編者按（àn）
針對陽極材料鎢錸（lái）合金的異形結構和電加工難點，選用合理的加工方法（fǎ），設計高精度（dù）裝（zhuāng）夾工裝，通過（guò）對（duì）線切割和電火花成形加工參數的摸索（suǒ），解決（jué）了（le）難熔陽極加工雙錐麵微小孔結構的精密加工問題。
01
序言（yán）
陽（yáng）極使用的難熔合（hé）金材料WRe25鎢錸合金（jīn）為粉末冶金（jīn）方法製造而成，具（jù）有硬度高、密度高和熔點高等特點，具有優良的（de）高溫強（qiáng）度、抗（kàng）蠕變性能（néng）和電性能，工作溫（wēn）度（dù）可達（dá）2000℃以上。加工（gōng）難點包括材料難（nán）加工，內孔異形結構尺寸公差和幾何公差（chà）要求較嚴，以及表麵質量要求（qiú）高等。內孔（kǒng）異（yì）形結構中的微小孔結構與（yǔ）外圓同軸度要求＜φ0.01mm，雙錐（zhuī）錐（zhuī）麵結構角度公差滿足±10′，表麵質量最優達（dá）到表麵粗糙度值Ra＝0.4μm。
目前，加工雙錐錐麵結構（gòu）和微小（xiǎo）孔結構一般可采用機械加工、電（diàn）火花線切割和（hé）電火花成形加工等方法[1，2]，有時也會選用超聲（shēng）振動輔助（zhù）電火花複（fù）合加工[3]。經（jīng）過對比，采用機械加工製造異（yì）形（xíng）孔，存在成本高、複雜孔加工困難等（děng）缺點，尤其對於難熔（róng）高硬度材料，加工刀具（jù）易折斷，造成無法加工。複合加工成本相對較高且加工靈活性也較差。電火花加工可有效避免上述問題。
通過對難加工材料的微小孔、雙內（nèi）錐麵等內孔異形結構的精密（mì）加工（gōng）工藝分析，開展電加工工藝研（yán）究，采（cǎi）用合理的加（jiā）工方法，最終實現達到尺寸和幾何公差（chà）及表麵質量要求。
02
陽極加工要求
陽極材料為WRe25鎢錸合金，外圓和端麵（miàn）對幾何公差要求較高，內部結構加工要（yào）求也較嚴格，內錐孔錐角40°±20′和60°± 10′、φ（0.6±0.01）mm微小孔與外（wài）圓（yuán）同軸度φ0.01mm以內（nèi），φ（0.6±0.01）mm微（wēi）小孔長度（0.8±0.03）mm，錐孔角度公差（chà）最嚴要求（qiú）為±10′，表麵質量達到（dào）表麵粗糙度值（zhí）Ra＜0.8μm。陽極如圖1所示（shì）。
圖1 陽極
03
加工難點分析
1）陽極（jí）材料為難加（jiā）工材料。鎢錸合金熔點為（wéi）3180℃，密度為（wéi）21g/cm³，硬度＞50HRC。相（xiàng）對於常規加工材料，鎢錸合（hé）金熔點約是鋼的2倍（bèi）、鋁的5倍（bèi）；密度約是鋼的3倍、鋁的7倍。其高熔點、高密（mì）度及高硬度特（tè）性給加工帶來很大（dà）困難。
2）高精度內孔與外圓的同軸度要求高。陽極兩端雙（shuāng）內錐孔和中間微小孔需要與外圓保證同軸度φ0.01mm以內（nèi），結構之間才能較好過渡，從（cóng）而避免出現結構錯位。為保證後續線切割能加工內孔成形，穿絲孔（kǒng）需要單邊留餘量≥0.1mm，φ0.2mm電極絲與放電間隙之和需要≥0.25mm，避免慢走絲加工時，因電極絲裝夾偏離穿絲孔中心較大而造成短路。φ（0.6±0.01）mm內（nèi）孔（kǒng）的穿絲孔孔徑最大可達φ0.4mm。線切（qiē）割絲徑與內（nèi）孔如圖2所示。穿絲孔為深徑比達57的深（shēn）小孔，並要求與外圓（yuán）的同軸度＜φ0.10mm，可避免φ（0.6±0.01）mm內孔加工後留下穿絲（sī）孔痕跡。
圖2 線切割（gē）絲徑與內孔
采用（yòng）高速穿孔機加工φ0.4mm穿絲孔，然（rán）後采（cǎi）用慢走絲機床加工φ（0.6±0.01）mm內孔，進行2次裝夾定位，加工出的孔很（hěn）容易與外圓存在同軸度偏差。如（rú）何保證工序間加工出的穿絲孔、內孔與外圓擁有較高的同軸度，也是加工難點之一。
3）線切（qiē）割雙內錐（zhuī）孔與微小孔時易產生相互幹涉。線切割加工40°±20′錐孔後，φ（0.6±0.01）mm微小孔長度（dù）（0.8±0.03）mm易產生（shēng）過切（qiē）（見圖3），長度（dù）超差。加工40°錐角時，主切偏移量為0.1mm，再加上0.04mm放電間隙，當電極絲傾斜20°時（shí），影響φ0.6mm微小孔（kǒng）60°方向孔口到60°端麵距離。
4 ）雙內錐孔精度和表麵（miàn）質量要求高。40°±20′和60°±10′錐角（jiǎo）尺寸（cùn）精（jīng）度（dù）要求較高，並且全跳（tiào）動值（zhí）在0.02mm以內，表麵粗糙度值Ra＜0.8μm，對電加工工藝參數（shù）及電（diàn）極製作都（dōu）提出了較高要求。
