電火花加工 Technical advantages
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        1943 年蘇聯科學家利用電火花的蝕除作用開發了電火花加工。由于其獨特的加工能力,電火花加工已廣泛應用于航空航天等領域。電火花加工技術(Electrical Discharge Machining)是在一定介質中(通常為煤油、去離子水)利用兩個電極(一極是工具電極,另一極則為工件)之間產生脈沖火花放電時的電蝕效應來達到蝕除被加工工件材料目的的加工技術。

      在航空航天領域中采用電火花加工復雜型面的零件,根據電極的形狀和運動方式可將電火花加工分為兩類。一種是采用復雜的電極沿簡單進給軌跡進行加工零件,此時要求制造電極的數控機床聯動軸數較多,而對電火花加工機床的聯動軸數要求相應降低,這種加工方式稱為電火花成形加工。成形拷貝法采用與葉片型面完全貼合的成形電極進行拷貝加工,葉片成形精度較高,是加工整體葉輪的有效方法。一種思路是采用簡單電極沿復雜進給軌跡來加工零件,電極制造較為簡單,但要求電火花加工機床的聯動軸數較多,這種加工方式也稱為電火花銑削加工,優點是電極制造簡單,缺點是葉片成形精度低,電極損耗快。


多軸聯動數控電火花加工具有明顯優勢:
1)加工材料范圍廣,包括鎳基高溫合金、硬質合金、鈦合金等各種傳統切削方法難以加工的材料,均可采用電火花加工;
2)電火花加工機床可實現多自由度聯動控制,能完成非常復雜的進給運動,有效避免了電極與工件之間的干涉問題,而且進給分辨率通??蛇_1um 或更高,可以加工精度要求很高的零件;
3)電火花加工過程中,不存在宏觀力的作用,電極和工件都不會產生宏觀力變形,電極的最小厚度可以達到1mm 以內,可加工幾何尺寸窄小的流道。
      閉式整體渦輪盤是典型的半封閉式結構,結構非常復雜,葉片型面彎扭且流道狹窄。若采用電火花銑削加工難以進行路徑規劃,甚至無法找出電極與渦輪葉盤不發生干涉的刀軌。數控電火花加工機床可實現多自由度聯動控制,能完成非常復雜的進給運動,有效避免了電極與工件之間的干涉問題,而且進給分辨率通??蛇_1um 或更高,可以加工精度要求很高的零件。數控電火花成形加工成為制造閉式整體渦輪盤的理想選擇,這已在各國渦輪制造領域形成共識。
      小型航空渦輪噴氣發動機上的葉輪大部分為整體葉輪(包括高、中、低壓渦輪;前、后排整流器和導風輪),葉片與輪盤一體,形狀復雜,葉片加工困難。用普通機械方法加工,需要使用靠模銑等設備及復雜工序,而且葉輪為耐熱合金材料,刀具磨損大,加工效率低。采用電火花加工,則可以簡化加工設備和工序,提高加工速度。由于葉片沿葉身方向扭曲很大,葉片端部對葉盤根部有較大的覆蓋,葉身方向各個截面相互扭曲也較大,為不產生干涉,根據葉片彎扭程度,輪盤需沿軸向和徑向旋轉不同的角度,保證電極進給方便。如,美國NUCON 公司曾采用五軸數控銑床加工AZB6 型火箭發動機的不銹鋼翼型。該翼型上有103 片復雜扭曲葉片,零件的公差為0.03mm。葉片是由兩條雙曲面扭曲線形成,曲面個個相鄰葉片相互之間的通道狹窄,僅為5.lmm,定位相當困難。在精加工成型前,需要先用三軸數控機床在葉片之間進行粗加工,以減少刀具的損耗。加工每個零件需要2000個小時。美國 MACROEDM 公司使用日本SODICK 電火花加工機加工該零件,整個加工工程僅需400 個小時,比原來的機械加工方法效率提高了5 倍。
      國內哈爾濱工業大學及西北工業大學對電火花加工整體渦輪在電火花電極設計與制造、電極運動軌跡等關鍵工藝方面做了許多研究。哈爾濱工業大學的王剛、詹涵菁、吳湘等人在趙萬生教授的指導下就閉式整體渦輪盤的多軸聯動數控電火花加工進行了一系列有價值的研究,提出了多種電火花加工整體渦輪特別是閉式彎扭整體渦輪盤的加工方案,解決了加工中的許多關鍵技術,設計出了加工渦輪盤的專用軟件TB CAM 以及Blisk CAM,并應用這兩種軟件在電火花加工機床上加工出來合格的試件。
      美、英、俄等國利用數控電火花加工帶冠整體葉輪,我國也逐步掌握這項技術。
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