南京藝匠精細(xì)加工中心解密：高密度微槽構(gòu)造精密加工技術(shù)
金屬加工
針對(duì)軌控發(fā)起機(jī)內(nèi)栓零件微槽構(gòu)造裝夾難度大、找正精度低及分歧性難以保證等加工難點(diǎn)，經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)專用工裝、電阻法精細(xì)找正安裝以及優(yōu)化電加工參數(shù)等措施，順利處理了微槽加工難題。經(jīng)影像儀檢測(cè)及熱試車實(shí)驗(yàn)證明，該加工辦法具有很好的可行性，有效保證了軌控發(fā)起機(jī)的性能及牢靠性。
1 序文
在航空航天范疇，許多零件包含尺寸微小的“微槽”構(gòu)造，以到達(dá)準(zhǔn)確控制流量的目的。目前，關(guān)于微槽構(gòu)造的精細(xì)加工辦法主要有切削加工、線切割加工等，而切削加工受制于刀具尺寸、變形等要素，很難加工特別微小的構(gòu)造；線切割加工以其非接觸加工無(wú)明顯宏觀應(yīng)力，可加工微小尺寸，以及具有定位精度高等優(yōu)點(diǎn)，可完成高密度微槽的精細(xì)加工[1]。本文將重點(diǎn)引見(jiàn)軌控發(fā)起機(jī)內(nèi)栓零件高密度微槽構(gòu)造的加工難點(diǎn)及精細(xì)加工辦法。
2 零件構(gòu)造及加工難點(diǎn)
為了到達(dá)準(zhǔn)確控制流量的目的，某新研發(fā)起機(jī)噴注器初次采用高密度對(duì)稱微槽構(gòu)造+環(huán)縫的組合方式，其中內(nèi)栓零件出口端包含了沿圓周方向平均散布的36個(gè)（共18對(duì)）微槽構(gòu)造，其尺寸微小（深度0.14mm、寬度0.3mm），精度請(qǐng)求高，且微槽的分歧性及位置度請(qǐng)求較高。微槽構(gòu)造的面積和位置度直接影響噴注器流量大小及平均性，一方面決議了推進(jìn)劑的熄滅效率，另一方面影響到發(fā)起機(jī)熄滅室壁面液膜冷卻效率，對(duì)發(fā)起機(jī)的性能和牢靠性起著至關(guān)重要的作用，是噴注器的中心構(gòu)造。噴注器內(nèi)栓零件構(gòu)造如南京藝匠精細(xì)加工中心1所示，內(nèi)栓與中心桿組成的“微槽構(gòu)造+環(huán)縫”組件如南京藝匠精細(xì)加工中心2所示。
南京藝匠精密加工中心1 噴注器內(nèi)栓零件構(gòu)造
南京藝匠精細(xì)加工中心2 內(nèi)栓與中心桿組成的“微槽構(gòu)造+環(huán)縫”組件
經(jīng)過(guò)加工工藝性剖析，綜合思索工藝完成、加工本錢和加工效率等要素，選取線切割加工辦法成形。主要加工思緒：采用分度頭裝夾專用工裝，將內(nèi)栓零件固定到專用工裝上找正，然后電極絲端面找正，線切割第一個(gè)槽成形后，旋轉(zhuǎn)10°，切割第2個(gè)槽，依此類推共18次。
根據(jù)上述加工思緒，經(jīng)過(guò)火析得出微槽構(gòu)造的精度主要取決于專用工裝設(shè)計(jì)、電極絲相對(duì)內(nèi)栓零件的找正定位精度、電極絲速度及適宜的電參數(shù)等工藝要素。主要難點(diǎn)如下。
（1）裝夾 內(nèi)栓零件由于法蘭處為四方構(gòu)造，準(zhǔn)確定位裝夾難度很大，因而需求設(shè)計(jì)專用工裝。
（2）定位找正精度 由于高密度對(duì)稱微槽寬度為0.3mm，深度為0.14mm，數(shù)量為36個(gè)，因而加工時(shí)需求多達(dá)18次的反復(fù)翻轉(zhuǎn)。電極絲與零件基準(zhǔn)的相對(duì)位置找正精度不夠，極易累積裝夾定位誤差，不只單個(gè)微槽尺寸超差，而且36個(gè)均布微槽的分歧性也很難滿足設(shè)計(jì)請(qǐng)求，直接影響噴注器流量大小及平均性，進(jìn)而影響發(fā)起機(jī)的牢靠性，為此，需求精度較高的找正辦法來(lái)保證。
