沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司特種工藝研究所一級專家 王德新

隨著航空工業(yè)的發(fā)展，電加工技術(shù)得到了極大的發(fā)展，電加工技術(shù)在航空制造中起到重要作用，正如一位航天業(yè)資深專家所說：“沒有特種加工，就沒有神舟的上天，就沒有我國的航天、航空制造業(yè)的發(fā)展?！庇纱俗C明了這項技術(shù)的重要性。

電加工技術(shù)在航空制造中的應(yīng)用

電加工技術(shù)與傳統(tǒng)的切削加工的區(qū)別在于，它是直接利用電能、電化學(xué)能等對工件進(jìn)行加工的方法，它的特點是：①加工過程不再主要依靠機(jī)械能，而是直接或復(fù)合利用其他能量完成工件的加工。②加工所用工具材料的硬度可以低于被加工材料的硬度，做到“以柔克剛”。③加工過程中工具與工件之間不存在顯著的機(jī)械切削力。由于以上的特點，電加工技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于航空發(fā)動機(jī)制造中，以解決難加工材料、復(fù)雜結(jié)構(gòu)形狀及高精度零件的加工。

電加工在航空制造上的應(yīng)用有以下幾個方面：

（1）復(fù)雜零件空間角度小孔、異形孔加工 航空發(fā)動機(jī)的渦輪葉片、火焰筒等零件中有大量的冷卻氣膜孔，這些小孔數(shù)量多，空間位置復(fù)雜，精度和質(zhì)量要求高，傳統(tǒng)的機(jī)械鉆削根本無法加工，采用多軸數(shù)控電火花高速打孔可以實現(xiàn)高效加工。

電火花高速打孔的孔徑范圍為φ0.3～φ3mm，孔徑精度可達(dá)±0.05mm，表面粗糙度值Ra=6.3μm，孔內(nèi)表面重熔層厚度一般為0.03mm左右，重熔層厚度與加工中的工藝參數(shù)有關(guān)，單個脈沖能量的大小對重熔層影響很大，因此打孔時要控制單個脈沖能量，獲得小的重熔層。

（2）蜂窩密封環(huán)件電火花磨削加工 發(fā)動機(jī)上的蜂窩密封環(huán)是由0.05mm厚的高溫合金薄片制成，用機(jī)械加工方法很難加工，采用電火花磨削加工可以解決這類零件加工的難題。

電火花磨削加工精度可達(dá)到0.1mm，表面粗糙度值Ra=6.3μm，加工效率較低，一般只有100～200mm3/min。

（3）高效放電銑削加工 高效放電銑削加工是我國開發(fā)的具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，它采用簡單的空心銅管作電極，對航空難加工材料可實現(xiàn)高效加工，效率高達(dá)2000mm3/min以上，在整體葉盤開槽和機(jī)匣型面加工上得到應(yīng)用，實現(xiàn)了難加工材料高效低成本加工，該方法適合用于去除大余量的粗加工。

（4）帶冠整體葉盤電火花加工技術(shù) 帶冠整體葉盤幾何形狀復(fù)雜，材料難切削，其制造成為世界性的難題。航空發(fā)動機(jī)的帶冠整體葉盤氣流通道狹窄，刀具會出現(xiàn)干涉。加之高溫合金切削性差，給加工帶來極大的困難，需要一種新的加工方法，不僅能加工，而且要高質(zhì)量、高效率和低成本。

多軸數(shù)控電火花成形加工是解決帶冠整體葉盤加工的優(yōu)選方法，采用五軸數(shù)控電火花加工帶冠整體葉盤，經(jīng)電火花加工其尺寸、形位精度均達(dá)到了設(shè)計圖樣要求。國內(nèi)研制的五軸數(shù)控電火花成形機(jī)床的性能達(dá)到了國際水平，上海交通大學(xué)開發(fā)的帶冠整體葉盤數(shù)控電火花加工的CAD/CAM軟件，經(jīng)實踐該軟件功能強(qiáng)大，具有電極設(shè)計、加工程序自動生成等功能，是實用的軟件工具。

