摘要：某航空發動機燃燒室單元體組件內、外蜂窩環位置相互交錯、相對空間狹小，常規電火花磨削加工旋轉圓柱電極無法進入加工區，通過攻關針對零件特殊位置尺寸特點，研製出新型扇形段結構電極，並採用電極固定徑向限位伺服的全新加工方式，完成零件內、外蜂窩環的電火花磨削加工，特別是外蜂窩環電火花磨削加工的完成，填補了公司電加工技術領域的一項空白。
關鍵詞：電火花磨削；內、外蜂窩環；扇形電極；限位伺服
引言
某航空發動機燃燒室單元體組合件採用內、外蜂窩環多道密封式結構。其中內、外蜂窩環位置重疊交錯，相互空間位置狹小（毛坯初始狀態下僅有3～4mm左右）。常規電火花磨蜂窩工藝是利用旋轉圓柱電極在機床工作轉檯配合下對蜂窩環內徑進行磨削加工。而該零件受結構上的限制，旋轉圓柱電極無法進入加工區，且旋採用圓柱型電極在加工外蜂窩環時，其放電區間會始終成為一條線性狹窄區域，這種狀態非常不利於穩定放電加工和獲得良好表面。為解決上述問題，我們必須從加工方式、電極結構、工藝參數優化等多個技術環節入手開展攻關。力爭突破傳統加工方式的束縛，以廠內現有電火花蜂窩磨設備為試驗平台，在大量工藝試驗和理論研究的基礎上，研製出適用的電極結構和合理的加工方式，並最終完成正式零件的加工，使公司電加工技術水平上升到一個新的台階。
1零件結構分析
燃燒室單元體密封組合件屬靜子工作部件，在航空發動機中處於高溫，高壓、高載荷的工作狀態，為減少高溫氣體的流量損失，提高發動機的工作效率，該件與對應轉子部件的配合部位採用了內、外交錯重疊式蜂窩密封結構，使發動機的密封性能指標得到了極大提高，圖一為按零件實際蜂窩環結構部位尺寸設計的一個試驗件，該件要求採用電火花磨削加工方式，對零件內蜂窩環A、C表面以及外蜂窩環B表面進行電火花磨削，加工后蜂窩環直徑尺寸分別控制在Aφ454+0.0630.00mm、Cφ415+0.0630.00mm、Bφ4370.00-0.04mm，三層蜂窩表面的徑向跳動均控制在0.05mm以內，且蜂窩表面不允許有明顯的燒傷和划碰傷現象，粗糙度控制在Ra3.2μm以內。
圖一蜂窩環試驗件結構圖2技術難點分析
通過分析發現該零件的內、外蜂窩環A、B為交錯重疊結構，毛坯充盈狀態時內外蜂窩環之間的間隙只有3-4mm左右，目前電火花磨削加工中常用的圓柱型電極根本無法進入加工區進行旋轉伺服加工，從原理上分析，採用旋轉圓柱型電極加工外蜂窩環時其放電區間會始終成為一條線性狹窄區域，這種狀態非常不利於穩定放電加工和獲得良好表面的，因此必須有針對性的研製出適應的電極結構，並確定出全新的加工方式，才可能解決上述問題。另外該零件蜂窩環內、外徑尺寸精度要求非常高，最小公差值為0.04mm、蜂窩端面跳動量僅為0.05mm，以上兩項技術指標均超出正常加工值一倍，給放電加工時電參數的選取、轉換及過程式控制制帶來了極大困難，需經過大量的工藝試驗，才可能尋找出最佳加工參數和工藝路線。
3工藝方案和電極研製
3.1加工設備及工藝方案
本項試驗在ZT-021B型電火花磨床上進行，該設備具有直徑1米的工作轉檯，X軸行程1000mm，Z軸行程500mm，伺服進給加工U軸行程為70mm，常用加工方式為將圓柱型旋轉電極進入加工區，利用X軸上複合的伺服加工U軸和工作轉檯配合完成環型工件的內徑電火花磨削加工，目前工廠蜂窩環零件的電火花磨削加工都在該類機床上進行。而該零件受結構上的限制，普通圓柱型電極（直徑φ80—φ100mm之間）根本無法進入狹小的加工區。若根據加工區間的大小將電極設計成φ3mm左右的圓棒，電極雖可勉強進入加工區，但因電極直徑太小，加工時電極與工件接觸面積過小，加工效率極低，若強行增加電參數極意形成大密度電流對工件產生燒傷，加工成型后表面質量也不高。
根據以往的經驗我們認為可此時考慮利用固定電極徑向限位伺服方式來完成加工，固定電極徑向限位伺服方式是將電極做成接近工件直徑的圓弧扇形段，並固定安裝在機床主軸頭上，加工時機床轉檯帶動工件繞電極做連續迴轉運動，電極在徑向做伺服加工，根據電極與工件放電接觸面積的大小適時調整放電參數，直到蝕除量達到設定值電極與工件間的放電停止整個加工過程結束。這種加工方式的特點是加工過程中材料去除量比較均勻，磨削成型后蜂窩環表面質量較高、徑向跳動量較小，不足之處因電極與工件是非旋轉性單面接觸性放電，容易造成電極損耗不平均，且電極的互換性較差，加工成本相對較高。圖二為旋轉電極和固定扇形段電極磨削加工蜂窩對比示意圖。3.2電極設計
