編者按
針對陽極材（cái）料鎢錸合金的異形結構和（hé）電加工（gōng）難點，選用合理的加工方法，設計高精度裝夾工裝，通過對線切割和電火花成形加工參數的摸索，解決了難熔陽極加工雙錐麵微小孔結構的精密加工問題（tí）。
01
序言
陽極使用的難熔合金材料WRe25鎢錸合金為粉末冶金方法製造而成，具有（yǒu）硬度（dù）高、密度高和熔點高等特點，具有優良的高溫強度、抗蠕變性能和電性能，工作溫度可達2000℃以上（shàng）。加工難點包括材料難加工，內孔異形結構尺寸公差和幾何公差要求較嚴，以及表麵質量要求高等。內孔異（yì）形結構中的微小孔（kǒng）結構與外圓同軸度要求＜φ0.01mm，雙錐錐麵結構角度公差滿足±10′，表（biǎo）麵質（zhì）量（liàng）最（zuì）優達到表麵粗糙（cāo）度值Ra＝0.4μm。
目前，加工雙錐錐麵結構（gòu）和微小孔結構（gòu）一般可采用機械（xiè）加工（gōng）、電（diàn）火花線切割和電火（huǒ）花成形加工等方法[1，2]，有（yǒu）時也會選用超聲振動輔（fǔ）助電火花複合加工[3]。經過對比，采用（yòng）機械加（jiā）工製造異形孔，存在成本高、複（fù）雜孔加工困難等缺點，尤其對於難熔高硬度材（cái）料，加工刀具易（yì）折斷，造成無法加工（gōng）。複合加工成本相對較高且加工靈活性也較差。電火花加（jiā）工可有效避免上述問題。
通過對難加工材（cái）料的微小孔（kǒng）、雙內錐麵等（děng）內孔異形結構的精密加工工藝分析（xī），開展電加工工藝研（yán）究，采（cǎi）用合理的加工方（fāng）法，最終實現達到尺寸和幾何公差（chà）及（jí）表麵質量要求。
02
陽極加工要（yào）求
陽極材料為（wéi）WRe25鎢錸合金，外圓和端（duān）麵對幾何公差要求較高（gāo），內部結構加工要求也較嚴格，內（nèi）錐孔錐角40°±20′和60°± 10′、φ（0.6±0.01）mm微小（xiǎo）孔與外圓同軸度（dù）φ0.01mm以內，φ（0.6±0.01）mm微小孔長度（0.8±0.03）mm，錐孔角度公差最嚴要求為±10′，表麵質量達到表麵粗糙度值Ra＜0.8μm。陽極如圖1所示。
圖1 陽（yáng）極
03
加工難點（diǎn）分析
1）陽極材料為（wéi）難加工材料。鎢（wū）錸合金熔點為3180℃，密度為21g/cm³，硬度＞50HRC。相對（duì）於常規加工材（cái）料，鎢錸合金（jīn）熔點（diǎn）約是（shì）鋼的2倍、鋁（lǚ）的5倍；密度約是鋼（gāng）的3倍、鋁（lǚ）的7倍。其高熔點（diǎn）、高密度及高硬度特性給加工帶來（lái）很大困（kùn）難。
2）高（gāo）精度內孔與外圓的同軸度要求高。陽極兩端雙內錐孔和中間微小（xiǎo）孔需要與（yǔ）外圓保證同軸度φ0.01mm以內，結構之間（jiān）才能較好過渡，從而避免（miǎn）出（chū）現結構錯位（wèi）。為保證後續線切割（gē）能加工內孔（kǒng）成（chéng）形，穿絲孔需要單邊留餘量≥0.1mm，φ0.2mm電極絲與放電間隙之和需要≥0.25mm，避免慢走絲（sī）加工時，因電極（jí）絲裝（zhuāng）夾偏離穿絲孔中心（xīn）較大而造成短路。φ（0.6±0.01）mm內孔的穿絲孔孔（kǒng）徑最大可達φ0.4mm。線切割絲徑與內孔如圖（tú）2所示（shì）。穿絲（sī）孔為深徑比達57的深小孔，並要求與外圓的同軸度＜φ0.10mm，可避免φ（0.6±0.01）mm內孔加工後留下穿絲孔痕跡。
圖2 線切割絲徑與內孔
采用（yòng）高速穿孔機加（jiā）工φ0.4mm穿（chuān）絲孔，然後采用慢走（zǒu）絲機床加工φ（0.6±0.01）mm內孔，進行2次裝夾（jiá）定位，加（jiā）工出的孔很容易（yì）與外圓存在同軸度偏差（chà）。如何保證工序間加工出的穿（chuān）絲孔、內孔與外圓擁有較高的同（tóng）軸度，也是加工難點之（zhī）一。
3）線切割雙內錐孔與微小孔時易產生相互（hù）幹涉。線（xiàn）切割加工40°±20′錐孔後，φ（0.6±0.01）mm微小孔長度（0.8±0.03）mm易產（chǎn）生過切（見圖3），長（zhǎng）度超差。加工40°錐（zhuī）角時，主切偏移量為0.1mm，再加上0.04mm放電間隙，當電極絲傾斜20°時，影響φ0.6mm微小（xiǎo）孔（kǒng）60°方向孔口到（dào）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（cùn）精度要求較高，並且全跳動值在（zài）0.02mm以（yǐ）內（nèi），表麵粗糙度值Ra＜0.8μm，對電加工工藝參數及電極製作都提出了較高要求。
a）陽（yáng）極微小孔過切實物
b）陽極微小孔過切尺寸
