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航空零部件微细孔加工,我只服这种技术!

航空制造网 2018-11-08 12:30:09



1 发动机叶片 



图2 燃烧室火焰筒组合结构


大家看到发动机叶片上的小孔了么?看到燃烧室火焰筒上的进气孔了么?这些小孔起着减重、散热、通气等作用,数量多达成百上千个,并且都是直径在3mm左右的微小的孔,而发动机火焰筒上的气膜孔更是在1mm左右。那么这些孔是如何加工出来的呢?


传统的机械加工方法很难加工,因为加工直径2mm以下的小孔时,钻头很容易断裂,很难保证技术要求,特别是在机匣斜壁处钻孔,由于切削力的作用,钻头往往偏离实际加工位置。而采用超声电火花复合加工,可以加工的小孔直径最小到达0.3mm,可以采用多轴同时加工,极大的提高了加工效率。今天,小编就和大家一起去了解一下超声电火花复合加工。


 

图3 传统钻孔方式

          


图4 电火花钻孔


超声电火花复合加工    


在电火花微小孔的加工中,由于被加工孔的孔径太小,加工时放电的间隙很小,电蚀产物易积聚在孔的底部,排屑困难,影响了电火花加工的尺寸精度和表面精度。因此常采用一些提高电火花加工能力的方法,比如人工排气法,强迫冲液法等。在改善电火花加工性能,在微细加工中,采用超声电火花复合加工是非常有效的手段。


在电极上附加超声振动,就可以使电极端面频繁进入合适的放电间隙,提高火花击穿的概率;同时由于超声的空化作用和泵吸作用,可以增大被加工材料的去除量,加速工作液循环,改善间隙放电条件,从而提高被加工孔的深径比、加工稳定性、生产率和脉冲电源的利用率,并且在振幅得到良好控制的情况下,可以获得更高的加工精度。



1 .伺服电机2 .压电陶瓷3 .变幅杆4 .电极5 .工件

图5 超声电火花复合加工系统


图5所示为超声电火花复合加工系统,在电火花加工机床主轴增加一个由压电陶瓷换能器和变幅杆组成的超声波发生装置,利用夹紧装置将变幅杆与加工电极相联接。加工时,工件和工具分别接脉冲电源正、负极。工具电极随变幅杆作超声振动,振幅大约为50 μm,以改善间隙状况,强化电火花加工过程,提高生产率。伺服系统用来调节放电间隙和加工进给量。在试验阶段利用示波器采集加工过程中脉冲电源的放电波形,跟踪加工过程中电参数的变化。


1989年法国的D.Kremer,J .L.Lebrun , B.Hosari 和A.Mosisan 系统地研究了超声振动对电火花加工性能影响。图6 是D.Kremer 等人自行设计的超声复合电火花加工装置简图。英国的RODNEY W .J .等人在1990 年申请了电火花超声复合穿孔的专利。该装置如图7所示。主要用于加工在导电基上有非导电层的零件,例如:在金属基上涂有压电陶瓷层的零件。



图6 超声电火花复合加工装置        

   


图7 超声电火花复合穿孔装置


90 年代初,山东工业大学贾志新等人对超声频间隙脉冲放电加工进行了研究,并对陶瓷进行了加工实验,分析了放电特性和加工特性,如图8所示。南京航空航天大学的钱军等人进行了工件激振式复合电火花微细孔加工的研究。它跟以往的超声电火花复合加工的不同之处在于,通过工件的微幅激振改善微细电火花加工工作液的循环,进而提高微细电火花加工的脉冲利用率和微细孔加工的深径比,装置如图9所示。



图8 超声频间隙脉冲放电加工原理图       



图9 工件激振式复合电火花加工装置


超声电火花复合加工的优点    


1.  超声电火花复合加工中,电极表面的高频振动加速了工作液的循环,使放电间隙充分消电离。间隙间很大的压力变化导致更有效的放电,能从弧坑中去除更多熔化的金属,使热影响层减薄,热残留应力降低,微裂纹减少。


2. 超声电火花复合加工中,超声振动提高了加工速度,粗加工速度提高10%,精加工速度提高400 %,使加工过程稳定,特别是精加工时尤为突出,精加工时可稳定加工的面积增大。


超声电火花复合加工的应用   


1 在微细孔加工中的应用


由于电火花加工表面是由一系列放电凹坑组成的,没有普通钻削的螺旋痕迹,因此可极大地改善流经小孔的液体或气体的流场分布情况;而且由于电火花加工中没有宏观作用力,可方便地进行半孔加工,因此很容易观测到微小孔的内壁形貌。这些特点使得电火花加工成为某些特殊应用场合的小孔加工的有效手段。



图10  常见异型小孔形状    

        


图11超声电火花加工的小孔形状



图12 精密超声电火花微细加工机床示意图   

  


图13 超声电火花微细加工机床


2 在模具制造中的应用


超声电火花复合加工不仅在航空制造模具中发挥了重要的作用,而且在普通家电等需要模具进行生产的行业也发挥着重要的作用。采用超声电火花加工可以有效的缩短生产周期,还能够明显的降低成本。



图14 日本三菱公司制造的齿轮模具


3 在表面抛光中的应用


为了提高表面粗糙度值Ra1.6μm上工件的抛光速度,采用超声波与专用的高频窄脉冲高峰值电流的脉冲电源复合进行抛光,由超声波的冲击和电脉冲的腐蚀同时作用于工件表面,迅速降低其表面粗糙度,这对电火花加工后的粗硬表面十分有效。



1. 脉冲电源 2.抛光工具 3.工具端部相对于工件表面的距离4.开路区 5.放电区 6.短路区 7.工件

图15 电火花超声复合抛光原理图



超声电火花复合加工的发展趋势和展望    


现有的超声电火花复合加工的理论还不成熟,今后,应在其理论上进行更加深入的研究,以达到更好地利用其进行加工的目的。 随着机电一体化技术及相关技术的发展,超声电火花复合加工机床向着精密化、小型化的方向发展,以扩大其应用的广度和深度。


总之,随着超声电火花复合加工理论的不断深入,装置的不断成熟,必将有越来越广泛的应用领域和广阔的应用前景。

 

 



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