編者按
針對陽極材料（liào）鎢錸（lái）合金的異形結構和電加工難（nán）點，選用合理的（de）加工方法，設計高（gāo）精度裝夾工裝，通（tōng）過對線（xiàn）切割和（hé）電火花成形（xíng）加工參數的摸索，解決了難熔陽極加工雙（shuāng）錐麵微小孔結構的精（jīng）密加工問題。
01
序（xù）言
陽極使用的難熔合金材料WRe25鎢（wū）錸合金為粉末（mò）冶（yě）金方法製造而成，具有硬度高、密度高（gāo）和熔點（diǎn）高等特點，具有優良的高溫強度、抗蠕變性能和電性（xìng）能，工（gōng）作溫度可（kě）達2000℃以上。加工難（nán）點包（bāo）括材料難加工，內孔異形結構尺寸公差和幾何公差要（yào）求（qiú）較嚴，以及表麵質量要求高等。內孔異形（xíng）結構中的微小孔結構與外圓同（tóng）軸度要求＜φ0.01mm，雙錐錐麵結（jié）構角度公差滿足±10′，表麵質量最優達到表麵粗糙度值Ra＝0.4μm。
目前，加工雙（shuāng）錐錐麵結構和微小孔（kǒng）結構（gòu）一般可（kě）采用機械加工、電火花線切割和電火花成形加工（gōng）等方法[1，2]，有（yǒu）時也會（huì）選（xuǎn）用超聲振動輔助電火（huǒ）花複合加工[3]。經過對比，采用機械加工製造異形孔，存在成本高、複雜孔加（jiā）工困難（nán）等缺點，尤其對於難熔（róng）高硬度材料，加工刀（dāo）具易折斷，造成無法加（jiā）工。複合加工成本相對較高且加工靈（líng）活性（xìng）也較差。電火（huǒ）花加工可有效避（bì）免上述問題。
通過對難加工材料的微小孔、雙內錐麵等內孔異形結構的精密加工工藝分（fèn）析，開展（zhǎn）電加工工藝研究，采用合理的加工（gōng）方法，最終實現達到尺寸和（hé）幾何公差及（jí）表麵質量要求。
02
陽極加工要求
陽極材料為WRe25鎢（wū）錸合金，外圓（yuán）和端麵對幾何公差要求較高，內部結構加工要求也較嚴格，內錐孔錐角（jiǎo）40°±20′和60°± 10′、φ（0.6±0.01）mm微小孔（kǒng）與外圓同軸度φ0.01mm以（yǐ）內，φ（0.6±0.01）mm微小孔長度（0.8±0.03）mm，錐孔角（jiǎo）度公差最嚴要求為±10′，表麵質量達到表麵粗糙度值Ra＜0.8μm。陽極如圖1所示（shì）。
圖1 陽極
03
加工難點分析
1）陽極材料為難加工（gōng）材料。鎢錸合（hé）金熔點為（wéi）3180℃，密度為（wéi）21g/cm³，硬度＞50HRC。相對於常規（guī）加工材料，鎢錸合金熔點（diǎn）約是鋼的2倍、鋁（lǚ）的5倍；密度約是鋼的3倍、鋁的7倍。其高（gāo）熔點、高密度及高硬度特性給加工（gōng）帶來很大（dà）困難（nán）。
2）高精度內孔與外圓的同軸度要求高。陽極（jí）兩（liǎng）端雙內錐孔和中間微小孔需要與外圓保證同軸度（dù）φ0.01mm以內，結構（gòu）之間才能較好過渡，從而避免出現結構錯位。為保證後續線切割能加工內孔成形，穿絲孔需要單邊留餘量≥0.1mm，φ0.2mm電極絲與放（fàng）電間隙之和（hé）需要≥0.25mm，避免慢走絲加工時，因電極絲裝夾偏離穿絲孔中心（xīn）較大而造（zào）成短路。φ（0.6±0.01）mm內孔的穿絲孔孔徑（jìng）最大可達（dá）φ0.4mm。線切割絲徑與（yǔ）內孔如圖（tú）2所示。穿絲孔為深徑比達57的（de）深小孔，並要（yào）求與外圓（yuán）的（de）同軸度＜φ0.10mm，可避免φ（0.6±0.01）mm內孔加工後留（liú）下穿絲（sī）孔痕跡。
圖2 線切（qiē）割絲徑與內孔
采用高速穿孔機加（jiā）工φ0.4mm穿絲孔，然後（hòu）采（cǎi）用慢走絲機床加工φ（0.6±0.01）mm內孔，進行2次裝夾定位，加工（gōng）出的孔很容易與外圓存在同軸度偏差。如何保（bǎo）證工序間加工出（chū）的穿絲孔、內孔與外圓擁有較高的同軸度，也是加工難點之一。
3）線切割雙內錐孔與微小孔時易產生相互幹涉。線切割加工40°±20′錐孔後，φ（0.6±0.01）mm微小孔長度（dù）（0.8±0.03）mm易產生（shēng）過切（見圖（tú）3），長（zhǎng）度超差。加（jiā）工40°錐角時，主切偏移量為0.1mm，再加上0.04mm放電間（jiān）隙，當（dāng）電（diàn）極絲傾斜20°時，影響φ0.6mm微小孔60°方向孔口到60°端麵距離。
4 ）雙內錐孔精度和表麵質量要求高。40°±20′和60°±10′錐角尺寸精（jīng）度要求較高，並且全跳動值在0.02mm以內，表麵粗糙度值Ra＜0.8μm，對電加工工藝參（cān）數及電極製作都提出了較高要求。
