封严槽电火花加工电极设计技术研究

1.前言

涡轮外环组件 (见图 1)是典型薄壁环类零件,零件加工工序长,尺寸精度要求高,根据装配要求, 涡轮外环组件加工完成后,通过线切割工序,分离成多个块体,最终通过组合连接起来,而组合连接处为封严槽,由于封严槽结构较为复杂,受加工限制,需采用电火花的方式进行加工,因此对加工合格率带来了极大的挑战，且电火花工序处于末位工序，加工不合格直接影响零件交付。

1. 研究（攻关）内容

2.1 技术难点

2.1.1、涡轮外环组件电火花加工封严槽合格率低

如图 2 所示，电火花工序设计图可以看出，封严槽加工部分为曲线型面，型面宽度仅有 0.4，且各部分尺寸仅有 ±0.1 的公差，极难控制，需要靠成型电极去保证尺寸。

2.1.2 电极容易变形，制造难度大;

由电极设计图可以看出，电极尺寸根据零件加工型面设计，为了满足加工要求电极公差仅为零件公差的 1/10-1/5 且有形位公差要求，厚度仅有 0.28mm ，电极加工容易变形，制造难度较大。

2.1.3 电极保存方式与电极装夹方式导致电极变形，零件加工超差；

从电极结构可知，薄壁类型电极，不仅在加工过程中容易变形，实际使用过程中，也有变形的情况发生，主要原因有两方面，一方面为电极保存不当，导致电极制造回来以后受外部因素影响，加工零件的前已经发生局部变形，另一方面电极装夹方式不合理，导致电极装夹后已经是变形状态。

3.技术方案

为解决涡轮外环组件封严槽难加工问题。进行了以下几方面进行技术改进：

1、分析电极图纸，验算电极尺寸，分析电极材料是否适用于零件加工，确保电极各尺寸的合理性，从而排除设计问题导致零件加工尺寸不合格。

2、跟进电极制造情况，通过与电极制造厂家沟通，采用精密慢走丝切割机进行电极加工，且制造了相应的加工辅助夹具， 且加工后通过辅助夹具，将电极放入辅助夹具进行自然时效处理一断时间，防止电极加工后的一断时间发生自然变形。

3、分析电极变形的原因，采用制造后检验，加工前检验二合一的方式，防止电极制造与电极加工零件电极状态不一致，中途有变形的情况发生。

4、通过分析电极变形方向，改进电极夹头，提高装夹精度，减小装夹误差，保证电极加工稳定性。

5、 加工前零件装夹后找正零件与电极，确保减小加工误差。

4.实施过程

4.1 解决涡轮外环组件电火花加工封严槽电极设计问题

为提高封严槽加工合格率，从零件设计图中可以看出，由于各尺寸综合因素的影响，封严槽加工合格与否与电极有着直接关系，因此在符合设计原理的情况下，提高电极尺寸的设计精度，且在电极各个型面之间的平行度、垂直度等形位公差进行了要求。

4.2 涡轮外环组件电火花加工封严槽电极制造问题分析及措施

电极设计图纸的尺寸精度要求较高，实际上加工过程中，尺寸加工难度较大，主要受加工方式的影响：

（1）实际电极加工过程中，避免变形，考虑过多种电极材料（石墨、钨铜、紫铜），石墨电极成本较高，且对机床要求较高，不满足目前的生产条件；紫铜与钨铜性能具有相似性，综合考虑后选择紫铜作为电极材料，一方面成本较低，同时加工容易保证尺寸。

（2）电极的结构同样影响电极加工零件的质量,从目前的加工情况来说,制作了两种结构的电极,一种为整体式结构,才用块体直接加工成型电极,此加工方法的好处是减小电极的伸出长度,最大程度避免变形,实际加工时发现加工困难,尺寸难以达到,另一种方式为电极 + 夹头的方式进行,电极单独加工,配合电极夹头、校准夹具来保证电极尺寸，此方法更具合理性。

（3）电极制造完成后，需对电极进行检验，由于薄壁类电极仅有 0.28mm 厚度，极易发生变形，因此电极使用前，通过目视检查表面是否有肉眼可知的变形现象，若有变形，可通过相应的辅助夹具对电极尺寸进行校型，校形不合格应及时停止使用，以确保电极尺寸的合格性，且辅助夹具应根据电极型面配做，配合面间隙不大于 0.03，使用时可以做校型使用，也可作为电极合格性验证，将电极通过校型夹具凹槽，电极能够轻松通过即可判定电极合格。

4.3 涡轮外环组件电火花加工改善加工方法问题分析及措施；

成型电极加工零件需要配合电极夹头使用，此电极属于薄壁类工装，根据电极装夹经验，电极加工时需要设计一种与电极型面匹配的夹头，用夹头装夹电极，通过夹头约束电极，保证电极加工时排除装夹误差的影响。电极夹头做成分体式，上下分别与电极型面配做，电极夹头也属于辅助工装，因此尺寸精度取值应满足相应的公差取值要求，且与电极配合型面尺寸应保证间隙取值不大于 0.03，上下、左右均通过螺钉固定，以保证电极装夹可靠性。

5 结论

本次攻关通过对涡轮外环组件电火花工序尺寸分析与讨论，对可能出现的技术难点进行总结，分析确定为提高涡轮外环组件加工合格率，合格的电极是一个非常重要的影响因素，通过设计电极，改善电极装夹方式，减小电极的变形，调整合适的加工参数，做到了零件合格率达到了 95% ，具体批次号件 22-1，本批次零件计划数量 54 件，实际合格零件 52 件，满足生产要求。

6 推广情况

1.将该攻关改进方法推广至薄壁电极的制造与加工上，以后类似的封严槽类零件问题便可得以解决。

2.将该攻关改进方法进行推广，与技术人员、制造厂家进行分享。