集束電極電火花加工模具型腔的技術研究術
2017-1-23 來源（yuán）：佳木斯大學機械工程學院 作者：-
摘要：在電（diàn）火花型腔（qiāng）成型力n-r-中．采用分步法（fǎ）。先采用集束（shù）電極快速仿形成型進行粗加工。再采用（yòng）成型電極進行電火花成型精加工，避免了電火（huǒ）花型腔粗加（jiā）工中複雜結（jié）構成型電極的製作。提高加工效（xiào）率。基於花瓣（bàn）式錐形電極夾頭，研發了新型快速夾持集束電極裝置，進（jìn）行（háng）集束電極電火花（huā）成（chéng）型加工工藝試驗。摸索了（le）不同電火花加工參數對電火花加工（gōng）性能的（de）影響（xiǎng），並實現了複雜型腔（qiāng）的加工。
關鍵（jiàn）詞：電火（huǒ）花加工；成型電極；集束（shù）電極；電極夾具；電（diàn）規（guī）準（zhǔn）
電火花加工被廣泛應用於（yú）難加工材料以及複（fù）雜型腔的製作[1。4]。雖然電火花加（jiā）工存在著很多優勢（shì），但複雜型腔成型電極的製作一直以來都是人們想要努力攻破的難題。傳統實體電極製作工藝複雜，用於加工時，某個電極棱角處放電不均（jun1）勻可能導致整個實體電極的報廢。
本文基於（yú）上（shàng）海交通大學趙萬生"‘6o提出的集束電極的加工理念，首先在不同加工參數下，使用集束電極進行工藝試驗研究（jiū），得（dé）出一（yī）組適用於集束電極加工的最優參數，然後調用該組參數通過集束電（diàn）極進行型腔的粗加工，再（zài）用相（xiàng）應的實體電極進行精加（jiā）工從而完成複雜型腔的加工。
1.集束電極的加工機理分（fèn）析
集束電極主要運用化整為（wéi）零的離散思想，它（tā）是一種製作三維（wéi）自由型麵電極的新方法。這種方法將一定數量（liàng）的細的棒狀或管狀電極單元捆成（chéng）一束，再通過調整每（měi）根電極單元的長度使其擬合成近似實體電極的型麵∞J。集（jí）束電極的最大優點是（shì）免去了實體電極（jí）設計、製作的麻煩，同時單元電極便（biàn）於製作又可以被重複使用，提（tí）高了材料（liào）的利用率，降低了電（diàn）火花型腔加工的成本（běn），符合綠（lǜ）色加工的理念。集束電極主要用於（yú）三維型腔加（jiā）工時的初始粗加（jiā）工，工（gōng）作（zuò）液從管狀電極中心孔流出，改善型（xíng）腔加工（gōng）工作液流場，有利於（yú）電蝕（shí）產物的排（pái）出。其製備原理圖如圖I所示。單元電極的尺寸和內外徑比大小的選擇（zé）要適中，單元電極尺寸選擇過大，則不能很好地擬合（hé）出複雜的三維型腔麵，同時也會延長二次精加工的時間。電（diàn）極尺（chǐ）寸選擇（zé）過小，則不易（yì）於裝夾。單元電極的內徑如果選（xuǎn）擇過大，則容易（yì）在工件（jiàn）表麵留下毛刺料芯，阻礙工作液的流通與（yǔ）電蝕產物的排除，從而造成短路，影響加工效率和加工精度。另（lìng）外，單元電（diàn）極的內外徑尺寸能夠直接影響加工間隙（xì）內的工作液（yè）流場，使工具電極的相對損耗有所不同。本實驗中選用的單元電極尺寸（cùn）為（wéi）外徑1．2 mm內徑0．5 mm。
圖1成型（xíng）電極（jí）與集束電極示意圖
2.集束（shù）電極的夾持裝置的設計與使用（yòng）
2．1 集束電極（jí）的夾持（chí）裝置設（shè）計
針對集束電極的加工原理提出了集（jí）束電極的（de）夾持裝置。該裝（zhuāng）置同時兼顧實現了加工過（guò）程中（zhōng）可靠的強迫內衝液。圖2所示為集束電（diàn）極夾持裝置。該裝（zhuāng）置由電極套筒、電極夾頭、收緊螺（luó）母和工作液流道組成（chéng）。電極（jí）夾（jiá）具的接口與機（jī）床的夾具接口相連，電極夾具的衝（chōng）油口與機床配置的衝油管相連，在加（jiā）工過程中（zhōng），通過控（kòng）製機床衝油管的閥門來控製衝液流量的大小。
圖2集柬電極夾持裝置
電極套筒是連接（jiē）電極夾頭及收緊螺母的零件。電極套筒與衝油管管道相連形成衝液加工用的型腔，上端的夾具接（jiē）口與電極套筒形成螺紋連接（jiē），整體形成（chéng）密封腔。電極夾頭是用於完成（chéng）對單元電極組合體可靠集束（shù）的零件。夾頭（tóu）的夾緊端（duān）外側麵具有（yǒu）錐麵幾何特征，沿其兩端周向開有均勻分布的軸向收緊槽，呈花瓣式結構（gòu）。其（qí）內（nèi）側麵輪廓為所選單元電極的組合體的穩定集束（shù）幾何輪廓。在受到電極套筒及收緊螺母提供的收緊力時，可以實現徑向均勻收縮，從而完成對（duì）內側單元電極組合（hé）體的可靠夾緊（jǐn）。
