南京藝匠精細加工中心解密：高密度微槽構造精密加工技術
金屬加工
針對軌控發(fā)起機內栓零件微槽構造裝夾難度大、找正精度低及分歧性難以保證等加工難點，經過設計專用工裝、電阻法精細找正安裝以及優(yōu)化電加工參數等措施，順利處理了微槽加工難題。經影像儀檢測及熱試車實驗證明，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”構造，以到達準確控制流量的目的。目前，關于微槽構造的精細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造；線切割加工以其非接觸加工無明顯宏觀應力，可加工微小尺寸，以及具有定位精度高等優(yōu)點，可完成高密度微槽的精細加工[1]。本文將重點引見軌控發(fā)起機內栓零件高密度微槽構造的加工難點及精細加工辦法。
2 零件構造及加工難點
為了到達準確控制流量的目的，某新研發(fā)起機噴注器初次采用高密度對稱微槽構造+環(huán)縫的組合方式，其中內栓零件出口端包含了沿圓周方向平均散布的36個（共18對）微槽構造，其尺寸微?。ㄉ疃?.14mm、寬度0.3mm），精度請求高，且微槽的分歧性及位置度請求較高。微槽構造的面積和位置度直接影響噴注器流量大小及平均性，一方面決議了推進劑的熄滅效率，另一方面影響到發(fā)起機熄滅室壁面液膜冷卻效率，對發(fā)起機的性能和牢靠性起著至關重要的作用，是噴注器的中心構造。噴注器內栓零件構造如南京藝匠精細加工中心1所示，內栓與中心桿組成的“微槽構造+環(huán)縫”組件如南京藝匠精細加工中心2所示。
南京藝匠精密加工中心1 噴注器內栓零件構造
南京藝匠精細加工中心2 內栓與中心桿組成的“微槽構造+環(huán)縫”組件
經過加工工藝性剖析，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，線切割第一個槽成形后，旋轉10°，切割第2個槽，依此類推共18次。
根據上述加工思緒，經過火析得出微槽構造的精度主要取決于專用工裝設計、電極絲相對內栓零件的找正定位精度、電極絲速度及適宜的電參數等工藝要素。主要難點如下。
（1）裝夾 內栓零件由于法蘭處為四方構造，準確定位裝夾難度很大，因而需求設計專用工裝。
（2）定位找正精度 由于高密度對稱微槽寬度為0.3mm，深度為0.14mm，數量為36個，因而加工時需求多達18次的反復翻轉。電極絲與零件基準的相對位置找正精度不夠，極易累積裝夾定位誤差，不只單個微槽尺寸超差，而且36個均布微槽的分歧性也很難滿足設計請求，直接影響噴注器流量大小及平均性，進而影響發(fā)起機的牢靠性，為此，需求精度較高的找正辦法來保證。
（3）電參數優(yōu)化選取 線切割加工的微觀過程較為復雜，加工精度及穩(wěn)定性的研討很復雜，目前定量剖析有一定的艱難，電參數的探索大多數根據經歷分離工藝實驗。微槽構造小，對電參數組合敏感，需求探索適宜的電參數組合。
3 高密度微槽構造的精細線切割加工
依據上述剖析，采取相應的措施處理加工難點，設計噴注器內栓零件高密度微槽加工道路如南京藝匠精細加工中心3所示。
南京藝匠精細加工中心3噴注器內栓零件高密度微槽加工道路
3.1設計專用工裝
由于噴注器內栓的端面是四方構造，不利于后續(xù)的裝夾定位，故設計專用固定工裝。此工裝的裝夾局部與端面的垂直度有嚴厲的幾何公差請求，需保證在0.008mm以內，同時工裝與內栓貼合的端面平面度也應該保證在0.01mm以內；專用工裝前端加工一凸臺，凸臺外圓與工裝的裝夾局部需保證同軸度0.008mm以內的請求，同時凸臺外圓與內栓零件內孔嚴厲配加工，裝夾時依托凸臺定位，經過螺釘緊固，保證裝夾后工裝的裝夾局部與固定在工裝上的內栓加工微槽構造的外圓同軸度請求。內栓零件專用工裝裝夾如南京藝匠精細加工中心4所示。
a）內栓零件裝夾
b）專用工裝反面
南京藝匠精細加工中心4 內栓零件專用工裝裝夾
3.2電阻法精細轉正
定位找正的目的是肯定電極絲與零件基準的相對位置，定位找正精度直接決議內栓零件的加工質量。假如找正辦法選擇不當、精度不高，則很難保證各個微槽尺寸的精度，同時加工過程需求18次重復的翻轉，會招致均布槽分歧性差。常用的線切割找正辦法[2]如下。
（1）目測法 采用目測法找正電極絲相對零件基準的位置誤差較大，均布槽的分歧性很難保證。