a）陽極微小孔過切實物（wù）
b）陽極微（wēi）小孔過切尺寸
圖（tú）3 線（xiàn）切割錐麵（miàn）後易產生（shēng）中間孔長過（guò）切
04
解決方案（àn）
4.1 設計並製作高精度（dù）裝夾工裝
陽極經過外圓（yuán）和端麵（miàn）磨（mó）削後，需設計多道工序加工內孔用的高精度裝夾工裝，以外圓（yuán）和端麵為基準（zhǔn），進（jìn）行陽極與工裝裝夾，保證內孔與外圓同軸度要求。
如果以圓形孔進行（háng）定位，則工（gōng）裝（zhuāng）主要（yào）存在以下問題。
1）由於工裝裝配孔內徑27mm加工過程中（zhōng）存在讓刀（dāo）現象，導致裝配孔底端有輕微錐角，與底麵基準（zhǔn）麵不垂直，陽極裝配不到底麵。
2）需要陽極磨製件和裝夾工裝進行配磨（mó），不適用於不同批次間加工。
改進裝夾結構，用 V 形孔定位替（tì）換整圓孔定位，降低裝夾工裝與陽極配磨要求，並要求（qiú）φ27mm與陽（yáng）極裝配間隙在0.005mm以內（nèi），降低胎具加工公差要求，提高裝夾胎具的（de）靈活性。改進前後裝夾胎具如圖4所示。
a）改進前
b）改進後
圖（tú）4 改進前後裝夾胎（tāi）具
4.2 微小孔雙錐結構高精度線切割加工
針對慢走絲線切割錐麵時φ （0.6±0.01）mm內孔幹涉問題，采取加工時（shí）φ 0.6mm兩端孔（kǒng）口到端麵距離分別留餘量0.2mm的措施。此時錐角需加工至24°。然後其餘錐孔尺（chǐ）寸和內孔長度轉至電火（huǒ）花成形加工。線切割（gē）後中心微小孔形貌如圖5所示。
圖5 線切割後中心微小（xiǎo）孔形（xíng）貌
4.3 高質量雙錐麵電火花成形加工
加工過程中考慮電極的設計尺寸、電極（jí）表麵質量等因素，通過實（shí）踐與摸索，電極錐麵（miàn）角度60°、40°分（fèn）別設計為59.9°～59.95°、39.9°～39.95°，最終電極尺寸如圖6～圖8所示。
圖6 60°粗加工電極
圖7 60°精加工電極
圖8 40°加工電極
加工過程中粗加工需要大能量去（qù）除餘量，然後精加工深度（dù）達到尺寸公差要（yào）求，修光表麵達到工藝要求。加工過程中的參數，隨著零件表麵餘量的減少（shǎo），低壓電流和脈寬逐漸減小，間隙放電電壓逐漸變大。電（diàn）加工參數見表1。
表1 電加工參數
電極錐（zhuī）麵質量顯著影響（xiǎng）加工後陽極表麵質量。如果用數控車床加工，因靠數控程序控製（zhì）進（jìn）行（háng）X軸、Y軸運動完成，在顯微（wēi）鏡下觀察表麵有明顯的波峰波穀紋路，會影響陽極加工後錐麵的表麵質量；而采（cǎi）用手動車削，車刀安裝在小滑板（bǎn）上，靠手動沿導軌直（zhí）線加工出來，加工（gōng）後（hòu）的表麵較為平整。由此需采用手動車削機床加（jiā）工電極。數控和手動加工電極錐麵外觀對比如圖9所示。
a）數控加工電極（jí）表麵質量
b）手動加工（gōng）電極表麵質量
圖9 數控和手動加工電（diàn）極錐麵外觀對（duì）比
05
實施效果
加工後的陽極經過微（wēi）小（xiǎo）孔、雙錐孔及表麵質量檢測（cè），全部滿足圖樣要求，微小孔實測值為φ0.603mm，與外圓同軸度為φ0.008mm，錐麵全跳動最優可達0.006mm。陽極檢測值見（jiàn）表2，陽極外觀如圖10所示。
表2 陽極（jí）檢測（cè）值
a）整體（tǐ）外觀 b）俯視
圖10 陽極外觀
06
結束（shù）語
本文針（zhēn）對陽極的異形內孔結構和鎢錸合金材料的電加工（gōng）難點進行工藝（yì）分析與（yǔ）方案改進，通過線（xiàn）切割與電火花成形（xíng）加工相（xiàng）配合的方法，高效高質地完成陽極內孔異形結構的加工，實現了高精度裝夾定位、線切割加工微小（xiǎo）孔大錐麵結構以及電火花加工錐麵等關（guān）鍵技（jì）術（shù）突破，為類似（sì）難熔高密度（dù）材料（liào）的精密加工提供了參考。
專家點評
文章闡述了異型難熔陽極的雙錐微小孔（kǒng）加工難點和解決方（fāng）案。根據同軸度要求設計製作高精度裝夾胎具，通過線切割和電火花成形加工相配（pèi）合的方法，實現了難熔陽極的微小（xiǎo）孔線切割（gē）加工以及大錐麵電火花加工等多（duō）項關鍵技術（shù）突破，為類似材料的精（jīng）密（mì）加（jiā）工提供了實踐經驗。
文章結構合理，分析全麵，思路清晰，數據（jù）準確，在線切割和電火花成形加工方麵積累了豐富的經驗。
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