收緊（jǐn）螺母為電極夾頭提供（gòng）可靠的收緊力，螺母內螺紋與電（diàn）極套筒（tǒng）外螺紋連接，通過旋進收緊螺母，收縮電極夾頭（tóu），實現對集束電極（jí）的快速可靠夾緊。
2．2集（jí）束電（diàn）極夾持裝置的使（shǐ）用
圖3所示為集束電極橫截麵（miàn）、夾（jiá）持裝置與機床主軸的連接以及工作液供液係統（tǒng）連接的實施例，根據機床供液方式設計（jì）電（diàn）極夾（jiá）具接口為側麵進液。
圖3集柬電板夾持裝置使用示倒
3.集束電極電火花加工試驗
3．1 電火（huǒ）花加工試驗裝置
本課題的所有試驗都是在北京凝華科技有限公司研發的NI-1250三軸聯動電火花成型機床進行。集束（shù）電極底部端麵外輪廓為正六邊形。工具和工件材料分別（bié）為紫銅和454鋼。工作液（yè）為電火花加工專用（yòng）煤油。
3．2電火花加工工（gōng）藝試驗
本實驗研究的電火（huǒ）花加工電參數主要是指：脈衝放電時間(ON)、放電休（xiū）止（zhǐ）時間(OFF)、峰值電流(IP)、加工極性(PL)。在實驗加工中，通過對比研究，選用了3組電規準進行（háng）了一定時間的加工放（fàng）電(表1)。
表1加工參數表
在表1中（zhōng）ON、OFF的單（dān）位為¨s，PL+表示工（gōng）具（jù）電極為正極，工件為負極（jí）(即負極性加工)。在電火花加（jiā）工過程中，ON、OFF、IP三者對加工速度、工具電極（jí）的相對損耗以及（jí）表麵粗糙粗均有影響。采用C390組的電規準進行加工時，加工的峰值電流IP較大，大約為69 A，ON、OFF的值也比較大，因此單個脈衝的放電能量高，一次放電過程中蝕除的電蝕產物比（bǐ）較多，在（zài）加工過程中工作液（yè）迅速變黑，放電時產生大量的氣泡並伴隨著濃烈的黑煙。為了保證（zhèng）放（fàng）電的順利進行，采用了較大的衝液流量，工具電極的損耗也同時增大。在使用該（gāi）組電規準進（jìn）行加工時，由於蝕除速度（dù）過快，電蝕產物進入油箱後來不及被充分（fèn）過濾，工作液中電蝕產物濃度（dù）過高，工作液的絕（jué）緣性不好（hǎo），容易產生短路現象，同時（shí）長時間的使用（yòng）過大電參數進行加工對機床內部的電源也（yě）有一定的損害，因（yīn）此不（bú）建議使用。
當采用C350組電規準進行加工時，放電過程中能（néng）觀察到較微弱的火花放電（diàn），加工過程中，工作液比較清澈，加工性能（néng）比較穩（wěn）定，很少出現短路現象，加工後的工件表麵粗糙度值較小。加丁後的表（biǎo）麵如圖4所示。
當采用C320組電規準進行加工時，電火花微弱，幾乎不可見，加工過程中無明顯（xiǎn）現象。原因是加工電（diàn）流（liú）為6 A，ON、OFF的數值（zhí）也非常小，加工效率非常低，速度大概在0．2mm／h，加工後（hòu）的表麵精度與C350相差不大。通（tōng）過選用上述多組（zǔ）規準進行工藝試驗，得到了（le）集束電極電火花加工時的加工速度(u。)和電極（jí）消耗比(p)隨（suí）峰值電流(，，)變化關係如表2。已知電（diàn）極相對消耗比計算公式如下：
表2在不同電規準下對加工速度(‰)和電極消耗比0影響
表2
由（yóu）表2可知，在J『，增大的情況下，加工速度（dù）也隨之增大，且增加（jiā）顯著，電極消耗（hào）重量比也隨之增大，但相應的表（biǎo）麵粗糙度值也會隨之增大。綜合上述實驗參數，選定C350為集束電極型腔（qiāng）粗加工的使用（yòng）參數。
3．3電火花型腔的加（jiā）工
複雜型腔電火花加工（gōng）分兩步進（jìn）行：首先用集束電極模擬出近似於實體（tǐ）電（diàn）極形狀的曲麵如圖5所示，再使用C350組電規準進行大部分材料去除的（de）粗加工；第二步用表麵經過打磨處理後的（de）實體成型電極如圖6所示對型腔進行精加工，實體電極配（pèi）合電火花機床搖動功能，去除集束電極（jí）產生的管形（xíng）加工痕跡，圖7為實體成型電極加工後的型腔。
4.結（jié）語
集束電極是將實體電極的離散（sàn）化，它免去了製作實（shí）體成型電極用於粗中（zhōng）加工的步驟，降低了加工成本，提高了加工效率。通過工藝試驗得出了用紫銅集束電極加（jiā）工45。鋼的最優參數，並用該組參數成功地進行了型腔（qiāng）粗加工，之後又通過實體電極進（jìn）行了精加工，得到了粗糙度值小的型腔表（biǎo）麵。
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