高密度微槽結構（gòu）精密加工技術

針對軌控發動機內螺栓零件微（wēi）槽結構的加工難點，如裝夾困難、對準精度（dù）低、一致（zhì）性難以保證等，通（tōng）過設計專用工裝、電阻精密對準裝置和優化電加工參（cān）數，成功（gōng）解決了微槽的加工難點。成像儀試驗和熱態試驗表（biǎo）明，該處理方法切（qiē）實可行，有效保證了（le）軌控發動機的性能和可靠性。

1前言

在航空航天領域，許多零件（jiàn）都包含（hán）微（wēi）小的“微槽”結構，以精確控製流量。目前，微溝槽結構的精密加工方法主要有切（qiē）削、線切割等。但切削受到刀具尺寸、變形等因素的限製，很難加工極小的結構。線切割具有無明顯宏觀應力的非接觸加工、微小尺寸加工、定位精度高等優點，可實現高密度微小溝槽的精密加工[1]。本文將（jiāng）重點研究（jiū）軌控發動機內螺（luó）栓零件高密度微槽結構的加工難點和精（jīng）密加工方法。

2零件結構和（hé）加工難點

為了精（jīng）確（què）控製流量（liàng），新研（yán）製的（de）發動機噴油器首次采用高（gāo）密度對稱微槽結構和環（huán）縫相結（jié）合，其中內（nèi）螺栓部（bù）分出口端包（bāo）含36個沿周向均勻分布的微槽結構(共18對)，尺寸小(深0.14mm，寬0.3mm)，精度要求高，對微槽的一致性和位置要求高。微槽結構的麵積和位置（zhì）直接影響噴射器的流量和均勻性，一方麵決定推進劑的燃燒效率，另一方麵影響發動機燃燒室壁麵液膜的冷卻效率（lǜ），對發動機的性能（néng）和可靠性起著重要作用，是噴射器的核心結（jié）構。噴油器內螺栓的結構，是由內螺栓和中心杆組成的“微槽（cáo）結構+環縫”組件。

經過加工工（gōng）藝分析，綜合考慮工藝實現（xiàn）、加工成本、加工效率等因素（sù），選擇線切割方式成形。主（zhǔ）要（yào）加工思路:專用工裝用分度頭夾緊，內螺栓零件固（gù）定在專用工裝上找（zhǎo）正，然後（hòu）電極絲端麵找正。線切割形成第一個槽後，旋轉10°，切割第（dì）二個槽，以此類推18次。

根據上述加（jiā）工思路（lù），通過分析得出微溝槽結構的精（jīng）度主要取（qǔ）決於專用工裝的設計、電（diàn）極絲相（xiàng）對於內螺栓（shuān）零件的（de）對準和定位精度、電極絲的走絲速度以及合適的電參數（shù）等工（gōng）藝因素。主（zhǔ）要困難如下。

(1)夾緊內螺栓零件，由於法蘭為方形結（jié）構，精確（què）定位夾緊非（fēi）常困（kùn）難，需要設計專用工裝。

(2)定位對準精度由於（yú）高密度（dù）對稱微槽的寬度和深度分別為0.3mm和0.14mm，微槽的（de）數量為36個，因此在加工過程中需（xū）要多達18次的反複翻轉。電極絲與零（líng）件基準相對位置的對準精度不夠，容易積累夾緊定位誤（wù）差。不僅單個微槽的尺寸超差（chà），36個均勻分布的微槽的一致性（xìng）也難以達到設計要（yào）求，直接影響（xiǎng）噴油器的流量和均勻性（xìng），從而影響發動機（jī）的可靠性。因此，需要一種高精度的對準方法來保證。

(3)電參數（shù）的優化與選擇WEDM的微加工過程（chéng）複雜，加工精度和穩（wěn）定性的研究複雜。目前定量分析比（bǐ）較困難，對（duì）電參數的探索多以經驗結合工藝試驗為主。微（wēi）溝槽結構體積小，對（duì）電參數（shù）組合敏感，因此有必要探索合適的（de）電參數組合（hé）。

高密度微溝槽結構的精密WEDM

根據以上分析，采取相應措施解決加工難（nán）點，設計（jì）出噴油器內螺栓零件高密度微（wēi）槽（cáo）的加工路線。

3.1設計（jì）專用工裝

由（yóu）於噴油器內螺栓端麵為（wéi）方形結構，不利於後續的夾緊定（dìng）位，因此（cǐ）設計了專（zhuān）用夾（jiá）具。此夾（jiá）具夾緊部分與端麵的（de）垂直度有嚴格的形位公差要求（qiú），應在0.008mm以內，夾具（jù）端麵與內螺（luó）栓（shuān）的平麵度也應在0.01mm以內:專用工具前端加工有凸台，凸台外圓與工具夾緊（jǐn）部（bù）分的同軸度（dù）應在0.008mm以內，同時凸台外圓與內螺栓部分的內孔應嚴格配合加工。夾緊（jǐn）時用凸台定位，擰緊螺釘，保證被（bèi）夾緊工（gōng）具的夾緊部分與固定在工具（jù）上的內螺栓微（wēi）槽結構的外圓同（tóng）軸度。內螺栓零件專用工裝的（de）夾緊。

