集束電極電火花加工模具型腔的技術研（yán）究術-特種加工機床網-數控機床市場網

您現在的位置：特種加工機床網> 技術前沿> 集束電極電火花（huā）加工模具型腔的技術研究術

集束電（diàn）極電火花（huā）加工模具（jù）型（xíng）腔的技術（shù）研究術

2017-12-5 來源：佳木斯大學機械工程學院作者（zhě）：孫趙寧李小海高瑞林邢（xíng）蕾（lěi）

摘要：在（zài）電火花型腔成型力n-r-中．采用分步法。先采用集束電極快速仿形成（chéng）型進行粗加工。再采用成型電極進行（háng）電火花成型精加工，避免了電火花型腔粗加工中（zhōng）複雜結構成型電極的製作。提高加工效率。基於花瓣式錐形（xíng）電（diàn）極夾頭，研（yán）發了新型快速（sù）夾（jiá）持集束電極裝置，進行集束電極電火花成型加（jiā）工工藝試驗。摸索了不同電火花加工參數對電火花加工（gōng）性能的影響，並實現了複雜型腔的（de）加工。

關鍵詞（cí）：電（diàn）火花加工；成型電極；集束電（diàn）極；電極夾具；電規準

電火（huǒ）花加（jiā）工被廣泛應用於難加工材料以（yǐ）及複雜型腔的製作[1。4]。雖然電火花（huā）加工存在著很多優勢，但（dàn）複雜型腔成型電極的製作一（yī）直（zhí）以來都是人們想要努力攻破的難題。傳（chuán）統（tǒng）實體電極製作（zuò）工藝複雜，用於加工時，某個電極棱角處放電（diàn）不均勻可能導致整個實體電極的報廢。

本文基於上海交通大學（xué）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，得出一組適用於集束電極加工的最優參數，然後（hòu）調（diào）用該組參數通過集束電極進行（háng）型腔的粗加工，再用相應的實體電（diàn）極進行精加工從而完成複雜型腔的加工。

1 、集（jí）束電極（jí）的加工機理分析

集束電（diàn）極主要運用化整為零的離散思想，它（tā）是一種製（zhì）作三維自由型麵電極的新（xīn）方法。這種方（fāng）法將一定數量（liàng）的細的棒狀或管狀電極單（dān）元捆成一束（shù），再通（tōng）過（guò）調整每根電極單元的長度使其擬合成近似實體電極的型麵∞J。集束電極的最大優點是免（miǎn）去了實體電極設計、製作的麻煩，同（tóng）時單元電極便於（yú）製作（zuò）又可（kě）以被重複（fù）使用，提高（gāo）了材料的利（lì）用率，降低了電火花（huā）型腔加工的成本，符合綠色加工的理念。集束電（diàn）極主要（yào）用於三維型腔加工時的初始粗（cū）加工，工作液從（cóng）管狀電極中心孔（kǒng）流出，改善型腔加工（gōng）工作液流場，有利於電蝕產物的排出。其製備原理圖如圖I所示。單元電極的尺寸和內外徑（jìng）比（bǐ）大小的選擇要適中，單元電極尺寸選（xuǎn）擇過大，則不能（néng）很好地擬合出複雜（zá）的三維型腔麵，同時也（yě）會延長二次精加工的時間。電極尺寸選擇過小，則不易於裝夾。單元（yuán）電極的內徑如果選擇過大，則容易在工件表麵留下毛（máo）刺料芯，阻礙工作（zuò）液的流通與電蝕產物的排除（chú），從而造成短路，影響加工效率和加工精度（dù）。另外，單元電極的內外徑尺寸能夠直接影響加工間隙內（nèi）的工作液流場，使工（gōng）具電（diàn）極的相對損耗有所不同。本實驗中選用的單元電極尺寸為外徑（jìng）1．2 mm內徑0．5 mm。

圖1 成型電極與（yǔ）集束（shù）電極示意圖

2 、集束電（diàn）極的夾持裝置的（de）設計與使用

2．1 集束電極的夾持裝置設計

針對集束電極的加工原理提出了（le）集束電極的（de）夾（jiá）持裝置。該（gāi）裝置同時兼顧實現了加工過程中（zhōng）可靠的強迫內衝液。圖2所示（shì）為集束電極夾持裝置。該裝置由電極套筒、電極夾頭、收（shōu）緊螺母和工作液流道組成。電極夾具的接口與機（jī）床的夾具接口相連，電極（jí）夾具的衝油口與機床配置的衝油管相連，在（zài）加工過程中，通過控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

電極套筒是連接電極夾頭及收緊螺母的零件。電極（jí）套筒與衝油管（guǎn）管（guǎn）道相連形成衝液加工用的型腔，上端的夾具接口與電極（jí）套筒形成螺紋連接，整體形成密封腔（qiāng）。電極夾頭是用於完成對單元電極組合體可靠集束的零件。夾頭（tóu）的夾緊端外側（cè）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。其內側麵輪廓為（wéi）所選單元電極（jí）的組合體的穩定集束幾何輪廓。在受到電極套筒及收緊螺母提供的收緊力時，可以實現徑（jìng）向均勻收縮，從而完成對內側（cè）單元電極組合體的可靠夾緊。

