电极设计基础知识

第一章电极设计部分

自放电加工在工业生产中应用以来﹐首先获得大量使用的就是模具制造行业。近来﹐随着模具要求的提高﹐模具材料愈来愈多地使用超硬合金﹐放电加工得到了更为广泛的应用。其中﹐放电加工又分为雕形放电加工及线切割放电加工。本书主要介绍雕形放电加工的有关内容。

第一节放电加工原理及其工艺特点及规律放电加工是基于电火花腐蚀原理而工作的。如图所示﹐电源提供的电流通过R给电容C充电。随着由充电的进行,电容上的电压逐渐升高至一固定的电压﹐我们称该电压其为空载电压。同时﹐伺服马达驱

动着电极逐渐接近工件﹐电极与工件的电压将

在二极面”相对最靠近点”使电介液电离击穿而

形成火花放电﹐并在火花通道上瞬时产生大量

热能﹐使金属局部熔化﹐甚至气化蒸发﹐而将

工件蚀除下来。在放电后﹐随着电容C上的电压

的降低﹐电介质的绝缘性又会恢复﹐从而阻断电流。

电火花加工时﹐电极与工件间通过放电而使二者都被蚀除﹐蚀除物有固相(碳渣)和气相的﹐并且伴有声波(电磁波)的幅射。在加工中

﹐工具电极的蚀除我们称为电极消耗。另外﹐放电后电极表面往往覆有涂层(特别在消耗小的时候)﹐工件的被加工面则会产生与原材料性能不同的变质层﹐对后加工有一定影响。

t

时间t V

A

电火花放电电压与电流的波形如上图所示﹐其放电电压一般在25~45伏之间﹐其大小与电极与工件材料的性质﹑工作液﹑脉冲电流等因素均有关系。

正常放电过程一般认为是”充电------介质电离------放电-----放电结束-----介质绝缘恢复”的重复过程。

一般:U1>U2>U3>U4

<表1-1>

放电加工的产物可分为固相﹑气相和辐射波三部分。它们的产生与放电的强弱有很大的关系。

固相电加工产物的形状﹐产生场合以及对加工的影响见表1-2﹕

气相产物主要为CO﹑CO2﹐其中有一部分是有毒气体。

<表1-2>

放电加工的工艺特点﹕

放电加工时﹐工件材料的去除不是靠刀具的机械刀﹐加工时无机械切削力的作用﹐因此就没有因为切削力而产生的一系列设备﹑工艺问题。也不会产生由于切削刀而引起的弹性变形。有利于加工薄壁结构﹑蜂窝结构﹑小孔﹑窄槽和微细的型孔和型腔。

放电加工的电流密度很高﹐产生的高温足以熔化和气化任何导电材料。即使象硬质合金﹑热处理后的钢材及合金等﹐都能加工。

虽然放电加工具有很多优点﹐但也有它的缺点﹕

1.加工需要电极﹐电极的加工占整个加工过程不小的比例。

2加工表面有变质层﹐对后加工及使用均有不利的影响。

3.加工效率偏低。

4.加工精度相对较低。

5.加工工件必须是导电材料。

第二節电极间隙及其几何形状与摇摆的关系从上节放电加工原理中我们知道﹐由于放电时工件与电极之间是通电介质的击穿来进行加工的﹐在空间上有一段距离﹐再加上放电时电火花也有一定的作用范围。两者综合后的结果是工件加工后的尺寸要比电极的尺寸大一些﹐我们将这大一些的尺寸称为放电间隙。为了保证加工后工件的尺寸﹐我们在电极设计时要特别考虑放电对截面间隙的影响。下面我们要讨论一下﹕(注﹕在这里﹐我们主要讨论2D电极的加工﹐3D电极的设计另有章节专门加工说明)。

一﹑基本几何形状

基本几何基状可分为方形﹑圆形﹑球形﹑倒角﹑倒圆﹑断差﹑斜面等。

a.方形﹕

如图所示﹕电极的截面尺寸可分别计算如下﹕

B1=B-2*d’

L1=L-2*d’

B1﹕电极宽度 B﹕工件图面宽度尺寸 d’﹕放电间隙 L1﹕电极长度 L﹕工件图面长度尺寸

在计算截面尺寸时﹐只要每边均减去一个放电间隙即可﹐这里是全封闭的摇摆方式﹐方形电极在精修时可直接作方形跑位加工即可﹕设d”为精修放电间隙

d1=d’-d”

则精修时可使用如下程序进行跑位加工。

(1).先在x+d1 y+d1处加工.

(2).再在x+d1 y-d1处加工.

(3).再在x-d1 y+d1处加工.

(4).最后在x-d1 y+d1处加工.

在具有摇摆功能的放电加工机来说﹐则可以使用对应的方形摇摆功能。如Sodisk机台﹐可设定为 LN001 STEP d1。

b.圆形﹕

如图所示电极的截面尺寸可计算如下﹕

D1=D-2*d’

D1﹕电极直径 D﹕工件图面直径 d’﹕放电间隙

摇摆方式﹕

(1).可使用圆形轨迹指令G02﹑G03使电极作圆轨迹加工。

(2).使用相应机台的圆形摇摆模式。

c.球形﹕

如图所示﹕电极的截面尺寸可计算如下﹕ SR 1=SR-d ’

SR 1﹕电极尺寸 SR ﹕工件图面尺寸 d ’﹕放电间隙 摇摆方式﹕

(1).对于有球形摇摆的机台来说﹐可使用该功能。 (2).使用圆形加工方式(G02 G03)。 (3).使用圆形摇摆方式。

无论在使用圆形摇摆方式还是圆形加工方式均会造成加工后球面的底部有一小平面。 设d ”为精加工时的间隙 则SR ’=SR 1+d ” S=(d ’-d ”)*2

SR ’﹕加工后实际球半径 SR 1﹕电极球半径

S ﹕底部平面直径 d ’﹕粗加工放电间隙(电极设计间隙) d ”﹕精加工实际间隙

如果工件底部不充许有平面﹐则需要再设计一精加工电极﹐其尺寸按﹕SR 1=SR-d ”进行设计﹐则可以解决此问题。 d.倒角﹕

如图所示﹐计算如下﹕ A 1=A-(1-tg δ/2)*d ’ B 1=B-(1-tg(90-δ)/2)*d ’ C 1=C-2*d ’

摇摆方式﹕1.采用方形摇摆。

2.采用方形跑位。

但是不论是采用方形摇摆还是直接采用方形跑位加工﹐如果只是采用一种间隙的电极(一般为粗加工时的间隙)均会使得在精加工后的倒角尺寸偏小﹐而造成工件异常。对于这种状况﹐可采取以下两种方法解决﹕

1.采用两种电极加工﹐分别按粗加工时的间隙和精加工时的间隙设

计﹐但会增加制造成本。

2.在设计电极时﹐尺寸C按粗加工间隙设计﹐而对尺寸A﹑B则按

精加工间隙设计﹐计算如下﹕

A1=A-(1-tgδ/2)*d”

B1=B-(1-tg(90-δ)/2)*d”

C1=C-2*d’

d’﹕粗加工放电间隙 d”﹕精加工放电间隙

e.倒圆﹕

如图所示﹐计算如下﹕ R a1=R a+d’

R b1=R b-d’

A1=A-2*d’

d’:粗加工放电间隙

RB1

A