典型高精度型孔的电加工工艺研究

典型高精度型孔的电加工工艺研究

刘杨

中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司 贵州省贵阳市 550000

【摘要】本文对高精型孔的加工技术进行阐述，针对高精型孔的技术难点进行简单介绍与剖析，通过工艺分析确定加工方法，并对加工过程中的流程、参数、测量方法进行详细介绍

关键词：高精度型孔 线切割 加工流程 加工参数 测量方法

一、前言

航空发动机燃油系统是供给和调节发动机燃油、保证发动机正常工作的重要系统。航空发动机燃油泵调节器的活门组件是关键的部件之一，起着供油、断油、控油、限压、限速等重要调节作用，其构造特点是活门与衬套相配合，工作状态复杂，影响参数多，一旦出现故障或失效，往往具有很大危险性。然而影响精密偶件液压性能特性除了活门的尖边、圆柱度、油液污染等，与衬套的型孔形状、位置精度也有密不可分的关系。本文主要研究特殊工种电加工对高精度衬套型孔的加工，从零件的加工流程、加工参数、测量方法等方面，有效提高了高精度型孔的加工问题，使零件的合格率得到提高。

二、高精度型孔加工的现状介绍

我们将选择的典型高精度型孔的衬套分为快、慢走丝两种加工方式：

1.慢走丝的加工（见图一）：从图中可以看出，该零件有三个型孔，且每个型孔沿圆周方向均布4个，加工时需保证圆周方向每个型孔的长度公差都再0.03～0.04mm以内。

图一

2.快走丝的加工（见图二、图三）：该型孔尺寸小、公差严、粗糙度要求高、开度（见注释）不明显且随型孔宽度的变化而不断变化，型孔的所有型面相对于基准面A的对称度不大于为0.02mm，尺寸公差更是在±0.01范围内。

图二 型孔各段的开度

注释：我们将型孔两型面的夹角大小称为开度。如注图所示：型孔AC段开度为1°，CD段开度为6°，DE段和EF段开度都为4°

图三 RCB10C-1320-01型孔的设计尺寸

三、技术难点

1、在衬套同一径向截面上的型孔的长度尺寸、位置尺寸以及光度应尽可能保持一致，我们可以发现，使用电加工过程中，容易出现抖丝状况，造成型孔长度、位置尺寸不稳定且表面粗糙度差，甚至有时会出现掉块现象烧伤零件，因此我们根据需要选择快、慢走丝的加工。

2、明确型孔尺寸、光度等要求的测量手段，由于精度要求高，一般的测量手段已不能满足测量需求。

3、分析各个工艺参数与型孔尺寸的关系，确定各关键因素与型孔尺寸变化的关系，并确定合适的工艺参数。

四、原因分析

首先，我们对高精度型孔零件的线切割割型孔线切割加工工序的不合格品进行了分析，得出超差的主要原因如下：

1. 零件型孔径向同一截面上的型孔的尺寸精度、位置精度及粗糙度需尽可能保持一致，难以加工

2. 在线切割加工过程中，加工时掉屑造成内孔烧伤

3、 线切割加工过程中，产生抖丝、断丝等情况而造成锯齿状纹路。

五、相应采取的解决措施

1、对于典型高精度型孔零件的慢走丝加工，我们从以下几个方面进行改进和控制：

（1）、工艺方案的选择：

1.1 慢走丝设备的选择

慢走丝机床AW510既有浸泡式冷却又有喷头式冷却的加工，在粗加工时选择浸泡式冷却，循环流动的冷却液将粗加工时产生掉块带走，解决了内孔烧伤问题，精加工采用喷水式冷却，解决了抖丝问题。

1.2 测量方式的确定

首先，型孔加工时，需90°翻转零件，因此我们要将两次加工不重复性降到最低，使用夹具14D6377/0252加工；其次，型孔长度43.5+0.04 0、25.5+0.04 0、7.5 0 -0.03公差精度高，为了减少测量误差，加工工序与检验工序同时使用标准件14D6074/0297、测具14D6008/0557进行测量，保证了测量的一致性（见图四、图五）。

图四 对标准件14D6074/0297

图五 测量零件

1.3 工序流程的确定

首先，为了能既提高加工效率又能保证加工质量，我们对该零件进行了引入加工、粗加工、精加工三个步骤，并确定了这三个步骤采用的冷却方式（见图六）

图六

（2）、加工参数的确定：

2.1、丝的确定：

该零件型孔最小值是2+0.14 0，由于该零件型孔较大，我们可以选择0.25mm的铜丝进行加工，当铜丝的直径越大时，抵抗冷却液造成的水压冲击力的能力越强，保证尺寸的精度稳定性也越高

2.2、编程参数的确定：

型槽尺寸要求在编制加工程序时，原则上必须采用中差编程，即在画图时，每个坐标点都要按照工艺规程中要求的尺寸中差给出，并将图形与程序固化至设备中，以便后续加工调出使用。首件按此加工后，根据测量结果调整尺寸。

2.3机床参数的确定：

另外，确定机床参数，由于锯齿状纹路的产生与水压大小、丝的张力以及运丝速度息息相关；而加工的稳定性与放电时的电压基准以及开路电压选择有关，因此，经过多次试验结果，我们总结出最佳的加工参数（见表一）

