高密度微槽結構精密加工技術

針對（duì）軌控發動機內螺栓零件微槽結構的（de）加工（gōng）難點，如裝夾困（kùn）難、對準精度低、一（yī）致性難以保證等，通（tōng）過設計專用工裝、電阻精密對準裝置和優化電加工參數，成功解決了微槽的加工難點。成像儀試驗（yàn）和熱態試（shì）驗表明，該處理方法切實可行，有效保證了軌控發動機的性能和可靠性。

1前言

在航（háng）空航天領域，許多零件都包含微小的“微槽（cáo）”結構，以精確控製流（liú）量。目前，微溝槽結構的精密加（jiā）工方（fāng）法主要有切削、線切割等。但切削受到（dào）刀具尺寸、變形（xíng）等因素的（de）限製（zhì），很（hěn）難加工極（jí）小的結構。線切割具有無明顯宏觀應力的（de）非接觸加（jiā）工、微（wēi）小尺寸加工、定位精度高等優點，可實現（xiàn）高密度微小溝槽的精密加（jiā）工[1]。本文將重點（diǎn）研究軌控發動機內螺栓零件高密度微（wēi）槽結構的加工難點和精（jīng）密加工方法。

2零件結構和加（jiā）工難點

為了精確控製流量，新研製的（de）發動機（jī）噴油器首（shǒu）次采用（yòng）高密度對稱微槽結構（gòu）和環縫相結合，其中內螺栓部分出口端包含36個沿周向均勻分布（bù）的微槽結構(共18對)，尺寸小(深0.14mm，寬0.3mm)，精（jīng）度（dù）要求高，對（duì）微槽的一致性和位置要求高。微（wēi）槽結構的麵積和位置直接影響噴射器的流量和均勻性（xìng），一方麵決定推進（jìn）劑的燃燒效（xiào）率，另一方麵影響發動機燃燒室壁麵液膜的冷卻效率，對（duì）發動（dòng）機（jī）的性能和可靠性起著重要作用，是噴射器的核心結構。噴（pēn）油器內（nèi）螺（luó）栓的（de）結構，是由內（nèi）螺（luó）栓和中心杆組成的“微槽結構+環縫”組件。

經過（guò）加工工藝分析，綜合考慮工藝實現、加工成本、加工效率等（děng）因素，選擇線切（qiē）割（gē）方式成形。主（zhǔ）要加工（gōng）思路:專用工（gōng）裝（zhuāng）用（yòng）分度頭夾緊，內螺栓零件固定在專用工裝上找正，然後電極絲端麵找正。線切割形成第（dì）一個槽後，旋轉10°，切割第二個槽，以此類推18次。

根據上述加（jiā）工思路，通過分析得出微溝槽結構的精度主要取決於專用工裝的設計、電極絲相（xiàng）對於內螺栓零件的對準和定位精度、電極（jí）絲的走絲速度以及合適的電參數等工藝（yì）因素。主要困難如下。

(1)夾緊內螺栓零（líng）件，由於法蘭為方形結構，精確定位（wèi）夾（jiá）緊非常困難（nán），需（xū）要（yào）設計專用工裝。

(2)定位對準精度由（yóu）於高密度對稱微槽的寬度和深度分別為（wéi）0.3mm和0.14mm，微槽的數量為36個，因此在加工過程中需要多達18次的（de）反（fǎn）複翻轉。電極絲與零件基準（zhǔn）相對位置的對準精度不夠（gòu），容易積累夾緊定位誤差。不僅單（dān）個微槽的尺寸超差，36個均勻（yún）分布的微（wēi）槽的一致性也難以達到設計要求（qiú），直接影響噴油器的（de）流量和均勻性，從而影（yǐng）響發動機的（de）可靠性。因此，需（xū）要一種高精度的對準方法來保證。

(3)電參數的優化與選擇（zé）WEDM的微（wēi）加工過程複雜，加工精度和穩定性的研究複雜。目前定量分析比較困難，對電參數的探索多以經驗結合工藝試驗（yàn）為主。微溝槽（cáo）結構（gòu）體（tǐ）積（jī）小，對電參數組合敏感，因此有必要探索合適的電參數組合。

高密度微溝槽結構的精密WEDM

根據以上分（fèn）析，采取相應措（cuò）施解（jiě）決（jué）加工難點，設計出（chū）噴油器內螺（luó）栓零件高（gāo）密度微槽的加工路線。

3.1設計專用工裝

由於噴油（yóu）器內螺栓端麵為方形結構（gòu），不利於後續的夾緊定位（wèi），因此設計了（le）專用夾具。此夾具夾緊部（bù）分與端麵的垂（chuí）直（zhí）度有（yǒu）嚴格的形位公差要求，應在0.008mm以內，夾具端麵與內螺栓的平麵度也應在0.01mm以內:專用工（gōng）具前端加工有凸台，凸台外圓與工具（jù）夾緊部分的同軸度應在0.008mm以內，同時凸台外圓與內螺栓部（bù）分的內孔應嚴格配合加（jiā）工。夾緊時（shí）用凸台定位，擰緊螺釘，保證被夾緊工具的夾緊部分與固定在工（gōng）具上的內螺栓微槽（cáo）結構的外圓同軸度。內螺栓零（líng）件（jiàn）專用工裝的夾緊。

