试析航空发动机零件电火花加工工艺

郑天胜 顾艳 孙巍

摘 要：随着工业生产的发展和科学技术的进步，对航空发动机性能提出了更高的要求。高性能发动机中采用的零件种类逐渐增多，传统的单一加工方法已经无法解决航空发动机复杂零件加工的问题，在机匣加工以及整体叶盘加工方面比较困难，这给零件加工方面带来了较大的挑战。为此，需要采用一种新型的加工工艺进行发动机零部件的加工，应用电火花加工工艺进行航空机械产品的加工，不仅可以改变零件表面的质量问题，还能够保证零件表面组织的稳定性。

关键词：航空发动机零件；电火花加工

一、电火花加工工艺概述

电火花加工是一种利用电能和热能进行加工的新工艺，俗称放电加工。电火花加工与一般切削加工的区别在于，电火花加工时工具与工件并不接触，而是靠工具与工件间不断产生的脉冲性火花放电，利用放电时产生局部、瞬时的高温把金属材料逐步蚀除下来。由于在放电过程中有可见火花产生，故称电火花加工。由于电火花加工具有传统的切削加工所无法比拟的优势，因此，被广泛应用于机械、航空以及轻工业等各种行业中，能够解决材料加工困难以及复杂零件加工的问题。其特点主要体现在以下几点：1、脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。2、脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围小。3、加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极小。工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。4、可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。

基于上述特点，电火花加工的主要用途有以下几项：1、制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。2、加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。3、在金屬板材上切割出零件。 4、加工窄缝。5、磨削平面和圆面。6、其它（如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等）。

二、电火花加工工艺在航空发动机零件加工中的应用

1、蜂窝结构件加工中对电火花加工工艺的应用

中美合作设计的涡轮螺旋桨发动机，可以有效降低油耗，还能够增强涡轮工作叶片的密封性能，在涡轮导向器机匣内相应的部位焊接了一个环状蜂窝板。在具体的部件加工过程中，采用普通的机械车以及磨削加工，在毛刺剔除方面较为烦琐。利用电火花机床加工蜂窝，加工的状态类似于电火花磨削。在进行工艺试验时，主要试验了不同脉冲参数加工，通过加工件表面进行观察，从中可以得到，脉宽和加工电流不能够过大，否则就会导致工件出现损伤，对产品的质量造成直接影响。为了提升产品的加工速度，确保在较短的时间内完成产品加工，可以通过增加工件加工面积的方式来增强脉冲量的投入。为了兼顾产品的表面质量，可以将产品的加工分成不同的准则，主要有粗、精准则，在进行粗加工的过程中，选择的脉宽为64us～256us，在精加工过程中，选择的脉宽为2us～8us。由于蜂窝结构蚀除的金属体积占据工件体积的小部分，放电弧长较长，因此，对电极造成的损耗相对较小。在进行产品批量加工时，可以参照电极尺寸的实际变化量来减少辅助时间，缩短工件的加工时间。经过多次加工之后，可以证明，用电火花磨削方式加工蜂窝结构件是一种非常有效的加工方式，一方面可以保证结构件的精度，另一方面还能够保证零部件的尺寸满足要求。

2、窄筋板类零件加工中对电火花加工工艺的应用

涡桨发动机的一些组合件上，需要加工叶片顶端以及叶根的封严翅板，这两个部分。由于此类零部件的加工部位比较开敞，刀具可伸入其中，因此，可以选择车削加工的方法进行加工。考虑到涡轮叶片材料是一种高温铸造的合金材料，采用车削的方法容易导致材料剥落，从而加大材料表面的粗糙度，所以，采用电火花磨削加工的方法比较合适。一般而言，叶冠篦齿在高度上相差1mm多，叶冠本身由呈现出锥面，为了增强加工速度，以粗车的形式进行涡轮组件的施工，留0.15mm左右用于电火花磨削，在加工过程中，为了减少电机尺寸的变化，可以选择采用内圆弧形加工方式，一方面可以增强放电面积，另一方面增强加工的稳定性。为增强仿型精度，可以选择两个电极，中加工和粗加工的电极各用一个，然后根据放电间隙适当调整电极尺寸，进而保证加工出的工件达到图纸设计的基本要求。在封严翅板加工时，为防止材料剥落，可以选择圆弧状片电极，通过增大放电面积，进而减少电极尺寸的变化量。

三、火花加工未来的发展趋势

1、更好的加工稳定性

电火花放电过程本身的随机性、复杂性导致了各种干扰更容易对加工过程造成影响。虽然电火花加工工艺理论、控制理论都在不断地发展和提高，但是加工工艺理论和控制理论要得到进一步全面的发展都必须基于放电基理上的研究，如果能够通过创新性的手段实现放电基理研究的突破性进展，那么包括变质层和尺寸不稳定这样的问题都能够迎刃而解。

2、实现高效加工

加工过程的高效化不仅体现在通过改进电火花加工伺服系统、控制系统、机床结构等，减少上述因素对电火花成型加工效率的影响。在保证精度的前提下提高粗、精加工效率，同时还应该减少辅助加工时间，例如增强机床编程功能，扩展机床在线后台编程能力，同时还应当增强机床的可操作性。

3、改善电火花加工的环保性

电火花加工技术无论如何改进和发展，它首先必须做到以人为本，比如加工过程中使用的工作液会对操作者的皮肤产生刺激，这是很严重的问题，那么使用无毒无害的工作液也将成为必然的趋势。

结语：我国的航空航天技术以及航空发动机零件的生产上的技术，相对于世界先进的发展水平来讲还是落后很多，同时进行航空零件生产的机床和机器，乃至于刀具很多都依赖于进口，这就使得发动机零件生产上的效率严重受到了制约，电火花加工机床的应用，可以拓展发动机零部件的适用范围，提高零部件的生产效率。在航空发动机零件中采用电火花加工工艺，大大提高了航空产品加工质量，对中国航空事业有着极其深远的意义。

参考文献：

[1]郑亚.特种加工技术及其在我国航空发动机制造中的应用[J].军民两用技术与产品，2016（20）.

[2]王柱，王峰.电火花高速小孔机加工工艺研究[J].中国新技术新产品，2016（2）