基于EDM的精密内环槽加工技术_马宏伟.pdf

2023年 第5期 冷加工48工艺方案Technique Solution基于EDM的精密内环槽加工技术马宏伟，袁开波，钟开平，吴超航空工业航宇救生装备有限公司湖北襄阳441003摘要：针对精密内环槽零件的加工难点和关键影响因素进行工艺分析，提出可行的技术方案，通过电火花加工解决了内环槽加工难点问题。并对方案中所用设备、专用工装、工具电极、加工路径规划和检测方法等进行详细设计和持续改进。经试加工验证，实现了精密内环槽的高效和稳定加工。关键词：精密；内环槽；电火花加工；工具电极；电加工参数1 序言液压控制系统的控制精度直接影响产品性能。阀套是液压控制系统中伺服阀的核心零件，其加工精度直接影响伺服系统的控制性能1。阀套中内环槽的主要作用是控制伺服阀的流量等参数，由于零件材料硬，环槽精度高，因此加工难度大。通过对精密内环槽加工工艺进行分析，找出影响加工精度的因素并制定具体的工艺方案，解决了精密内环槽加工难题。2 精密内环槽零件工艺分析图1所示为精密内环槽零件，材料为马氏体不锈钢，硬度55HRC。外形有环槽，内孔7.8mm，长度70mm，内壁四环槽。环槽尺寸2.20 0.1mm 9.50.1 0m m，位 置 尺 寸（3 0 0.0 3）m m、（200.03）mm，相对R轴向圆跳动0.004mm，表面粗糙度值R a=0.4 m，槽与内孔相交处尖边Rmax=0.01mm。根据图1要求，分析零件内环槽加工难点有几何公差、表面粗糙度及位置尺寸。为了保证零件能够稳定高效地加工，必须找出影响零件加工的主要因素，分析原因并制定方案来解决精密内环槽加工 难题。影响因素分析如下。1）材料热处理后硬度55HRC，难切削，传统加工方式难以保证加工要求。2）工艺系统刚性差。零件长度70mm、内孔直径7.8mm，刀杆细长，刚性不足，加工时易出现振动、扭曲及断裂等现象。3）切削过程中排屑和散热难。切削路径长，排屑空间小，切削过程中切屑难于排出，容易与内壁产生摩擦，划伤内孔壁。同时也容易发生切屑阻图1精密内环槽零件2023年 第5期 冷加工49工艺方案Technique Solution塞，导致刀具损坏，零件报废。4）零件精度是微米级，检测也是重要因素。通过对零件工艺分析得出，高硬度材料加工、工艺系统刚性、排屑、散热和检测方法是影响内环槽加工的主要因素。本次提出采用电火花加工工艺，可以解决高硬度材料加工、工艺系统刚性差、加工排屑和散热问题，实现精密内环槽的加工。3 工艺方案制定工艺路线合理程度对内环槽加工质量起着至关重要的作用。零件内环槽位置基准、跳动基准分别是两端面和外圆，由于它们的加工基准又转化到内孔，所以内孔加工精度必须严格控制。制定工艺方案如下：下料调质粗加工真空淬火（硬度55HRC）半精加工内孔半精加工外圆、总长时效精加工内孔精加工外圆、总长电火花精加工内环槽钳工去毛刺。方案中先粗加工内环槽，以内孔为基准精加工外圆和两端面，利用外圆和端面定位电火花精加工内环槽。优点是环槽加工精度高、质量稳定可靠，缺点是加工工序多、周期长、效率低以及成本高。4 加工过程控制为了保证精密内环槽精加工质量，精加工前零件外圆、内孔、总长和粗加工环槽必须严格控制，具体要求如下。4.1 内环槽粗加工质量控制（1）内环槽粗加工要求位置尺寸留余量0.12mm，1#和4#槽、2#和3#槽相对轴向中心对称度0.1mm。为了保证加工效率，零件总长公差0.04mm，这样才能避免因为误差积累而出现零件报废现象。（2）外圆精加工外圆加工基准是内孔，材料淬火后硬度55HRC，需要通过珩磨和研磨后，使精度达到圆柱度0.003mm、表面粗糙度值Ra=0.4m以及公差0.01mm。再以内孔为基准磨削外圆，保证与内孔同轴度0.01mm、圆柱度0.002mm以及表面粗糙度值Ra=0.4m。