表一

除以上重点参数外，我们将其它参数也进行了优化，已将这些参数作为常用参数保存在机床设置中，以便类似零件加工时直接使用。

2、对于所选取的典型高精度型孔的快走丝加工，我们从以下几个方面进行改进和控制：

（1）、加工参数的选择：

1.1 丝的选择

根据型孔最小处的尺寸分析，钼丝直径越小时，所能加工的型孔尺寸就越小，我分厂快走丝设备能运用的最小钼丝直径为0.08mm，因此选用0.08mm钼丝进行加工。

1.2 快走丝设备的选择

用快走丝DK7732加工型孔时，由于冷却液的冲压较小，所以钼丝的震动较小。另外，快走丝的运丝速度较快，电流在零件上的累积作用较小，从而对被加工型孔尺寸的影响也相对较小。快走丝运用的钼丝直径为0.08mm，当选择较小的补偿和合适的放电间隙时依然可以实现小尺寸、高精度的型孔加工， 快走丝设备

综上所述，对于这类零件我们可以选择精度最高的快走丝设备为DK7732，该设备可用的钼丝直径最小，导轮精度最高，冷却液的压力适中，电流、电压以及功率可调档位较多，易于操作，且机床稳定性较好，因此决定采用快走丝进行加工。

（2）、工艺方案的选择：

2.1、装夹方式

采用夹具14D6377/0115进行定位（如图七所示）。

由于型孔对基准A的对称度0.02不能控制型孔在凸台上的位置，经与设计协商，将基准面改为下图所示表面（如图八所示）。加工时利用夹具找正凸台表面即可保证型孔所有表面对基准面A的对称度要求。

图七 定位方式

图八 零件基准面A

2.2、检测手段和方法

由于零件型孔非常小，普通测量方法无法准确测量型孔的实际尺寸。因此，经与质检部协商，采用投影仪投影侧量型孔尺寸。每件零件加工完成后，工人与汇总检验人员共同投影测量型孔个点尺寸，若测量结果不能满足设计要求，工人根据不合格点微调走丝路线图尺寸或钼丝紧度，重新加工新零件，并测量其型孔尺寸，当测量结果满足设计要求时，汇总检验为零件出示型孔尺寸计量单，并加盖合格印章。

（3）加工参数的确定

3.1、机床参数

机床参数包括：脉冲、脉宽、频率、功率、电压、电流、步速、丝铜转速和放电间隙等。脉冲、电流、电压、步速、丝铜转速和放电间隙都是以数量显示的可调参数，而频率和功率都是以档位为显示量的参数，但是，频率和功率的高低将直接反映加工零件时放电量的多少，从而决定零件的加工速度和质量，如型孔的光度、尺寸及其稳定性等。从能量角度分析，电压、电流、脉冲可以通过计算来反映功率和频率，所以电压、电流、脉冲也影响型孔的光度、尺寸及其稳定性等。而丝铜转速和步速最直接影响的是零件型孔的光度，丝铜转速和步速过高或者过低都将引起钼丝的震动，从而导致型孔出现不同程度的凹、凸点，影响型孔光度。关于放电间隙将与钼丝直径、补偿和走丝路线尺寸一起影响型孔尺寸。

根据以上的分析，我们加工了部分与零件状态一致的试验件进行试加工，通过不断摸索确定下面一组合适的机床参数：电流I=1~2A，电压U=80V，频率f=42Hz，脉冲为8，脉宽设为1挡，功率选低档位，步速XY=42，UV=102，丝铜转速在19.3~20之间。根据型孔尺寸选择该机床最小的放电间隙0.01mm。

3.2程序参数

程序参数主要有补偿和程序循环次数。程序的循环次数就代表了钼丝走刀的次数，一般来说，循环次数对型孔的尺寸影响不大，但能提高型孔表面的光度，但是RCB10C-1320型孔部分尺寸较小，重复加工时，会造成放电量的累积，从而使型孔尺寸变大，因此在加工时要注意循环次数不宜过多。

3.3、其它因素和参数

加工型孔时，我们认为型孔尺寸=钼丝直径+放电间隙+补偿+被切掉的零件基体尺寸，但是，对于型孔在1.03±0.02段尺寸较小（该处型孔宽度为0.155±0.01），公差比较严，又根据我分厂目前拥有的设备的加工能力来看，型孔尺寸=钼丝直径+放电间隙+补偿，因此钼丝直径、放电间隙和补偿的选择就至关重要。对于钼丝直径的选择应该尽可能的小，再选择合适的补偿，并调整机床的放电间隙，理论上可以保证型孔在1.03±0.02段的宽度。

根据加工经验判断，夹具的高度越低，钼丝震动的振幅越小，加工时，型孔表面光度也越好。因此，将夹具的高度调整到最小：8±0.2cm最佳。

六、取得的效果

采用特殊工种电加工线切割加工这一类高精度型孔，根据型孔的大小选择相应的设备以及确定电流、电压、放电间隙、丝的直径、程序循环次数等的加工参数，大大提高了高精度型孔的质量和加工的稳定性，提高了产品的合格率。

七、结束语

通过大量对电加工工艺技术探索的工作，使我公司更进一步的掌握该机加关键技术，并突破了当前我公司现有的电加工技术水平，为公司主泵调试核心关键技术的研究和运用提升了一个新台阶；

通过对该核心工艺技术的探索和掌握，为我厂该型主泵的正常调试奠定了基础，同时为未来更多高精度型孔的电加工工艺探索积累了经验，更为公司的降本增效做出了贡献！

参考文献：

[1]杨江河 程继学编著.精密加工实用技术.北京：机械工业出版社2006

[2]乐崇年 杨大成编著.线切割加工技术.高等驾驭出版社 2012

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