航空發(fā)動機環(huán)形薄壁工件的待加工部位多為旋轉(zhuǎn)型面或眾多大小不一、錯落分布的群孔,工件整體剛度差,在加工中結(jié)構(gòu)不能隨大的機械力。如發(fā)動機機匣,壓氣機靜、動轉(zhuǎn)子等。另外,工件的材質(zhì)大多采用耐熱合金,機械強度高、韌性好。由于工件結(jié)構(gòu)剛度較差,故機械加工性能不良,但耐熱合金的電火花加工性能較好,因此采用電火花磨削工藝加工。
(1)典型工件的技術(shù)要求 圖所示為典型機匣工件,D1~D6為峰窩環(huán),孔表面粗糙度要求Ra1.6μm、尺寸精度±0.1mm;D7為支承孔,上下端面均應磨削,保證與孔的垂直度,表面粗糙度要求分別為Ra2.5μm(上限)及Ra1.6μm(下限)。加工D4~D6時,應防止工具電極碰到工件中部的壁部。而加工D7時,工具電極需反向伺服,夾具上的沉孔深度應足夠,且應有排油孔,以便及時將電蝕產(chǎn)物等雜質(zhì)排出,保證加工順利進行。
圖所示為峰窩環(huán)電火花磨削加工示意圖,其工具電極弧長約相當于工件弧面扇面角40°~50°,加工前先將電極工作面垂直調(diào)整好,再將工具電極與工件Y向軸線調(diào)重合,即可開始電火花磨削加工。
(2)對機床設(shè)備的要求 為進行航空發(fā)動機環(huán)形薄壁工件的電火花磨削加工,不能采用現(xiàn)有通用型電火花機床,應根據(jù)主要加工工件的規(guī)格及相關(guān)部位的特點,設(shè)計制作專用電火花磨床設(shè)備。對該專用電火花磨床的要求如下。
1)具有可準確分度的旋轉(zhuǎn)工作臺,盡量選擇數(shù)控分度工作臺。
2)工具電極應具有X、Y、Z三方向的伺服控制功能(兩軸聯(lián)動即可),三軸伺服行程按工件加工尺寸范圍擴大30%~40%即可。
3)航空發(fā)動機環(huán)形薄壁工件的尺寸大,剛度較差,加工設(shè)備應具備靈敏度高、重復精度好的“對刀”功能,以便于對加工后工件作在線尺寸及位置度檢測。
4)為了保證工件加工的圓度,伺服進給應具備階梯進給功能。每一階梯高度應能自由選定。
5)工作液供給系統(tǒng)應考慮多方向噴液加工的可能性,盡可能多提供供液點。
(3)電火花磨削加工的特點
1)對于環(huán)形薄壁工件圓周磨削,工具電極工作面包含的扇形角以40°~50°為最佳。扇形角過大,不利于蝕除物排出,會由于電極變形較大而危及加工表面的圓柱度。
2)在粗加工(即基本修圓階段)前,先用“對刀”功能,測出待加工面的原始尺寸,然后針對各部位實際加工余量,依其大小順序采用分段單向進給蝕除進行伺服加工,即將工件待加工面圓周按工具電極工作面弧長分成多個弧段,工件靜止不動,逐段徑和進給至相同的終點坐標即可。當工具電極徑向損耗較大時,應予以補償,使粗加工后工件的圓度誤差≤0.1mm。粗加工的去除量通常取總加工余量的80%。
3)中加工階段的加工余量占總余量的15%,主要保證工件的幾何精度,去除粗加工表面存在的燒傷、裂紋等缺陷。
中加工時,工件作低速旋轉(zhuǎn),工件加工表面旋轉(zhuǎn)的線速度以1.5~3.0m/min為宜。轉(zhuǎn)速過低易因蝕除物排除不及時而產(chǎn)生燒傷或積炭短路;轉(zhuǎn)速過快則不利于工件修圓,且火花放電不充分,使加工速度反而下降。在中加工開始前,應對工具電極表面進行檢驗,去除電極表面積炭;如果電極表面損耗過大,沿軸向直線度下降較多,則應及時予以修正,調(diào)整后實測工件現(xiàn)有加工余量,防止加工尺寸超差。
為了保證工件的最終加工精度,應采用逐次階梯進給方式加工。每個階梯高度(每次進給量)約0.02~0.03mm,不應超過0.05mm。只有確認本次進給過程幾乎沒有實質(zhì)性火花放電(表現(xiàn)為加工電流表指示接近零)時,才開始下一階梯進給。工件加工好壞,中加工過程是關(guān)鍵階段,應引起重視。
4)精加工階段加工余量僅為總量的5%,實際加工量僅0.05~0.1mm。精加工過程主要是修光表面,使工件加工尺寸進入設(shè)計要求的公差帶中值。這時應降低放電能量,適應提高工件的轉(zhuǎn)速,達到減。ㄈコ┍砻孀冑|(zhì)層、降低加工表面粗糙度的目的。
精加工階段在進給到最終極限值時,應令工件多旋轉(zhuǎn)幾圈。實踐表明,當工具電極與工件表面已墻角明顯火花放電時,空轉(zhuǎn)2~3圈,工件直徑尺寸約擴大2~3μm。
(4)加工效果
1)與常規(guī)機械加工工藝相比,雖然加工效率略顯偏低,但能確保加工質(zhì)量,滿足圖樣設(shè)計的各項技術(shù)要求。因種種條件限制,要想提高效率仍需繼續(xù)努力。
2)由于環(huán)形薄壁工件自身尺寸很大,專用加工設(shè)計的結(jié)構(gòu)尺寸相應也大,但各坐標軸伺服放電加工行程相對很小,僅為移動行程的1/10。因此,在專用加工設(shè)計制作時,一定要綜合考慮。