4.2 内环槽精加工控制精密内环槽精加工需要考虑加工设备、零件定位装夹、工具电极、刀具路径规划、加工参数和检测方法等方面，才能保证精密内环槽高质量稳定 加工。（1）加工设备选择精密内环槽加工时，由于不仅需要自动找正、三轴联动插补加工，还需要主轴高速旋转，所以选用四轴高精度火花机AD30Ls。该机床全行程重复定位精度0.005mm，主轴最高转速1500r/min，同时能够完成自动找正、对刀、冲油和抽油等操作，适用于中小尺寸高精度零件加工。（2）零件定位装夹零件的定位装夹精度直接影响精密内环槽的加工，选择合理的定位基准面和夹紧部位是设计合理可靠工装的关键。零件定位装夹如图2所示。定位夹具由磁台、垫块、精密V形块和弓形夹组成。V形块和垫块是定位基准，弓形夹是夹紧机构。此夹具是利用零件外圆和端面为基准定位零件，定位基准与工艺基准重合，定位精度高。同时，该夹具结构简单、操作 方便。图2零件定位装夹（3）工具电极设计电火花加工原理是基于工具和工件（正、负电极）之间脉冲性火花放电时的电腐蚀现象来蚀除多余的金属，以达到对零件尺寸、形状及表面质量预定的加工要求2。利用圆形工具电极对环槽持续放电，完成对精密内环槽的加工。电极的形状和精度直接影响加工精度。工具电极如图3所示，外形是带有喇叭口的圆柱体，圆柱面的作用是找正零件中心，右端面0.2mm图3工具电极2023年 第5期 冷加工50工艺方案Technique Solution平面是保证放电加工时电极处于线接触，这样加工的内环槽工作边跳动才能合格。电极尺寸确定：电极厚度尺寸B（环槽宽度2.2mm加工余量0.2mm）0.05mm。电极直径D（内孔直径7.8mm间隙0.2mm）0.05mm，同时还需要兼顾电极直径D环槽直径9.6mm内孔直径7.8mm电极杆直径5mm，保证电极有足够切削刃。（4）加工路径规划在加工时要先规划出工具电极运动轨迹，使电极切削面沿精密内环槽工作边运动，获得电极的最佳位置姿态3。只有规划出最优电极运动轨迹，才能保证精密内环槽加工质量和效率。从图1中可以看出，零件精密内环槽左右对称，环槽工作边1#和3#同向，2#和4#同向，加工时先加工一端，然后调头加工另一端。在加工单个精密内环槽时，要实现电极自动定位、空加工时快速移动及插补加工时精确运行。自动定位轨迹如图4所示，工具电极快速移动和插补加工运动轨迹如图5所示。电极自动定位时自转速度要保持在100r/min，这样可保证电极自动定位准确性。工具电极加工精密内环槽单次运动轨迹为：工具电极先快速移动至环槽加工位置，直线插补加工环槽半径后，圆弧插补加工环槽，加工完成回X-Y平面原点，重新移至指定深度重复直线插补和圆弧插补加工，直到满足工艺要求为止。从单个环槽加工路径分析，要完成多个环槽的 a）找X、Y中心 b）找Z轴高度图4自动定位轨迹 a）快速移动至加工位 b）直线插补加工 c）圆弧插补加工图5 工具电极快速移动和插补加工运动轨迹2023年 第5期 冷加工51工艺方案Technique Solution加工，需要重复图4和图5所示的定位和插补轨迹，才能完成整个零件所有精密内环槽加工。注意加工2#和4#环槽时，要调头重新装夹找正零件，才能重复操作加工精密内环槽。（5）电加工参数确定单个精密内环槽轴向位置余量0.12mm，需要分粗、精加工。粗加工总余量0.06mm，半精加工总余量0.05mm，精加工总余量0.01mm。粗、精加工切削深度分配，粗加工0.020.03mm/次，半精加工切削深度0.01mm/次，精加工切削深度0.005mm/次。经过调试验证，切削参数见表1。表1切削参数序号条件号PLONOFFIPSVUPDNVHPPPCSL1C320+00800800200050401051100002012C300+00503200100050401051100002013C903-10020003000.010001301100110006405表1中，在粗加工、半精加工时选择正极性，利用窄脉宽、相对大的电流对环槽进行加工，电极损耗低，加工速度快4。