高精度窄槽的电火花加工

2013-09-10郭春林邵清秋

电加工与模具 2013年3期

郭春林，周鹏，邵清秋，吴海

（中航工业贵州红林机械有限公司工模具分厂，贵州贵阳 550009）

某外贸产品的电火花加工工序见图1，要求加工1.295 mm×0.864 mm 的方槽1 个，加工1.295 mm×1.778 mm 的方槽2 个，尺寸公差均为±0.025 mm，槽的外圆对称要求＜0.05 mm，锥度要求＜0.02 mm，表面粗糙度Ra 0.8 μm，尖角要求＜R0.18。该零件具有形状要求严、尺寸精度高、表面粗糙度要求高的特点，加工难度较大。在前期加工中存在尺寸不稳定、圆角大、锥度大（＞0.07 mm）、电极损耗大等问题，无法满足生产要求。

图1 零件图

1 加工工艺方案分析与改进

在前期加工中，零件存在锥度大、表面粗造度差的问题，通过分析认为造成这些问题的主要原因是：

（1）操作者在加工方槽时采用的是一根电极一次加工完成的方法。由于零件方槽处未进行粗加工，操作者采用的加工方式实际上为穿孔加工，其加工过程中的进口和出口放电量变化较大，同时由于积炭造成的二次放电，导致加工零件锥度大。

（2）为获得较高的加工效率，操作者采用了较大的加工参数（106），在获得较大放电蚀除量的同时，也使表面产生较深的放电凹坑，从而造成零件表面粗糙度恶化；同时，放电量加大也导致电极本身的损耗增大，尤其在电极的尖角部分损耗更大，使方槽圆角无法满足加工要求。

（3）加工设备是2005 年采购的某高精度电火花加工机床，其加工过程中的放电量控制主要依靠设备内部的电阻进行调节控制。由于设备使用年限较长，其放电量的控制精度不高，尤其在较大的放电量加工时，其放电稳定性不够，导致加工的零件尺寸不稳定。

根据上述原因，为保证加工质量，同时兼顾加工效率，确定加工方法为先采用大参数（108）进行粗加工，高效地去除加工余量，将方孔击穿；然后，再利用小参数（104）进行精加工，确保零件的质量和稳定性。通过分步加工方式有效地解决了质量和效率的问题，在保证质量的同时，提高了加工效率。

2 电极变形控制及其精确定位

根据方槽宽度和放电量计算，电极的尺寸较小，最小尺寸仅0.6 mm 左右，最大尺寸也仅有1.5 mm 左右。此外，该零件的定位基准为外圆及外圆端面，考虑夹具定位部分的厚度及加工深度，电极的长度最小应不低于6 mm，长的需要到12 mm。对于这种细长的电极，其加工本身就有一定的难度，同时还要考虑粗精加工定位的准确性，其加工难度就更大。为此，从控制电极加工变形和确保粗精电极安装位置的一致性两个方面入手，力求解决这一难题。

2.1 电极变形的控制

加工该零件的电极尺寸较小，电极长径比均达到8 倍以上，属于典型的细长电极零件。为了解决电极在加工过程中的变形问题，将电极进行了改进，改进前后的电极尺寸对比见图2。改进前，电极工作与夹持部分的过渡区域为尖角，由于尖角处应力较集中，在加工过程中极易产生变形，且始终无法消除变形。根据R 连接应力均匀分散的特性，在电极工作与夹持部分的过渡区域四周均采用R 连接，有效地解决了尖角应力集中造成的变形问题。

图2 电极改进前后对比图

采用圆角连接后，仅解决了由于电极结构不合理造成的变形，但不难发现电极夹持部分的直径为8 mm，工作部分仅为1.5 mm×1.1 mm，且工作部分的切除余量大（＞85 %）。为了消除由于切割余量大造成的变形，将前期电极加工中2 次装夹4 次切割（装夹一次完成一个尺寸的粗精加工）的加工过程改为4 次装夹4 次切割的过程，即装夹第一次先进行1.5 mm 尺寸的粗加工，装夹第二次进行1.1 mm尺寸的粗加工，装夹第三次进行1.5 mm 尺寸的精加工，装夹第四次进行1.1 mm 尺寸的精加工。通过改进加工顺序，有效地消除了由于加工路线不合理造成的变形。

通过上述改进，有效地消除了电极变形，在后续加工中，电极变形均小于0.01 mm，达到了加工要求。

2.2 粗精电极的精确定位

为实现零件的粗精加工，需保证粗精加工的电极中心与零件相对位置的一致性。常规的电火花加工常采用电极自动找正的方式，但由于该电极极细，找正过程中的误差较大，且该粗、精电极间的余量较小（＜0.05 mm），自动找正极易造成由于两电极的位置不重合而出现零件报废的现象。为此，设计了电极夹持座（图3）和加工电极用的线切割夹具（图4），两个夹具主要依靠高精度定位3R 基础板，最终实现电极切割中心位置与电火花安装中心位置的重合，粗、精两个电极的中心位置一致。