3.2電阻法準確、積極

定位找正的（de）目的是確定電極絲與零件基（jī）準的相對位置，定（dìng）位（wèi）找正（zhèng）的精（jīng）度直接決定了（le）內螺栓（shuān）零件的加（jiā）工質（zhì）量。如果找正方法選擇不當，精度不高，很難保證每個微槽的精度，加工過（guò）程需要18次（cì）重複車削，會導（dǎo）致均（jun1）勻分布的槽均勻性（xìng）差。WEDM 常用的比對方法如下。

(1)目測法采（cǎi）用目測法（fǎ）尋找正極線相對於（yú）零件參照物的位（wèi）置誤差，均勻（yún）坡口的一致性難以保（bǎo）證。

(2)用火（huǒ）花法移（yí）動工作台，使工件的基準麵逐（zhú）漸靠近電極（jí）絲，記錄火花瞬間工作台的坐標，以記（jì）錄電極絲相對於零件基準（zhǔn）麵的位（wèi）置。然而，當電極線靠近參考平麵時產生（shēng）的放電間（jiān）隙與正常切割條件下的放電（diàn）間隙不完（wán）全相同（tóng），從而導致誤（wù）差。

(3)自動對準。目前大多數線切割機都有接觸感應功（gōng）能。采用自動對準的方法尋找（zhǎo）邊緣（yuán）和中心，對準精度比較高。但這種方法經過多次（cì）邊緣對（duì）齊，最大誤差可達0.05mm，無（wú）法滿足36個微槽的尺寸（cùn）精度和微槽間尺寸一（yī）致性（xìng）的（de）要求。

(4)電阻法的原（yuán）理（lǐ）是利用電極絲與工（gōng）件（jiàn）基準麵從絕緣到短路接觸電阻突變的特（tè）性，確定電（diàn）極（jí）絲相對於工件基準麵的坐標位置。重複定位精度高，一般可達0.005mm，比較以（yǐ）上（shàng）幾種對準方法的（de）優缺點（diǎn），最終（zhōng）采用電阻法確定電極絲與零件基準的相（xiàng）對（duì）位置，從而確定加工原點。電阻法的精確對準如圖5所示。用電阻法設計精密對準裝（zhuāng）置。萬用表的一側與電極（jí）線的導輪連接，另一側與被加工零件（jiàn）連接。將萬用表（biǎo）置（zhì）於歐姆檔，手動控製箱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（shí），萬用表的指針會歸零。是（shì）接觸開始時導線的邊緣，尋邊後需要加上導線（xiàn）的半徑補償。

使（shǐ）用手動控製箱或操作（zuò）麵（miàn）板將電極絲移動到零件端麵，以確保接觸良好。此（cǐ）時萬用表指針在最右（yòu）邊。然（rán）後使用（yòng）手動（dòng）控製箱（xiāng）或操作麵板每次移動電極絲0.002毫米。當萬用表（biǎo）指針擺動較大時(短路變開路（lù）)，說明（míng）電極絲瞬間脫離零件端麵。此時，電極線的坐標被設置為(0，0)。經過多次對準，最大誤差為0.004mm，可以滿足均勻分布（bù）微溝（gōu）槽（cáo）的對準（zhǔn）要求。

在加工過程中，一旦（dàn）每對槽（cáo）被切割，就需要重新對準它（tā）們。切割時，需要觀察放電瞬間坐標零點的偏移。如果電極絲剛（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（miǎn）累積誤（wù）差。

3.3 WEDM和電火花加工參數的優化（huà）

對準參考（kǎo）位置後，回退（tuì）0.5mm為起點，編程切割（gē）路徑，優化切割過程（chéng）中的電氣參數。影響WEDM質量的指標有很多，包（bāo）括:電參數（shù）脈（mò）寬、脈衝間隔、峰值電流、非電參數送（sòng）絲速度（dù）、電極（jí）絲張力和工作液潔淨度等。結合加工經驗，選取影（yǐng）響加工的重要指標因素，均勻分布試驗數據點，設（shè）置正交試驗，優化加工參數，通過成像儀（yí）精確測量加工值與理論（lùn）值的偏差。同時根據經驗調整相關工藝參數，反複試驗（yàn）測量，確定加（jiā）工微溝槽結構的最佳工藝參數組合（hé）。電加工最佳參數（shù）:切割次數1次，電極絲直徑0.12mm，正極性，脈衝寬度1μm，線速度（dù）6m/s，DIC-206水溶性線切割液。

3.4微溝槽測量

使用高倍成像儀放（fàng）大400倍，測（cè）量結果一致，滿足設計要（yào）求。

4過程方法的應用效果

采（cǎi）用上（shàng）述工藝方法和電（diàn）阻法精密找（zhǎo）正裝置，加工出滿足尺寸精度和表（biǎo）麵質量要求的微（wēi）槽，尺寸精度保證在（zài）0.01mm。熱調試試驗也驗證了加工（gōng）效果。

5結束語

針對軌控發（fā）動機噴油器微（wēi）槽結構的加工難點，通過設計專（zhuān）用夾（jiá）具、電阻法精密（mì）找正（zhèng）裝置（zhì）和優化電加工參數，解決了（le）內螺栓零件高密度微槽結構的裝夾（jiá）困難（nán）和高精度要求，保證（zhèng）了內螺栓零件36個微槽結構的尺寸精度和位置精度（dù）。加工後的合格噴油器流量穩定、均勻，達到了設計（jì）預期（qī）。熱試結果充分驗證了工藝方案的可行性和正確性，發動機性能滿足技術指標要求。該方案可推廣（guǎng）應（yīng）用於其他高精（jīng）度（dù）微小尺寸結構的加工。