收緊螺母為電（diàn）極夾頭提供可靠的收緊力，螺母內螺紋與電極套筒外螺紋連接，通過旋進收緊螺母，收縮電極夾頭，實現對集束（shù）電（diàn）極的快速可靠夾緊。

2．2集束電極夾持裝置的使用（yòng）

圖3所（suǒ）示為集（jí）束電極（jí）橫截麵、夾持裝置與（yǔ）機床主軸的連接（jiē）以及工作液（yè）供液係統連接的實施例，根據機床供（gòng）液方（fāng）式設計電極夾具接（jiē）口為側麵進液。

圖3集柬電板夾持裝置使（shǐ）用示倒

3 、集束電極電（diàn）火（huǒ）花加工試驗

3．1 電火花（huā）加工試驗裝置

本課題的所有試（shì）驗都是在北京凝華科技有限公司研發的NI-1250三（sān）軸聯動電火花成型機床進行。集束電極底部端麵外輪廓為正六邊形。工具和工件材料分別為紫銅和454鋼。工作液為電火花加工（gōng）專用煤油。

3．2電火花加（jiā）工工藝試驗

本（běn）實（shí）驗研（yán）究的電火花加工電參數主要是指：脈衝放電時間(ON)、放電休止時（shí）間(OFF)、峰（fēng）值（zhí）電流(IP)、加工極性(PL)。在實驗加工中，通過對比研究，選用了3組電規準進行了一定時間的加工（gōng）放電(表1)。

表1 加工參數表

在表（biǎo）1中ON、OFF的單位為¨s，PL+表示工具電極為正極，工件為（wéi）負極(即負極性加工)。在電火花加工（gōng）過程中，ON、OFF、IP三者對加（jiā）工速度、工具（jù）電極的相（xiàng）對損耗以及表麵粗糙粗均有影響（xiǎng）。

采用（yòng）C390組的電規準進行加（jiā）工時，加工的峰值電（diàn）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（diàn）能量高，一次放電過程中蝕除的電蝕產物（wù）比較多，在（zài）加工過程中工作液迅速變黑，放電時產（chǎn）生大（dà）量的氣（qì）泡並伴隨著濃烈的（de）黑煙。為（wéi）了（le）保證放電的順利進行，采用了較大的衝液流量，工具電極的損耗（hào）也同時增大。在使用該（gāi）組（zǔ）電規（guī）準進（jìn）行加工時（shí），由於蝕除速度過快，電蝕產物進（jìn）入油箱後來不及被充分過濾，工作液中電蝕產物濃度過高，工（gōng）作液（yè）的（de）絕緣性不（bú）好（hǎo），容（róng）易產生短路現象，同時長時間的使用過大（dà）電參數進行加（jiā）工對機床內（nèi）部的電（diàn）源也（yě）有一定（dìng）的損害，因此不建議使（shǐ）用。

當采用C350組電規準進行加工時，放電（diàn）過（guò）程中能觀察到較微弱的（de）火花放電，加工過程中，工作液（yè）比（bǐ）較清澈，加工性能比較（jiào）穩定（dìng），很少出現短路現象，加工後的工件表麵粗糙度值較小。加丁後的表麵如圖4所示。

圖4 c350組電規準加工後的表麵

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（guò）程中無明顯現象。原因是加工電流為6 A，ON、OFF的數值也非常小，加工效率非常低，速度大概在02mm／h，加工後的表麵精度（dù）與C350相差不大。通（tōng）過選用上述多組規準進行工藝試驗，得到了集束電極（jí）電火花加工時的（de）加工（gōng）速度(u。)和電（diàn）極消耗比(p)隨峰值電流(，，)變化（huà）關係如表2。已知電極相對消耗比（bǐ）計算公式如下：

表2 在不同電規準下對（duì）加工速度(‰)和（hé）電極消耗（hào）比0影響

由（yóu）表（biǎo）2可知，在J『，增大的情況下，加工速度也隨之增大（dà），且（qiě）增加顯著，電極消耗重量比也隨之增大，但相（xiàng）應的表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）粗加工的使用參數。

3．3電火花型腔的加工

複雜型腔電火花加工分兩步進行：首先用集束電極（jí）模擬出近似於實體電極形狀的曲（qǔ）麵如圖5所示，再使用C350組電規（guī）準進行大部分材料去除的粗加（jiā）工；第二步用表麵經過打磨處理後的實體成型電極如圖6所（suǒ）示對型腔進行（háng）精加工，實體電極配合電火花機床搖動功能，去除集束電極產生的管形加工痕跡，圖7為實體成型電極（jí）加工（gōng）後的型腔。

圖5 仿形集束電（diàn）極

圖6 成型實體電極

圖7 精加工後的型腔（qiāng）

4 、結語

集（jí）束電極是將實體電極的離散（sàn）化，它免去了製作實體成型電極用於粗中加工的步驟，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工45。鋼的最優參數，並用該組參數成功地（dì）進行了型腔粗加工，之後又（yòu）通過實體電（diàn）極進行了精（jīng）加（jiā）工，得（dé）到了粗糙度值小的型腔表麵。

投稿箱：
如果您有機床行業、企業相關新（xīn）聞稿件發表，或進行資訊合作，歡迎聯（lián）係本網編輯部，郵箱：skjcsc@vip.sina.com

更多相關信息

名企推薦（jiàn）

業界視點

| 更多

行業（yè）數據

| 更（gèng）多

博文選萃

| 更多