（5）整體葉盤電解加工技術(shù) 整體葉盤是先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)的重要零件，整體葉盤制造難度大。電解加工是整體葉盤諸多制造方法中優(yōu)選方法之一。電解加工整體葉盤與數(shù)控銑削方法相比有著效率高、成本低等優(yōu)點，在批量生產(chǎn)中電解加工是實現(xiàn)整體葉盤優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的制造方法。

國內(nèi)從20世紀(jì)80年代就開始整體葉盤電解加工工藝研究，但由于受計算機(jī)和數(shù)控技術(shù)的制約，一直沒有工程化應(yīng)用。隨著對電解加工的深入研究及計算機(jī)數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，整體葉盤電解加工技術(shù)的研究有了很大進(jìn)展，南航采用電解加工透平機(jī)上的整體葉盤， 625所用電解套料加工了鈦合金的整體葉盤的流道，在電解加工整體葉盤上取得了可喜的成果。

（6）葉片型面電解加工 葉片型面電解加工在國內(nèi)應(yīng)用較早，在20世紀(jì)60年代就已成功地應(yīng)用于發(fā)動機(jī)葉片的生產(chǎn)，電解加工葉片型面加工效率高，尤其適合弱剛性薄葉片的加工，受到電解設(shè)備精度影響，國內(nèi)葉片電解加工精度較低，電解加工后還需要進(jìn)行機(jī)械精加工。國外已經(jīng)開發(fā)了精密微細(xì)窄脈沖電解加工技術(shù)，實現(xiàn)了葉片無余量精密電解加工。

除了上述應(yīng)用外，還有電火花線切割加工、電火花強(qiáng)化、電解去毛刺等均在航空制造業(yè)上得到廣泛應(yīng)用，但國內(nèi)在設(shè)備性能、精度及工藝水平上與國外相比還存在差距，還需要航空工藝技術(shù)人員努力，趕超國際先進(jìn)水平。

國外電加工技術(shù)的發(fā)展

國外對先進(jìn)的電加工技術(shù)十分重視，尤其在航空制造上其技術(shù)發(fā)展迅速，如電射流技術(shù)、激光電火花復(fù)合加工技術(shù)、整體葉盤精密電解加工技術(shù)、電火花表面改性技術(shù)都率先在航空制造上得到應(yīng)用。

（1）電射流加工技術(shù) 電射流加工技術(shù)在國內(nèi)也稱作電液束加工技術(shù)，它采用玻璃管電極，酸性溶液通過高壓輸液泵壓入導(dǎo)電密封頭進(jìn)入空芯的陰極中，使電解液流束“陰極化”而帶負(fù)電，形成持續(xù)液束流，射向工件的待加工部位，對陽極工件進(jìn)行溶解加工，電射流加工中既有陽極金屬溶解的過程，也有化學(xué)加工的作用，實際加工去除率遠(yuǎn)大于按法拉第定律的電化學(xué)作用的金屬去除量。

2.問題的設(shè)置要有一定的啟發(fā)性。教師在進(jìn)行問題設(shè)置時必須注意其啟發(fā)性，學(xué)生在思考的時候便會有一定的疑惑，這樣很容易讓學(xué)生為了問題進(jìn)行爭論，這樣，學(xué)生的交流也會增多，學(xué)生的思維也很容易得到開發(fā)，比如說教師在教學(xué)時，設(shè)置問題啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行思考，并對學(xué)生進(jìn)行一定引導(dǎo)，這樣學(xué)生在思考問題時，便會愿意更加積極地進(jìn)行探索，從而不斷提高自身的思維創(chuàng)造力和探究性思維。教師在設(shè)置問題時，應(yīng)該設(shè)置一些靈活性比較強(qiáng)的題目，并對學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)，教會學(xué)生舉一反三，這樣學(xué)生的思維會更加靈活，很容易學(xué)會一類題的解法。

電射流加工適用于加工φ0.15mm～φ1mm的小孔加工，深徑比可達(dá)50∶1，電射流加工的表面無再鑄層、無微裂紋、無熱影響區(qū)，表面粗糙度值Ra≤1.6μm，加工表面光滑，在進(jìn)出口有倒圓，有利于氣流的流動，提高航空發(fā)動機(jī)的性能，缺點是使用的玻璃管電極易碎。在此基礎(chǔ)上國外開發(fā)了金屬管加工工藝。美國GE公司和英國RR公司用該技術(shù)加工航空發(fā)動機(jī)的零部件，已實現(xiàn)工程應(yīng)用。