結合零件設計圖紙，總體上將電極橫向設計成扇形結構形式，考慮到電極加工端尺寸較薄，為防止變形並最大限度的提高強度，將電極縱向設計成階梯形結構（見圖三、四）。
按預先制定的工藝方案先進行內圓蜂窩環磨削，此時的加工區間非常窄小僅為3-4mm毫米左右，因此設計電極結構時首先應考慮其能進入加工位置，其次在保證結構強度的基礎上，應盡量放大加工端面的直徑尺寸，以提高放電加工效率，通過計算強度、繪製UG模型和虛擬模擬等技術手段，選取出適合的結構尺寸，設計出內、外圓蜂窩環電火花磨削加工用電極，利用紫銅材料製造了電極，實際加工過程中電極加工表面放電平均穩定、無任何變形，證明電極結構設計合理，材料選取適當。4工藝試驗
經過工藝分析，我們確定先利用結構尺寸較薄的內圓磨削電極對尺寸φ454mm的內圓蜂窩環進行電火花磨削加工，待加工區域尺寸擴大到5mm后，再更換外圓磨削電極，對尺寸φ437mm的外圓蜂窩環進行電火花磨削加工。最後利用普通圓柱電極完成尺寸φ415mm的內圓蜂窩環電火花磨削加工。
根據以往經驗我們將本試驗件的蜂窩環磨削加工分成粗、精加工兩個階段來完成，粗加工階段利用較大的電參數去除大部分余量，但應確保不能燒傷工件，為後續加工預留量在0.5mm左右。精加工階段利用較小的電參數將蜂窩環加工到規定尺寸，並保證良好的表面質量，下表為經過大量工藝試驗優選的各階段加工參數表:試驗環加工時我們先利用固定扇形電極先對φ454mm內圓蜂窩環進行了磨削加工，達到規定尺寸后並沒有馬上更換電極，而是先利用原電極的背面直線段對尺寸φ437mm外圓蜂窩表面進行了一次進給量為0.1mm小余量粗加工，以消除外圓蜂窩環表面的過大毛刺和一些圓度誤差，然後再更換電極加工尺寸φ437mm外圓蜂窩環，取得了非常理想的加工效果（見圖五）。
圖五完成加工的重疊凹陷式內、外蜂窩環試驗件試驗過程中我們發現選擇固定電極伺服加工蜂窩環時，電極與工件加工面之間始終是單面接觸，隨著加工時間的延長，電極損耗也會增加，周向誤差可通過工件的旋轉和機床系統進給補償功能得到修正，但縱向誤差只會隨著加工過程的深入呈逐漸擴大的趨勢最終會傳遞到工件表面，因此嚴格控制加工時間和加工參數是這項技術能否獲得成功的關鍵，為此我們對某型航空發動機燃燒室單元體組合件重疊凹陷式內、外蜂窩環的電火花磨削加工工藝進行了完善，對蜂窩環毛坯余量和待加工表面狀態進行了嚴格規定。在能保證蜂窩環成型精度和表面質量的前提下，盡量縮小了毛坯余量以減少加工時間。正式零件加工時電極和工件在短時間內即達到了全接觸狀態，機床放電狀態平穩，材料去除率可達280mm3/min，加工時間也大大縮短，電極損耗可控制在1%內，加工后的零件經過測量，各條蜂窩環的直徑尺寸均在公差範圍內，在壓緊狀態進行了蜂窩環圓周跳動量檢測，三層蜂窩環圓周跳動量都在0.05mm以內，目測檢測蜂窩加工表面沒有任何燒傷和碰傷痕迹，零件達到合格交付狀態。
5結論
5.1通過技術研究，利用固定電極徑向限位伺服加工方式，解決了某航空發動機內、外交錯蜂窩環結構件廠內無法進行電火花磨削加工的技術難題。
5.2針對某航空發動機燃燒室組件蜂窩環設計的扇形電極，結構合理、電極材料選取適當，去除率可達280mm3/min、電極損耗可控制在1%內，且無任何變形，滿足了生產加工的實際需求。
5.3通過大量工藝試驗確定的電參數選取適當，蜂窩表面質量良好，內、外蜂窩環直徑尺寸和徑向跳動量等指標均滿足設計要求。
5.4本項研究成果，擴展了電火花蜂窩磨削加工技術的應用範圍，特別是使公司不能對外圓蜂窩環進行電火花磨削加工的歷史得到改寫，大幅度提升了公司的電加工技術水準和行業影響力。
附錄參考文獻
曹鳳國主編電火花加工技術2005年1月第1版化學工業大學出版社。
趙萬生主編：電火花加工技術2000年5月第1版，哈爾濱工業大學出版社。