（3）電參數(shù)優(yōu)化選取 線切割加工的微觀過(guò)程較為復(fù)雜，加工精度及穩(wěn)定性的研討很復(fù)雜，目前定量剖析有一定的艱難，電參數(shù)的探索大多數(shù)根據(jù)經(jīng)歷分離工藝實(shí)驗(yàn)。微槽構(gòu)造小，對(duì)電參數(shù)組合敏感，需求探索適宜的電參數(shù)組合。
3 高密度微槽構(gòu)造的精細(xì)線切割加工
依據(jù)上述剖析，采取相應(yīng)的措施處理加工難點(diǎn)，設(shè)計(jì)噴注器內(nèi)栓零件高密度微槽加工道路如南京藝匠精細(xì)加工中心3所示。
南京藝匠精細(xì)加工中心3噴注器內(nèi)栓零件高密度微槽加工道路
3.1設(shè)計(jì)專用工裝
由于噴注器內(nèi)栓的端面是四方構(gòu)造，不利于后續(xù)的裝夾定位，故設(shè)計(jì)專用固定工裝。此工裝的裝夾局部與端面的垂直度有嚴(yán)厲的幾何公差請(qǐng)求，需保證在0.008mm以內(nèi)，同時(shí)工裝與內(nèi)栓貼合的端面平面度也應(yīng)該保證在0.01mm以內(nèi)；專用工裝前端加工一凸臺(tái)，凸臺(tái)外圓與工裝的裝夾局部需保證同軸度0.008mm以內(nèi)的請(qǐng)求，同時(shí)凸臺(tái)外圓與內(nèi)栓零件內(nèi)孔嚴(yán)厲配加工，裝夾時(shí)依托凸臺(tái)定位，經(jīng)過(guò)螺釘緊固，保證裝夾后工裝的裝夾局部與固定在工裝上的內(nèi)栓加工微槽構(gòu)造的外圓同軸度請(qǐng)求。內(nèi)栓零件專用工裝裝夾如南京藝匠精細(xì)加工中心4所示。
a）內(nèi)栓零件裝夾
b）專用工裝反面
南京藝匠精細(xì)加工中心4 內(nèi)栓零件專用工裝裝夾
3.2電阻法精細(xì)轉(zhuǎn)正
定位找正的目的是肯定電極絲與零件基準(zhǔn)的相對(duì)位置，定位找正精度直接決議內(nèi)栓零件的加工質(zhì)量。假如找正辦法選擇不當(dāng)、精度不高，則很難保證各個(gè)微槽尺寸的精度，同時(shí)加工過(guò)程需求18次重復(fù)的翻轉(zhuǎn)，會(huì)招致均布槽分歧性差。常用的線切割找正辦法[2]如下。
（1）目測(cè)法 采用目測(cè)法找正電極絲相對(duì)零件基準(zhǔn)的位置誤差較大，均布槽的分歧性很難保證。
（２）火花法 挪動(dòng)工作臺(tái)使工件的基準(zhǔn)面逐步靠近電極絲，在呈現(xiàn)火花的霎時(shí)記下工作臺(tái)上的坐標(biāo)，來(lái)記載電極絲相對(duì)零件基準(zhǔn)的位置。但常常因電極絲靠近基準(zhǔn)面時(shí)產(chǎn)生的放電間隙與正常切割條件下的放電間隙不完整相同而產(chǎn)生誤差。
（３）自動(dòng)找正 目前大局部線切割機(jī)床具有接觸感知功用，采用自動(dòng)找正的辦法去找邊、找中心，找正精度比擬高。但是該辦法屢次對(duì)邊找正后的誤差最大可到達(dá)0.05mm，不能滿足36個(gè)微槽尺寸精度、微槽之間尺寸分歧性請(qǐng)求。
（４）電阻法 其原理是應(yīng)用電極絲與工件基準(zhǔn)面由絕緣到短路接觸的霎時(shí)兩者間電阻突變的特性，來(lái)肯定電極絲相對(duì)工件基準(zhǔn)的坐標(biāo)位置，反復(fù)定位精度較高，普通可達(dá)0.005mm以內(nèi)。比照以上找正辦法的優(yōu)點(diǎn)和缺乏，最終采用電阻法來(lái)肯定電極絲與零件基準(zhǔn)的相對(duì)位置，從而肯定加工原點(diǎn)，電阻法精細(xì)找正如南京藝匠精細(xì)加工中心5所示。設(shè)計(jì)電阻法精細(xì)找正安裝，萬(wàn)用表一側(cè)表筆接電極絲導(dǎo)輪，另一側(cè)接被加工零件，將萬(wàn)用表置于歐姆檔，手控盒或操作面板使工件與電極絲迫近來(lái)停止丈量，當(dāng)工件與電極絲霎時(shí)接觸時(shí)萬(wàn)用表指針對(duì)零。剛接觸時(shí)是絲的邊緣，尋邊后需求加絲的半徑補(bǔ)償。
a）電阻法找正原理
b）精細(xì)找正過(guò)程