（2）整體葉盤的電加工技術(shù) 美國的F414發(fā)動機(jī)，共采用了5級整體葉盤，使零件減少了484件，推重比與原型機(jī)F404相比由7.5提高到9.1；歐洲發(fā)動機(jī)公司聯(lián)合研制的EJ200發(fā)動機(jī)，由于風(fēng)扇、壓氣機(jī)和渦輪采用整體葉盤結(jié)構(gòu)，減重比達(dá)到了30%～50%；這些整體葉盤均是采用電解加工的。采用電解加工整體葉盤加工時間比原來用數(shù)控銑削減少約85%，避免了機(jī)械加工中容易產(chǎn)生的殘余應(yīng)力和變形，加工出的葉型面公差為0.1mm，數(shù)控電解加工在整體葉盤的制造中有著獨特的作用。國外數(shù)控多軸電解加工設(shè)備已應(yīng)用于生產(chǎn)，高頻窄脈沖精密電解加工精度可以達(dá)到微米級，整體葉盤經(jīng)精密電解加工后可以達(dá)到圖樣要求，加工效率高、成本低，該技術(shù)被稱為“21世紀(jì)的先進(jìn)制造技術(shù)”。

（3）電加工新技術(shù) 電火花加工技術(shù)從零件的粗加工逐漸向零件的精加工轉(zhuǎn)變，瑞士阿奇夏米爾公司推出用于航空發(fā)動機(jī)渦輪盤榫槽加工的精密慢走絲線切割機(jī)床，該設(shè)備的粗加工切割速度可達(dá)600mm2/min。線切割加工只需較少的切割遍數(shù)就可達(dá)到粗糙度值Ra=0.8μm。在對渦輪盤榫槽進(jìn)行粗割和修切4遍后的工件表面損傷層情況：粗割已經(jīng)可以達(dá)到小于10μm的平均變質(zhì)層且沒有明顯的熱變形，經(jīng)過修切4遍后，變質(zhì)層僅有約1.5μm，且沒有明顯的表面異常。采用該項技術(shù)可以代替現(xiàn)在的渦輪盤榫槽拉削工藝，縮短生產(chǎn)周期，降低制造成本。

利用脈沖放電的表面處理技術(shù)：這是一種基于電火花加工原理，在加工液中放電，從而獲得表面處理和表面附層的一種技術(shù)。通過脈沖放電，使得電極的材料滲入或鍍覆到零件表面，與零件材料元素重新結(jié)合，使零件表面性能改變，提高零件的耐磨性和使用壽命。在國外航空發(fā)動機(jī)大修工藝中采用了大量的脈沖放電加工工藝技術(shù)，有效地提高了零件的使用壽命。

復(fù)合加工工藝技術(shù)：隨著航空發(fā)動機(jī)性能的提高，許多新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，使加工難度加大，單一的加工方法很難達(dá)到，出現(xiàn)了許多復(fù)合加工技術(shù)。激光電火花復(fù)合加工技術(shù)有效地解決了帶有絕緣高溫涂層材料零件的打孔問題；電火花電解復(fù)合加工技術(shù)既提高了加工效率，又保證了零件的加工；電解磨削加工解決了薄壁弱剛性零件高效加工的問題。國外在激光電火花復(fù)合加工和電解磨削加工技術(shù)的應(yīng)用越來越多。

差距分析

電加工技術(shù)對傳統(tǒng)的機(jī)械加工技術(shù)起到了重要的補(bǔ)充作用，在航空制造業(yè)中占有重要的地位，應(yīng)用越來越廣泛。但是與國外相比還有很大的差距，要正確的認(rèn)識這一點，使電加工技術(shù)快速發(fā)展。主要差距有以下幾個方面：

（1）電加工設(shè)備性能差 國內(nèi)生產(chǎn)的電加工設(shè)備性能和精度還處于中低檔水平，對于高檔電加工設(shè)備主要依靠進(jìn)口，航空制造業(yè)的電加工機(jī)床以國產(chǎn)機(jī)床為主，造成電加工精度不高，多數(shù)的電加工還只能作為粗加工。

