電（diàn）火花小孔加工特別是深孔加（jiā）工時，容易在工件（jiàn）上留下毛刺料芯以及被去除的工件材（cái）科的微小顆粒，阻礙工作液的高速流通，使加工速（sù）度低、加工不穩定以及工具電極損（sǔn）耗增大（dà）等，而這些滯留在狹小加工間隙（xì）中的微小顆粒又往往會引起二（èr）次放（fàng）電（diàn）的產生，使加工過程不（bú）穩定，甚至產生短路現象（xiàng），導致加工難以進行（háng）。
另一方麵，由於小直徑的工（gōng）具電極在加工過程中易產生晃動或振（zhèn）動，更有助於發生二次放（fàng）電現象。正是（shì）由於電火花小孔加工存在（zài）這種二次放電造成重熔層厚度增加所帶來（lái）的弊處，使得對（duì）航空發動（dòng）機（jī）高（gāo）壓渦輪葉片的加工工藝提出了更高的技術要求。通過工藝試驗和驗證，我們對電火花小孔加工工藝參數進行合理的優化，可以達到減小重熔層、提高氣膜孔加工質量的目的。
高渦葉片氣膜孔（kǒng）加工工藝分析
高壓渦輪葉片是航空發動（dòng）機透（tòu）平機中的關鍵部件，它工作環境十分惡劣。在發動機循環中，高壓渦輪葉片承受著燃燒後產生的高溫高壓燃氣的衝擊，有效的冷卻措施既可（kě）以保證發動機安全可靠的工作，延長發（fā）動機的使用壽（shòu）命，也可（kě）以（yǐ）降低高溫材料的成本。發動機的性能在很大程度（dù）上取決於（yú）渦輪進口溫（wēn）度的（de）高低，它受到渦輪葉片材料和結構的限製。因此對渦（wō）輪葉片進行連續不斷的冷卻，使之可以在允許的工作環（huán）境溫度中超過材料的熔點仍能安全可靠地工作。
氣（qì）膜（mó）冷卻技術（shù）是（shì）具有代表性的重要結構改進之一（yī），大大提（tí）高（gāo）了（le）發動機的性能：氣膜（mó）冷卻就是在渦輪葉片葉身上沿葉高方向分布了（le）n排冷（lěng）卻氣（qì）膜孔，從（cóng）氣膜孔噴出的冷卻氣流在葉身表（biǎo）麵形成氣膜，阻隔高溫的燃氣，從而提高葉片材（cái）料的耐高溫（wēn）性能。冷（lěng）卻氣膜（mó）孔的加工質量直接影響了高壓渦輪（lún）葉（yè）片的冷卻效果，並影（yǐng）響（xiǎng）到葉片的（de）T作（zuò）壽命。
氣（qì）膜（mó）冷卻孔的（de）加工方法通常有激光加工(Laser）、電火花加工(EDM）等方式。前者加工速度快，成本低（dī），但是由於激光的（de）燒熔作（zuò）用，孔內粗糙度不均勻，形成較厚的（de）重熔層，實際測量的孔直徑要小於孔的實際通流直徑；後者加工精度高（gāo），孔內粗（cū）糙度均勻，且重熔層較薄，可以加工成形孔，但是加工時間較長，成本較高。
為了得到較好的氣（qì）膜孔加工質量，目前在航空製造業中（zhōng）高渦葉片氣（qì）膜孔大都采用電火花方式進行加工。在氣膜孔的電火花加工過程中存（cún）在以下幾個向題：①工作液壓力降低、基體雜質、內腔表麵型芯殘留附著物等會（huì）導致加工時間延長，造（zào）成重熔層增厚超標，甚至出現微（wēi）裂紋。②在氣膜孔（kǒng）補加工（gōng）時，電極與原孔完全重合困難（nán），容易產生（shēng）二次放電，對零件表麵狀態會（huì）造成影響。③目前國內沒有氣（qì）膜孔內腔斜孔銳角尖邊（biān）倒（dǎo）圓的成熟（shú）加工技術。由此可見（jiàn），重熔層的厚度（dù）是影響氣膜孔質量的關鍵要素，通過工藝參數的優化可實現重熔層厚度最小化，以改善氣膜孔的（de）加工質量。
重熔層厚度是（shì）參數設計（jì）中用來度量氣膜孔加工質量的指際，是參數設計的核心因（yīn）素，其基本思想是通過選擇係統（tǒng）中所有參數的最（zuì）佳水平組合，使氣膜孔的加工質（zhì）量最好，重熔（róng）層厚度值越小，氣膜孔的加工質量（liàng）就越好。重熔層的（de）分析過程實際上是一個擇優的問題，它通過使用正交表，以重熔層厚（hòu）度T作為氣膜孔加工質（zhì）量的（de）評價指標，運用統（tǒng）計技術進行分析，確定最佳水平組合。重熔層厚（hòu）度值的極差越大，影響因素（sù）水（shuǐ）平就越高（gāo）。
在機械製造業中，鈦合（hé）金材料具有其他金屬材料無法擁有的特點：比強度高，熱（rè）強性高，抗蝕性好（hǎo）；合金密度僅為鋼的58%，因此，利用鈦合金材料做成的（de）薄壁殼體結構件，將成（chéng）為國防產品通用工件。由於工件壁薄，加工容易變形，徑向夾緊力使工件產生彈性變形，刀具磨損快使加工尺寸不穩定（dìng），不易保證加工質量，使工件廢品率及加工成本居高不下，工件加（jiā）工變形一直（zhí）困擾技術人員及加工操作者。
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