圖3 線切割錐麵後易產生中間孔長過切
04
解決方案
4.1 設（shè）計並製（zhì）作高精度裝夾（jiá）工裝
陽極經過外圓和端麵磨削後（hòu），需（xū）設計多道工序加工（gōng）內孔用的（de）高精度裝夾工裝，以外圓（yuán）和端麵為基準，進行陽極與工裝裝夾，保證內（nèi）孔與外圓同軸（zhóu）度要求。
如果以圓形孔進行（háng）定位，則工裝主要存在以下問題。
1）由於工裝裝配（pèi）孔內徑27mm加工過程（chéng）中存在讓刀現象，導致裝配孔底端有輕微錐角，與（yǔ）底麵基準麵不垂直，陽（yáng）極裝（zhuāng）配不到（dào）底麵。
2）需要陽極磨製件和裝夾工裝進行配磨，不適用於不同批次間加工。
改進裝夾結構，用 V 形孔定位替換整圓孔（kǒng）定位，降低裝夾工裝（zhuāng）與陽極（jí）配磨要求（qiú），並要（yào）求φ27mm與陽極裝配間隙在（zài）0.005mm以內，降低胎具加（jiā）工公差要求，提高（gāo）裝夾胎具的（de）靈活性。改進前後（hòu）裝夾胎具如圖4所示。
a）改進前
b）改進後
圖（tú）4 改進前後裝夾胎具
4.2 微小孔雙錐結構（gòu）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（jiā）工時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（jiā）工至24°。然後其餘錐孔尺寸和內孔長度轉至電火（huǒ）花成形（xíng）加工。線切（qiē）割後中心微小孔形貌如（rú）圖5所（suǒ）示。
圖（tú）5 線切割後中心微小孔形（xíng）貌（mào）
4.3 高質量雙（shuāng）錐（zhuī）麵電火花成形加工
加工過程中考慮電極的設計（jì）尺寸、電極表麵質量等因素，通過實踐與摸索，電極錐麵角度60°、40°分別設計為59.9°～59.95°、39.9°～39.95°，最終電極尺寸如圖（tú）6～圖8所示。
圖6 60°粗加工電極
圖7 60°精加（jiā）工電極（jí）
圖8 40°加工電極
加工過程（chéng）中粗（cū）加工需要大能量去除餘量，然後精加工深度達到尺寸（cùn）公差要求，修光表麵達到工藝要求。加工過（guò）程（chéng）中的參數，隨著零件表麵餘量的減少，低壓電流和脈寬逐漸減小（xiǎo），間隙放電電壓逐漸變大。電加工參數見表1。
表（biǎo）1 電加工參數（shù）
電極錐麵質量顯著影響加工後陽極表麵質量。如果用數控（kòng）車床（chuáng）加（jiā）工，因靠數（shù）控程序（xù）控製進（jìn）行X軸、Y軸運動完成，在顯微鏡下觀察表麵（miàn）有（yǒu）明顯的波峰波穀紋（wén）路，會（huì）影響陽極加工後錐麵的表麵質量；而采用手動車削，車刀（dāo）安裝在小（xiǎo）滑板上，靠手動沿導（dǎo）軌直線加工出來（lái），加工後的表麵較為平整。由此需采用（yòng）手動車削機床加工電極。數控和（hé）手動加工電極錐麵外觀對比如（rú）圖（tú）9所示。
a）數控加工電極表麵質量
b）手動加工電極表麵質量
圖9 數控和手動（dòng）加工電極錐麵外（wài）觀對比
05
實施效果
加工後的陽極經過微小孔、雙錐（zhuī）孔及表麵質量檢測（cè），全部滿足（zú）圖（tú）樣要求（qiú），微小孔實測值為φ0.603mm，與外圓同軸度為φ0.008mm，錐麵全跳動最（zuì）優可達（dá）0.006mm。陽極檢測值見表（biǎo）2，陽極外觀如圖10所示。
表2 陽極檢測值
a）整體外觀 b）俯視
圖10 陽極外觀
06
結（jié）束語
本文針對（duì）陽極的異形內孔結構和鎢錸合金材（cái）料的電加工難（nán）點進行工藝分析與方（fāng）案改進，通過線（xiàn）切割與電火花成形加工相配合的方法，高效高質地完成陽極（jí）內孔異形結構的（de）加工，實現了高精度裝夾定位、線切割加工微小孔（kǒng）大錐麵結構以及電火花（huā）加（jiā）工錐麵等關鍵技術突破，為類似難熔（róng）高密度材料的精（jīng）密加工提供了參考。
專家點評
文章闡述了異型難熔陽極（jí）的雙（shuāng）錐微小孔加工難點和解決方案。根（gēn）據同軸度要求設計製作（zuò）高精度裝夾胎具，通過線切割和電火花成形加工相配合的方法，實現了難熔陽極的微小孔線切割加工以及大錐麵電火花加工等多項（xiàng）關鍵（jiàn）技術突破（pò），為類似材料的精密加工提供了實踐經驗。
文章結（jié）構合（hé）理，分析全麵，思路清晰，數據準確，在（zài）線切割和電火花成形加工方麵積累（lèi）了豐富的經（jīng）驗。
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