a）陽極微小孔過切實物
b）陽極微小孔過切（qiē）尺寸
圖3 線切割（gē）錐麵後易產生中間孔長過切（qiē）
04
解決方案
4.1 設計並製作高精度裝夾工裝
陽（yáng）極經過外圓和端麵磨削後，需設計多道工序加工內孔用的高精度裝夾工裝，以外（wài）圓和端麵為基準，進（jìn）行陽極與工裝裝夾，保證內孔與外圓（yuán）同軸度要（yào）求。
如果以圓形孔（kǒng）進行定位，則工裝主（zhǔ）要存在以下問題。
1）由於工裝裝配孔內徑27mm加工過程中存（cún）在讓刀現象（xiàng），導致（zhì）裝配孔底端有輕微錐（zhuī）角，與底麵基準（zhǔn）麵不垂直，陽極裝配不到底麵。
2）需要陽極磨製件和裝夾工裝進行配磨，不（bú）適用於不同（tóng）批次間加工。
改進（jìn）裝夾結構，用（yòng） V 形孔（kǒng）定位替換整圓孔定位，降低裝夾工（gōng）裝與陽極配磨要求，並（bìng）要求φ27mm與陽極裝配間隙在0.005mm以內，降低（dī）胎具加工公差要求，提高裝夾胎具的靈活性。改進前後裝夾胎具如圖4所示。
a）改進前
b）改進後
圖4 改進前後裝夾（jiá）胎具
4.2 微小孔雙錐結構高精度線切割加工（gōng）
針（zhēn）對慢走絲線切（qiē）割錐麵時φ （0.6±0.01）mm內孔幹涉問題，采取加工時φ 0.6mm兩端孔口到（dào）端（duān）麵距離分別留（liú）餘量0.2mm的措施。此時錐角需加工至24°。然後其餘錐孔尺寸和內孔長度轉至電火花成形加工。線切割後中心微小（xiǎo）孔形貌如圖5所示。
圖5 線切割後中心微小孔形（xíng）貌
4.3 高質量雙錐麵電火花成形加工
加工過程中（zhōng）考慮電極（jí）的設計尺寸、電極表（biǎo）麵質量等（děng）因素，通過實（shí）踐與摸索，電極錐麵角度60°、40°分別設計為59.9°～59.95°、39.9°～39.95°，最終電極尺寸（cùn）如圖6～圖8所示。
圖6 60°粗加工電極
圖7 60°精加（jiā）工電極
圖8 40°加工電極
加工過程（chéng）中粗加工需要大能量去除餘量，然後（hòu）精加工（gōng）深度達到尺寸公差要求，修光表麵達到工（gōng）藝要求。加工過程中的參數（shù），隨著零件（jiàn）表麵餘（yú）量的減少，低壓電流和脈寬逐漸減小（xiǎo），間隙放電電（diàn）壓逐（zhú）漸變大。電加工參數見表1。
表1 電加工（gōng）參（cān）數
電極錐（zhuī）麵質量顯著影響加（jiā）工後陽極表麵質量。如果用數控車床加工，因（yīn）靠數控程（chéng）序控製進行X軸、Y軸（zhóu）運動完成，在顯（xiǎn）微鏡下觀（guān）察表麵有明顯的波峰波穀紋路，會影響陽極加工後錐麵的表（biǎo）麵質量；而采用手動（dòng）車削，車刀安裝在小滑板上，靠手（shǒu）動沿（yán）導軌直線加工出來，加工後的表麵較為平整。由此需采用手動車削機床加工電極。數控和手動加工電極（jí）錐麵外觀（guān）對比如圖9所（suǒ）示。
a）數控加工電（diàn）極（jí）表麵質量
b）手動加工電極表（biǎo）麵質量（liàng）
圖9 數控和手動加工電極錐麵外觀對比
05
實施效果
加工後的陽極經過微小孔、雙錐孔及表麵質量檢（jiǎn）測，全部滿足圖樣要求，微小孔實測值為φ0.603mm，與外圓同軸（zhóu）度為φ0.008mm，錐麵全跳動最優（yōu）可達（dá）0.006mm。陽極檢（jiǎn）測值見表2，陽極外觀如（rú）圖（tú）10所示。
表2 陽極檢測值
a）整體外觀 b）俯視
圖10 陽極外觀
06
結束語
本文針對陽極的異形內孔結構和鎢錸合金材料的（de）電加工難點進行工藝分析與方案改（gǎi）進，通過（guò）線切割與電（diàn）火花成形加工相（xiàng）配合的方法，高效高質地（dì）完成陽極（jí）內孔異形結構的加工，實現（xiàn）了高精度裝夾（jiá）定位、線切割加工微（wēi）小孔大錐麵（miàn）結構以及電火花加（jiā）工錐麵（miàn）等關鍵技術突破，為類似難熔高密度材料的（de）精密（mì）加工提供了參考。
專家（jiā）點評
文章闡述（shù）了異型難熔陽極的雙錐微小孔加工難點和解（jiě）決方案。根據（jù）同軸度要求設計製作高精度裝夾胎具，通過線（xiàn）切割和電火花成形加工（gōng）相配合的方法，實現了難熔陽極的微小孔線切（qiē）割（gē）加（jiā）工以及大錐麵（miàn）電火花加工（gōng）等多項關（guān）鍵技術突破，為類似材料（liào）的精密加工提供了實踐經驗。
文章結構（gòu）合理，分析全麵，思路清晰，數據準確，在線切割和電火花成形加工（gōng）方麵積累了（le）豐富的經驗。
編輯：www.91精密加工http://www.dgszm.com/