（2）電加工工藝水平低 設(shè)備是工藝的載體，設(shè)備性能影響了工藝技術(shù)水平的提高。目前，缺少對工藝技術(shù)應(yīng)用開發(fā)的研究，尤其是缺少對電加工工藝的“二次開發(fā)”，由于對電加工設(shè)備的功能和工藝技術(shù)掌握不熟練，加工精度和加工效率不高，造成能用機(jī)械加工的就不用電加工，使電加工設(shè)備的利用率不高。工廠對引進(jìn)電加工設(shè)備態(tài)度不積極。加上行業(yè)之間缺乏技術(shù)交流與溝通，電加工工藝技術(shù)水平難以提高。

（3）電加工設(shè)備老化 技術(shù)改造投入少，航空制造業(yè)電加工設(shè)備嚴(yán)重老化，技術(shù)改造速度慢，跟不上技術(shù)發(fā)展，電加工質(zhì)量不高。不能適應(yīng)新機(jī)研制需求，電加工已經(jīng)成為生產(chǎn)、技術(shù)的“瓶頸”。

（4）缺乏電加工工藝人才 電加工在機(jī)械制造中還是從屬于機(jī)械加工的范圍，在工廠里是一個小專業(yè)，專業(yè)技術(shù)人才少，大多都是兼職的機(jī)械加工工藝員，對電加工工藝技術(shù)了解不深，很難把電加工工藝做精做好，這也是工藝技術(shù)落后的一個原因。電加工專業(yè)工藝人員匱乏，致使電加工技術(shù)發(fā)展乏力。

應(yīng)對策略

在未來的航空工業(yè)的激烈競爭中，制造技術(shù)的綜合能力將在很大程度上取決于特種加工技術(shù)的能力，在技術(shù)競爭中誰掌握了特種加工技術(shù)，誰就掌握了競爭的主動權(quán)?？v觀國內(nèi)外先進(jìn)航空發(fā)動機(jī)制造企業(yè)，其強(qiáng)大的動因就在于掌握先進(jìn)的核心技術(shù)，具有強(qiáng)大的技術(shù)研發(fā)能力。為此航空制造業(yè)要在電加工技術(shù)發(fā)展方面做好對策：

（1）加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)隊伍建設(shè) 積極引進(jìn)人才，重視人才，形成高、中、低的人才搭配的技術(shù)隊伍。建立完備的科研技術(shù)體系，開展電加工技術(shù)的應(yīng)用研究，突破航空制造中電加工的技術(shù)關(guān)鍵。

（2）加強(qiáng)電加工技術(shù)研究工作 對于適合于航空制造的電加工技術(shù)開展深入研究，尤其是新技術(shù)、新工藝的應(yīng)用研究。這樣才能真正掌握核心技術(shù)，開發(fā)出具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，實現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新，以滿足航空制造的需求。

（3）堅持引進(jìn)、消化、吸收的創(chuàng)新道路 對先進(jìn)的電加工技術(shù)及設(shè)備要積極引進(jìn)，做好消化吸收工作，要做好二次開發(fā)，要充分發(fā)揮引進(jìn)設(shè)備的作用，并自主開發(fā)專用設(shè)備，把技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。

（4）積極開發(fā)國內(nèi)的現(xiàn)有技術(shù) 對于高校、研究所開發(fā)出的先進(jìn)制造技術(shù)要及時推廣。如電液束加工技術(shù)，精密電解加工技術(shù)，高效放電銑削加工技術(shù)，這些技術(shù)具有先進(jìn)性、實用性，適合國內(nèi)航空制造的國情，做到量體裁衣，實現(xiàn)快速發(fā)展。

一個強(qiáng)大的先進(jìn)航空制造業(yè)，對我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，國家安全和人民福祉不可或缺。先進(jìn)的充滿創(chuàng)新活力的電加工技術(shù)能給航空制造業(yè)注入新的動力，促進(jìn)航空制造業(yè)的快速發(fā)展，期待我國航空工業(yè)實現(xiàn)新的飛躍，躋身于世界先進(jìn)行列。