南京藝匠精細(xì)加工中心5 電阻法精細(xì)找正
用手控盒或操作面板將電極絲移到零件端面，保證接觸良好，此時(shí)萬(wàn)用表指針處于最右側(cè)。之后采用手控盒或者操作面板以每次0.002mm挪動(dòng)電極絲。當(dāng)萬(wàn)用表指針發(fā)作大幅度擺動(dòng)時(shí)（短路變化為斷路），闡明電極絲與零件端面霎時(shí)別離，此時(shí)設(shè)定電極絲坐標(biāo)為（，），經(jīng)過(guò)屢次找正，誤差最大為0.004mm，可滿足均布微槽加工的找正請(qǐng)求。
加工過(guò)程中每切割1對(duì)槽重新找正一次，切割時(shí)需求時(shí)辰觀測(cè)剛放電時(shí)坐標(biāo)零點(diǎn)的偏移量。假如電極絲剛剛發(fā)作放電時(shí)坐標(biāo)零點(diǎn)偏移超越0.005mm，需求重新找正，防止累積誤差。
3.3線切割及電加工參數(shù)的優(yōu)化
找正基準(zhǔn)位置后，回退0.5mm作為起切點(diǎn)，編程切割途徑[3]，切割過(guò)程中對(duì)電參數(shù)停止優(yōu)化。影響線切割加工質(zhì)量的指標(biāo)很多，包括：電參數(shù)脈沖寬度、脈沖距離、峰值電流、非電參數(shù)運(yùn)絲速度、電極絲張力及工作液清潔度等。分離加工經(jīng)歷，選擇影響加工的重要指標(biāo)要素，并平均散布實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)，設(shè)定正交實(shí)驗(yàn)，優(yōu)化加工參數(shù)，并經(jīng)過(guò)影像儀準(zhǔn)確丈量出的加工值與理論值的偏向，同時(shí)依據(jù)經(jīng)歷調(diào)整相關(guān)工藝參數(shù)，重復(fù)實(shí)驗(yàn)丈量，肯定加工微槽構(gòu)造的最優(yōu)工藝參數(shù)組合[4]。電加工優(yōu)選參數(shù)：切割次數(shù)為1次，電極絲直徑為0.12mm，極性為正極，脈寬為1μm，絲速為6m/s，選用DIC-206水溶性線切割液。
3.4微槽丈量
采用高倍影像儀放大400倍丈量，丈量結(jié)果（見(jiàn)南京藝匠精細(xì)加工中心6）分歧性較好，滿足了設(shè)計(jì)請(qǐng)求。
南京藝匠精細(xì)加工中心6 高倍影像儀丈量結(jié)果
4 工藝辦法應(yīng)用效果
采用上述工藝辦法，配合電阻法精細(xì)找正安裝，切割出契合尺寸精度、外表質(zhì)量請(qǐng)求的微槽（見(jiàn)南京藝匠精細(xì)加工中心7），尺寸精度保證±0.01mm，且熱試車實(shí)驗(yàn)也考證了加工的有效性。
南京藝匠精細(xì)加工中心7 內(nèi)栓均布微槽構(gòu)造
5 完畢語(yǔ)
針對(duì)軌控發(fā)起機(jī)噴注器內(nèi)栓微槽構(gòu)造加工工藝難點(diǎn)停止剖析，經(jīng)過(guò)采取設(shè)計(jì)專用固定工裝、電阻法精細(xì)找正安裝以及優(yōu)化電加工參數(shù)等措施，處理了內(nèi)栓零件高密度微槽構(gòu)造裝夾艱難及高精度請(qǐng)求的難題，保證了內(nèi)栓零件的36個(gè)微槽構(gòu)造的尺寸精度及位置精度。加工合格后的噴注器流量分歧性穩(wěn)定，平均性好，滿足設(shè)計(jì)預(yù)期，熱試車結(jié)果全面考證了工藝計(jì)劃的可行性和正確性，發(fā)起機(jī)性能到達(dá)了技術(shù)指標(biāo)請(qǐng)求。此計(jì)劃可以推行應(yīng)用到其他高精度微尺寸構(gòu)造的加工中。
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本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2022年第11期10~13頁(yè)，作者：北京控制工程研討所 楊春雷、牛少鵬、尹兆剛、陳穎、周晨、李晉軍。