在精加工时选择负极性，利用宽脉冲、小电流加工环槽，电极损耗低，加工精度高2，但是由于加工速度慢，所以精加工余量不能太大，否则加工时间很长。（6）检测方法精密内环槽需要检测的关键参数有槽位尺寸、表面粗糙度、工作边轴向圆跳动和尖边尺寸，其中表面粗糙度是电加工参数保证，而槽位尺寸、工作边轴向圆跳动和尖边尺寸，则需要利用专用检测设备进行检测。由于零件精度高，检测部位在零件内部，经过对比分析，选择万能工具显微镜进行检测，设备X、Y坐标行程为200mm和100mm，分辨率为0.0002mm，可满足测量要求。检测装夹如图6所示。图6检测装夹在万能工具显微镜上使用30倍目镜找正精密V形块，并夹紧固定，检测时将零件放置于V形块上，小灯泡从右端放入检测环槽处，调整显微镜目镜，通过漏油孔检测环槽相关尺寸。内环槽检测顺序为：检测环槽工作边轴向圆跳动0.004mm和工作边尖边尺寸。检测环槽位置尺寸和槽宽。（7）试验结果及分析根据以上分析进行试加工（见图7），对100个零件进行试验验证，经测量，环槽宽度2.20 0.1mm、位置尺寸（200.03）mm、（300.03）mm及表面粗糙度值Ra=0.4m合格率100%，环槽轴向圆跳动0.004mm和工作边尖边a）环槽加工中b）加工后的环槽图7环槽加工2023年 第5期 冷加工52工艺方案Technique Solution抗侧滚装置球头国产化组装技术邱仕勇1，邱永红1，姜宇飞2，杨冠男21.株洲九方装备驱动技术有限公司湖南株洲4120012.株洲九方装备股份有限公司湖南株洲412001摘要：介绍抗侧滚装置国产化球头的基本结构以及影响组装的各种因素，通过完善球头组装方法和关键质量特性控制，并针对润滑脂选型、用量进行详细对比和验证分析，确认选型方向以及合适的用量，推动国产化进程，降低成本。关键词：球头；国产化；组装；润滑脂；选择；用量；降低成本1 序言随着轨道交通行业的发展，轨道车辆部件正在缓慢实现国产化。拉压杆球头作为抗侧滚装置的核心部件之一，其国产化的推动与实现对于轨道交通行业的发展具有积极的作用。由于目前拉压杆球头基本是从海外进口，国内行业暂未掌握其关键核心技术，因此其制造、运输成本很高。从行业长远发展、成本考虑，实现拉压杆球头国产化组装可以降Rmax=0.01mm合格率95%。5 结束语本文对典型精密内环槽零件进行工艺分析后，确定了影响环槽加工的关键因素，分析原因并制定针对性解决措施。通过对电火花加工设备、工具电极、夹具、加工路径规划和电加工参数等一系列优化设计，圆满解决了高精度内环槽的加工问题。通过试验验证，满足批量生产条件。同时也对其他类似产品的加工提供了参考思路。参考文献：1 田源道.电液伺服阀技术M.北京：航空工业出版社，2008.2 刘晋春，赵家齐，赵万生.特种加工M.4版.北京：机械工业出版社，2007.3 刘晓，康小明，赵万生.闭式整体涡轮叶盘多轴联动电火花加工电极运动路径规划J.电加工与模具，2012（1）：11-14，50.4 何定健，李建勋，王勇.深孔加工关键技术及发展J.航空制造技术，2008（21）：90-93，97.20230201专家点评该文针对阀套内环槽的加工难点进行工艺分析，采用电火花加工工艺，解决了零件材料硬度高、工艺系统刚性差、加工排屑和散热难等问题。通过对电火花设备、工具电极、定位夹具、加工路径和电加工参数等一系列工艺因素的精确控制，实现了阀套内环槽的高效加工。文章内容丰富，分析透彻，过程严谨，措施到位，亮点是电火花加工技术的优化设计和过程控制。确定影响内环槽加工的关键因素并制定具体的工艺方案，圆满解决了高硬度、小孔径零件的精密内环槽加工难题，在类似产品加工中具有很好的技术指导作用。