以柔克刚 | PECM高精密电解加工在航天航空核心部件上的创新应用

发布时间： 08月11日浏览次数：2175

随着航空航天领域发动机、燃气轮机部件所需要的叶盘、光盘、涡轮叶轮等金属部件向高强、高硬、高韧方向发展，机械产品中复杂整体构件日益增多，去毛刺的难度也随之增大。

传统去毛刺作业很难满足上述发展中对去毛刺的要求，于是乎各种机械化、自动化去毛刺新技术、新工艺应运而生。高精密电化学加工作为高刚硬金属领域的特种加工磨削与切削、去毛刺、抛光以及表面精密处理的方法，以小博大，以柔克刚，在航天航空领域得到又快又广的应用，助力人类将航天宏图化为正在实现的梦想。

图源：WTN

从ECD到PECM

电化学去毛刺（ ECD ），或称电解去毛刺/电火花去毛刺，原理是工具电极接在直流电源的负极，有毛刺的零件接在电源的正极，中间通过一定压力和流速的电解液，然后接通直流电源，作为阳极的金属就逐渐发生电化学溶解，达到去除毛刺的目的。它对加工工件无机械作用力，容易实现自动化或半自动化，适合去除高硬度、高韧性金属零件的毛刺。

高精密电解加工设备PEM800S 图源：PEM Tec

当零件加工公差极其严格时，很难为生产作业找到一个最佳的表面加工工艺。随着客户对于产品加工的精度要求提升和电化学工艺升级，对于刚硬金属零件的加工已不限于去毛刺这一项最基本的工艺，为进一步提升航空部件的持久战斗力，高精度电解加工（PECM）破土而生，帮助客户高效率地交付高品质的零部件。

让难加工工艺变成现实

高精度电解加工是一种通过调节振动电极与被加工工件之间的间隙，然后利用电解原理对工件表面进行型腔蚀刻加工的工艺。通过调节充气压力达到不同，PECM 除了具备 ECM和ECD工艺的所有优点——精确度、品质、一致性和可重复性之外，而且还具备为专业应用提供更高整体精度的优点。

PECM原理图源：VOXEL

▌自由设计一致

一旦电极后的阴极模型成形——所有的零件将会保持一致，只要是适用于高精密电解加工的几乎所有形状和特征都具有很高的经济效益，而这些是传统加工所无法实现的。

▌零件性能不变

高精密电解加工可以在非接触式、不受热效应影响的情况下进行加工，且加工过程柔和，不会对工件产生负面影响的机械作用力和热效应，不会改变工件表面的组织结构，不会影响材料的原始结构，不会对加工的工具（电极）造成磨损。

图源：AERO REPORT

▌材料硬度和部位不限

高精密电解加工可以在特定的工件及部位进行精密加工，诸如对高温回火钢、滚动轴承钢、粉末冶金钢甚至多种合金的导电金属，其加工复杂几何形状的成功率都将大幅提升。常用于成形加工、深孔加工或者工件表面和内部进行的微细加工。

▌ 降本提效及可重复性

减少了工艺步骤，高精密电解加工将传统的成形、孔加工以及最后去毛刺等多个工艺集合成一个工艺；重复定位精度高，最终的表面光洁度可以达到0.05μm，公差范围为2-5 μm；同时具备运营成本低、加工周期短、高生产率以及大批量生产优势。

图源：PEM Tec

广泛而实战的航空部件加工

航空飞行器推重比、工作可靠性与使用寿命等要求正不断提高，飞行器上关键结构件的几何特征愈加复杂、薄壁件比例不断提升，高温合金、钛合金等难切削材料的应用也更为广泛，种种因素都给传统切削加工与表面研磨及其他精加工方式带来巨大挑战。

图源：PEM Tec

绝对的精度和耐用性在航空和太空航行中至关重要。高精度电解加工已在航空航天产品的液压件交叉孔、叶片榫齿、齿轮以及航空发动机火焰筒孔边等去毛刺、研磨、光整工序等中得到应用。其应用包括但不限于：

压缩机叶片
涡轮叶片
精密元件
蜂窝密封
条形密封件
旋转部件
异型材料-镍合金、钛合金、钛铝化物

高精密电解加工可使得以上航空核心部件所需要的耐高温超级合金做成复杂的几何形状而且不会形成微裂纹，帮助航空制造企业打造所向披靡的高质量叶盘、光盘、刀片、涡轮叶轮，助高端客户从天空飞向太空，怀揽万千繁星，实现百年大梦。

发动机整体叶盘加工

整体叶盘是航空发动机零件中最为重要的整体复杂结构件，盘体上几十个周向密集分布的叶片，各个叶片的型面、进排气边缘、根部和叶间流道的尺寸、形状、位置精度及表面质量非常不容易把握。

在操作过程中，叶片必须承受苛刻的条件，包括巨大的离心力、接近金属熔点的温度和剧烈的振动。飞机发动机或燃气轮机中的涡轮叶片如果断裂，可能会导致飞机失事或电厂毁坏。因此，严格的质量要求适用于制造过程的所有步骤。

整体叶盘进行全套加工时，一般分两到三步：第一步用电解法 ( ECM ) 进行多轴同动粗套料加工，第二步用高精密成型电解法 ( PECM ) 进行多轴同动精加工。目前相关企业又开发了中间的工件，也就是说初加工分两步完成，使变截面大扭曲叶片在精密电解加工之前不但在叶盆叶背方向有均匀余量，同时在进排气边方向也有均匀余量。

高精度电解加工，是从整体叶盘毛坯的初成型叶片套料加工（大量去除材料，初步实现叶片扭曲角度以及叶片轮廓成型套料毛坯）直到最终叶片型面成型完整的工艺链交钥匙解决方案。其最终叶片型面轮廓精度≤0.06mm，高温合金材料表面光洁度Ra≤0.2 μm。