（２）火花法 挪動工作臺使工件的基準面逐步靠近電極絲，在呈現火花的霎時記下工作臺上的坐標，來記載電極絲相對零件基準的位置。但常常因電極絲靠近基準面時產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生誤差。
（３）自動找正 目前大局部線切割機床具有接觸感知功用，采用自動找正的辦法去找邊、找中心，找正精度比擬高。但是該辦法屢次對邊找正后的誤差最大可到達0.05mm，不能滿足36個微槽尺寸精度、微槽之間尺寸分歧性請求。
（４）電阻法 其原理是應用電極絲與工件基準面由絕緣到短路接觸的霎時兩者間電阻突變的特性，來肯定電極絲相對工件基準的坐標位置，反復定位精度較高，普通可達0.005mm以內。比照以上找正辦法的優(yōu)點和缺乏，最終采用電阻法來肯定電極絲與零件基準的相對位置，從而肯定加工原點，電阻法精細找正如南京藝匠精細加工中心5所示。設計電阻法精細找正安裝，萬用表一側表筆接電極絲導輪，另一側接被加工零件，將萬用表置于歐姆檔，手控盒或操作面板使工件與電極絲迫近來停止丈量，當工件與電極絲霎時接觸時萬用表指針對零。剛接觸時是絲的邊緣，尋邊后需求加絲的半徑補償。
a）電阻法找正原理
b）精細找正過程
南京藝匠精細加工中心5 電阻法精細找正
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，此時萬用表指針處于最右側。之后采用手控盒或者操作面板以每次0.002mm挪動電極絲。當萬用表指針發(fā)作大幅度擺動時（短路變化為斷路），闡明電極絲與零件端面霎時別離，此時設定電極絲坐標為（，），經過屢次找正，誤差最大為0.004mm，可滿足均布微槽加工的找正請求。
加工過程中每切割1對槽重新找正一次，切割時需求時辰觀測剛放電時坐標零點的偏移量。假如電極絲剛剛發(fā)作放電時坐標零點偏移超越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的優(yōu)化
找正基準位置后，回退0.5mm作為起切點，編程切割途徑[3]，切割過程中對電參數停止優(yōu)化。影響線切割加工質量的指標很多，包括：電參數脈沖寬度、脈沖距離、峰值電流、非電參數運絲速度、電極絲張力及工作液清潔度等。分離加工經歷，選擇影響加工的重要指標要素，并平均散布實驗數據點，設定正交實驗，優(yōu)化加工參數，并經過影像儀準確丈量出的加工值與理論值的偏向，同時依據經歷調整相關工藝參數，重復實驗丈量，肯定加工微槽構造的最優(yōu)工藝參數組合[4]。電加工優(yōu)選參數：切割次數為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，丈量結果（見南京藝匠精細加工中心6）分歧性較好，滿足了設計請求。
南京藝匠精細加工中心6 高倍影像儀丈量結果
4 工藝辦法應用效果
采用上述工藝辦法，配合電阻法精細找正安裝，切割出契合尺寸精度、外表質量請求的微槽（見南京藝匠精細加工中心7），尺寸精度保證±0.01mm，且熱試車實驗也考證了加工的有效性。
南京藝匠精細加工中心7 內栓均布微槽構造
5 完畢語
針對軌控發(fā)起機噴注器內栓微槽構造加工工藝難點停止剖析，經過采取設計專用固定工裝、電阻法精細找正安裝以及優(yōu)化電加工參數等措施，處理了內栓零件高密度微槽構造裝夾艱難及高精度請求的難題，保證了內栓零件的36個微槽構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，滿足設計預期，熱試車結果全面考證了工藝計劃的可行性和正確性，發(fā)起機性能到達了技術指標請求。此計劃可以推行應用到其他高精度微尺寸構造的加工中。
參考文獻：
[1]遲關懷，狄士春，黃瑞寧，等.復雜微小零件的微細電火花線切割加工技術研討[J].制造技術與機
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[3]顧志勇.線切割數控加工中的斷絲緣由及處置[J].科技創(chuàng)新與應用，2012（17）：104.
[4]曾凡毅.線切割加工工件外表質量的改善和進步[J].江西化工，2014（3）：159-160.
本文發(fā)表于《金屬加工（冷加工）》2022年第11期10~13頁，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。
