當您透過747飛機窗口看到噴氣發動機時，您一定會嘆為觀止。但更令人感慨的是，將成千上萬的零件組裝起來需要大量時間和努力。制造這些產品需要切削數以噸計的金屬，直至加工出設計極為精細的部件。憑借GE開發的專利藍弧（BlueArc）等先進技術，我們可從某個零件的制造過程中節約數個小時，甚至幾天的時間。

在激烈的競爭中，為了更快速、更有效地生產高質量金屬零件，GE全球研發中心的科學家和工程師們對高速電蝕除技術進行了多年的研究并取得了技術上的突破，開發出了這種被稱之為藍弧的加工技術“超人”。該技術利用可控短電弧放電的加工方法，實現了難切削金屬的高速加工。它已應用于航空零件的生產并取得了高于傳統加工數倍的切削速度。

引言

高強度合金材料廣泛應用于航空、燃氣輪機和石油機械等領域。用傳統的機械加工方法加工這些材料切削刀具費用及人工成本都很高。電加工方法（如電解、電火花）已在許多此類零件的加工中替代了傳統方法，其主要原因在于電加工的金屬去除速度不受工件硬度和強度影響，因而更適用于這些難加工材料的加工。電蝕除技術是電加工的一種。常見的電蝕除技術是電火花加工，但電火花加工速度較慢，不能算成高速加工方法。高速電蝕除方法一般利用電弧來提高蝕除速度。至今已有多種電弧放電方法。早期的電弧放電使用水玻璃為工作介質，工具電極一般為旋轉金屬刀盤或帶鋸式的金屬條。水玻璃作為一種鈍化性工作液，在工件表面產生鈍化膜，當工具電極靠近工件時鈍化膜被磨掉，在直流電壓作用下產生電弧。這種方法常用于高速下料切割。另一種電弧加工的方法是試圖將電解和電火花結合，開發此工藝的研究人員認為此技術可能達到電火花40倍的加工速度。他們用電解方法產生足夠的氣泡，然后擊穿氣泡產生電弧以蝕除金屬。

通過分析過去的這些技術，可以看出電蝕除確有高速去除金屬的潛力，問題是如何最大限度地利用電弧放電以達到高效金屬加工，并能可靠地限制電弧對工件表面的燒傷，這成為發展此項技術的關鍵。

藍弧技術工作原理

這種技術結合了電火花和電弧放電方法，充分利用高強度火花及短電弧以快速蝕除金屬。 它的工作介質既不是電火花的介電工作液，也不是水玻璃，而是一種低導電的電解液。其工具電極保持對于工件的相對運動。它的獨特的伺服控制系統確保無持續拉弧，以避免工件表面燒傷。

圖1是這種技術加工方法的示意圖。圖中電極可為大直徑盤狀刀具，也可為小直徑管式或棒狀電極。這種加工方法已實現了高速加工，比如：用25mm厚的電極加工硬質鎳基合金， 其加工速度可達200cm3/分鐘。即使在這樣的高速切削過程中，工件的表面燒傷也得到有效控制。

圖1  藍弧技術示意圖

圖2是典型的INCO718工件加工后的表面分析照片，可以看出它的熱影響層厚度與一般電火花產生的厚度相當。

圖2  高速電蝕除在工件表面產生與電火花相似的熱影響層

工業應用實例

高速電蝕除方法已應用于鎳基合金航空零件和石油機械零件生產。 圖3是一款藍弧多軸數控銑床，它已應用于壓氣機整體葉輪的葉片加工。這些葉輪為鍛造的INCO718材料，其硬度大于HRC45。加工中使用管狀電極， 電極損耗可被自動補償。 多軸數控適用于加工復雜型面，獨特的電源和伺服控制保證了高去除率，并避免了不正常電弧對工件表面燒傷。

The Blisk machine from the front: about three-quarters Mazak (base, ballscrews, linear ways, tool changer and Fanuc control). The spindle and all manufacturing came from KRC.

The spindle, the 7 mm rod, the air bearing and the tank (empty to reveal the blisks).

Looking in from the rear we can clearly see the tank (4 x 4 x 4 feet) with spindle, air bearing and rod descending into the coolant. Blisk is beneath the surface.

The spindle in the midst of rotation

圖4是經藍弧粗銑加工后的整體葉輪。與傳統機械銑相比，切削速度提高約4倍，刀具消耗成本降低65%。此工藝通過了嚴格的表面質量檢驗，加工過程控制的可靠性可滿足批量生產要求。

Engine blisk for a GE CF34-8 aircraft engine
An engine blisk that is part of a GE CF34-8 aircraft engine, which is flown on regional jets. The blades on the edge of these blisks are machined with GE‘s Blue ArcTM technology.

由于加工中刀具與工件基本不接觸，切割力極低，這類機床可采用低能耗設計，加工能耗可降低約30%。正是由于加工時切削力低，這種方法已成功用于加工低剛度零件， 比如：發動機蜂巢封氣環，這比以前的加工方法效率提高8倍以上。

這類機床配有高品質電源系統以保證可靠的放電特性。

至今，GE已開發多種機床，此技術研究也將更為深入。這種技術在高速切削難加工材料的應用也將逐步擴大。