燃气轮机机匣制造中电火花加工技术的应用

张峥

摘要：通过对电火花加工工作进行分析后我们可以发现，必须结合实际对合理放电间隙进行有效预留，同时要在一定深度上针对工具电极的损耗进行一系列的补偿工作。在这一过程当中电火花加工技术在燃汽轮机机匣制造中的应用可得到进一步的分析与明确，同时燃汽轮机机匣材料与结构的升级改进技术可在这一过程中得到较为有效的总结。这也是电火花加工技术在燃汽轮机机匣制造中实现大面积应用的主要原因。

关键词：燃气轮机；机匣制造；电火花加工

生物医疗、航空航天、通信电子等领域都是电火花加工技术所应用的主要范围。在小孔加工以及微三维结构制作方面电火花加工技术的优势与特征可得到较为直观的体现，同时其发展潜力相当大。现阶段已经逐步引起社会各界的广泛关注。国外的微细电火花加工技术已经逐步实现在工业中的应用。国内已经各知名大学为首的代表也在工业领域，针对各种类型的维系电火花加工装置取得较大进展。我们必须提高对该项技术的重视程度。

一、电火花加工小孔

电火花加工小孔，尤其是孔的尺寸精度要求较高时，需考虑电火花加工的放电间隙与工具电极损耗。孔径的计算公式为

D=d+2e 公式（1）

式中：D为目标孔径；d为电极直径；e为放电间隙。

工具与工件材料，工作液种类，极性，加工参数决定放电间隙孔的进给深度，计算公式如下。

v=m/M×100% 公式（2）

H1=H（1+m/M×100%） 公式（3）

式中：H1为进给深度；H为目标孔深；m为工具电极的绝对损耗率，mm3/min；M为工件的加工速度，mm3/min；v为工具电极相对损耗。

产品钻孔之前，需首先进行工艺试验。工艺试验用的工具电极材料与试验件材料、极性、工作液与产品加工时一致；加工参数（放电脉宽、峰值电流）与产品加工时一致。通过工艺试验测算出产品加工状况下的放电间隙e与工具电极的相对损耗v，通过式（1）控制孔径，通过式（3）控制孔深。

二、电火花加工型腔

从本质上来说电火花加工型腔是一种仿形加工，也就是说将工件被加工部位的形状与尺寸作为主要依据实现对工具电极形状与尺寸的有效制作。二者之间必须注意实现对适当放电间隙的有效保留。我们可将燃汽轮机机匣中的第一级镶嵌件为例实现对加工型腔的有效分析。

内侧型面分为长度深度以及厚度，其长宽分别为3毫米，深度为2.5毫米，注意形象侧壁的厚度必须控制在0.2-0.4毫米范围之内。在利用成型电极的基础之上我们可一次实现对多个型腔的有效加工，同时成型电极的多次使用会导致较大的损耗现象出现，因此我们必须在深度上对其进行有效补偿。

三、电火花加工的其他用途

在实际加工导电材料过程当中我们可实现对电火花的科学使用，在这一过程中材料的硬度不会对其造成较大影响。加工小孔、薄壁、窄槽以及各种复杂型面的零件都可借助各种技术。针对上述特点进行分析后我们可以发现电火花加工在用途上存在一定的特殊性，例如机加工中出现刀片断裂且嵌入在底槽底端无法取出的现象。丝锥攻丝时断在孔内，取丝器无法顺利取出等都可使用电火花加工的方法实现对上述问题的有效改善。

以燃气轮机机匣中的承力机匣为例，承力机匣有大量螺纹孔（500个左右），很多螺纹孔在异型曲面上且螺纹孔较小时，有一定的概率丝锥断在螺纹孔内。承力机匣斜面上M6螺纹孔（深10mm）攻丝时，丝锥断在孔内，采用取丝器很难取出丝锥或者取出后破坏底孔。而采用电火花在丝锥处打孔后很容易取出丝锥，且底孔不会破坏。

在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可超过一万摄氏度，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇。两电极间工作液恢复绝缘状态。紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。

这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。在保持工具电极与工件之间恒定放电间隙的条件下，一边蚀除工件金属，一边使工具电极不断地向工件进给，最后便加工出与工具电极形状相对应的形状来。因此，只要改变工具电极的形状和工具电极与工件之间的相对运动方式，就能加工出各种复杂的型面。

工具电极常用导电性良好、熔点较高、易加工的耐电蚀材料，如铜、石墨、铜钨合金和钼等。在加工过程中，工具电极也有损耗，但小于工件金属的蚀除量，甚至接近于无损耗。工作液作为放电介质，在加工过程中还起着冷却、排屑等作用。常用的工作液是黏度较低、闪点较高、性能稳定的介质，如煤油、去离子水和乳化液等。

电极：相对工件作简单进给运动的电火花成形加工；利用轴向移动的金属丝作工具电极，工件按所需形状和尺寸作轨迹运动，以切割导电材料的电火花线切割加工；利用金属丝或成形导电磨轮作工具电极，进行小孔磨削或成形磨削的电火花磨削；用于加工螺纹环规、螺纹塞规、齿轮等的电火花共轭回转加工；小孔加工、刻印、表面合金化、表面强化等其他种类的加工。

电火花加工能加工普通切削加工方法难以切削的材料和复杂形状工件；加工时无切削力；不产生毛刺和刀痕沟纹等缺陷；工具电极材料无须比工件材料硬；直接使用电能加工，便于实现自动化；加工后表面产生变质层，在某些应用中须进一步去除；工作液的净化和加工中产生的烟雾污染处理比较麻烦。

四、结论

电火花加工的特点使其有利于加工小孔、薄壁、窄槽及各种复杂型面的零件。为了获得高精度小孔与型腔，电火花加工时需根据实际情况留出合理的放电间隙，并且在进给深度上对工具电极的损耗进行补偿。因此在产品加工之前，需首先进行工艺试验。工艺试验用的工具电极材料与试验件材料、极性、工作液与产品加工时一致，且加工参数（放电脉宽、峰值电流）与产品加工时一致。通过工艺试验测算出产品加工状况下的放电间隙e与工具电极的相对损耗v。

结语：

二次放电现象主要存在于电火花加工过程当中，也就是说加工屑会在工业向外排放的过程当中与产品加工表面发生一种非正常的放电现象，加工的孔与型腔侧壁再加工深度方向产生一定度数的倾斜可实现对上述现象的直观体现。下一步我们需要对二次放电的影响进行有效减少，这也是我们日后工作发展的主要趋势与方向。

参考文献：

[1]任天娟.模具制造中電火花加工技术的应用[J].今日湖北旬刊，2012（11）.

[2]钟卓军.浅析模具制造中的电火花加工技术[J].现代企业教育，2014（12）：474-476.