3.2電阻法準確、積極

定位找正（zhèng）的目的是確定電極絲與零件基準的（de）相對位置，定位找正的精度直接決定了內螺栓零件的加工質量。如果（guǒ）找正方（fāng）法選擇不當，精度不高，很難保證每個微槽（cáo）的精度，加工過程需要18次重複車削，會導致均勻分布的槽均勻性差。WEDM 常用的比對方法如下。

(1)目測法采用目測（cè）法尋找（zhǎo）正極線相（xiàng）對（duì）於零件參照物的位置誤差，均勻坡口的一致（zhì）性（xìng）難以保證。

(2)用（yòng）火花法移動工作台，使工件的基準麵（miàn）逐漸靠（kào）近電極絲，記錄火花瞬間工作台的坐標，以記錄電極絲相對（duì）於零件基準麵的位置。然而，當電極線靠近參考平麵時產生的放電間隙與正常（cháng）切割條件下的放電間隙不（bú）完全相同，從而（ér）導致誤差。

(3)自動對準。目前大（dà）多數線切割機都（dōu）有接觸感應功（gōng）能。采用（yòng）自（zì）動對準的方法尋找邊緣和中心，對（duì）準精度比較高。但這種方法經過多次（cì）邊緣對齊，最大誤差可達（dá）0.05mm，無法滿足（zú）36個微槽的尺（chǐ）寸精度和微槽間（jiān）尺寸一致性的要求。

(4)電阻法的原理是利用電極絲與工（gōng）件基準麵從絕緣（yuán）到短路接觸電阻突變的特性，確定（dìng）電極絲（sī）相對於工件基準麵的坐標位置。重複定位精度高，一（yī）般可達0.005mm，比較以上幾種對準方法的優缺點，最（zuì）終（zhōng）采用電阻法（fǎ）確定電極絲與零件基準的相對位置，從而（ér）確（què）定加工原點。電阻法的精確對準如圖5所示。用電阻法設計精密對準裝置（zhì）。萬用表的一側與電極線的導輪連接，另一側與被加工（gōng）零件連接。將（jiāng）萬用表置（zhì）於歐姆檔，手動控製箱（xiāng）或操作麵板會使工件靠近電極絲進行測量。當工件與電極絲瞬間接觸時，萬用表（biǎo）的指（zhǐ）針會（huì）歸零。是接（jiē）觸開始時導線的邊緣，尋邊後需要加上導線的半徑補償。

使用手動控製箱或操作麵板將電極絲移動到零件端（duān）麵，以確保接（jiē）觸良好。此時萬用表指針在最右邊。然後使（shǐ）用（yòng）手動控製（zhì）箱或操作麵板每次移動電極絲0.002毫米。當萬用表指針擺動較大時(短路變開路)，說明電極絲瞬間脫離（lí）零件端麵。此時，電極線的坐標被設置為(0，0)。經（jīng）過（guò）多次對準，最大誤差為0.004mm，可（kě）以滿足均勻（yún）分布微溝槽的對準要求。

在（zài）加工過程（chéng）中，一旦每對（duì）槽（cáo）被切割，就需要重新對準它們。切割時，需要觀察放電瞬間坐標零點的偏移。如果電極絲（sī）剛（gāng）放電時坐標零點的偏移超過0.005毫米，需要重新校準，以避免累積誤（wù）差。

3.3 WEDM和電火花加工參數的優化

對準參考位置後，回退0.5mm為起點，編程切割路徑，優化切割過程中的電（diàn）氣參數。影響WEDM質量的指標有（yǒu）很多，包括:電參數脈寬、脈衝間隔、峰值電流、非電參數（shù）送絲速度、電極絲張力（lì）和工作液潔淨度等。結合加工經驗，選取影響加（jiā）工的重要指標（biāo）因素，均勻分布試驗數據點，設置正交試驗，優化（huà）加工（gōng）參數，通過成像儀精確測量加工值與理論（lùn）值（zhí）的偏（piān）差。同時根據經驗調整（zhěng）相（xiàng）關工藝參數，反複試驗測量，確（què）定加工微溝槽結構的（de）最佳工藝參數（shù）組合。電加工最佳（jiā）參（cān）數:切割次數1次，電極絲直徑0.12mm，正極性，脈衝寬度1μm，線（xiàn）速度6m/s，DIC-206水溶性線切割液。

3.4微溝（gōu）槽測量

使用高倍成像儀（yí）放大400倍，測量（liàng）結果一（yī）致，滿（mǎn）足設計要求。

4過程方法的應用效果

采用上述（shù）工藝方法和電阻法精密找正裝置，加工出（chū）滿足尺（chǐ）寸精度和表麵質量要求的微槽，尺寸精度保證在0.01mm。熱調試（shì）試驗也驗證了加工效果。

5結束（shù）語（yǔ）

針對軌控發動機噴油器（qì）微槽結構的（de）加工難點，通過（guò）設計專用夾具、電阻法精密找正裝置和優化電加工參數，解決了內螺（luó）栓（shuān）零件高密度微槽結構的裝夾困難和高精度（dù）要求，保（bǎo）證了內（nèi）螺栓零件36個（gè）微槽結構的尺寸精度（dù）和位置精度。加工（gōng）後的合格噴油器（qì）流（liú）量穩定（dìng）、均勻，達到了設計預期。熱試結果充分驗證（zhèng）了工藝方案的可行性和正確性，發動（dòng）機性能（néng）滿（mǎn）足技術指標要求。該方案可推廣應用於其他高精度微小尺（chǐ）寸結構的加工（gōng）。