电极设计基础知识.doc

精选优质文档-----倾情为你奉上第一章 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dRC电源电极工件 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﹐从而阻断电流时间t时间t电压V电流A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。

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 放电时通常具有表1-1所示的几种间隙状态﹕间隙状态间隙电压波形间隙平均电压电极所处的运动U2tvU1vtV1空载快速进给正常放电以蚀除速度作慢速进给tU3v电弧放电回开或跳动vU4t短快速回升 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﹕屑末大小大型中型小型微末屑末材料与形状1mm以下小圆球外层为白口铁﹐中层为母材较小的白口铁小圆球﹐含碳量高不规则的蒸发金属(母材)Fe2O3﹐Fe3O4炭黑产生场合大电流﹐粗加工同左型腔粗中加工一般加工均有产生<表1-2>对加工的影响易产生短路﹑拉弧﹐破坏精度﹐粗糙度同左同左﹐易产生二次放电易拉弧﹑降低加工稳定性气相产物主要为CO﹑CO2﹐其中有一部分是有毒气体。

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d`’B1BLL1工件电极 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﹕D1D电极工件 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 SRSR1d’电极c.球形﹕ 如图所示﹕电极的截面尺寸可计算如下﹕ SR1=SR-d’SR1﹕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2SRSSR’ 设d”为精加工时的间隙 则SR’=SR1+d” S=(d’-d”)*2 SR’﹕加工后实际球半径 SR1﹕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﹕SR1=SR-d”进行设计﹐则可以解决此问题CAC1A1B1δB工件电极 d.倒角﹕ 如图所示﹐计算如下﹕ A1=A-(1-tgδ/2)*d’ B1=B-(1-tg(90-δ)/2)*d’ C1=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﹕RBRB1RARA1RB1RBA1A 如图所示﹐计算如下﹕ Ra1=Ra+d’ Rb1=Rb-d’ A1=A-2*d’ d’:粗加工放电间隙 同倒角一样﹐为了避免使用同一电极精修造成工件R角偏小﹐也可使用倒角的设计方法﹐R设计为精加工间隙对于右图﹐在设计成一样间隙时﹐可以采用圆形摇摆加工﹐也能保证尺寸。

AA1 f.断差﹕AA1 断差的设计一般等于图面的尺寸﹐即﹕ A1=A A1﹕电极断差尺寸 A﹕图面断差尺寸 一般来说﹐放电加工时的断差尺寸由电极保证﹐而与放电加工的操作无关因此﹐在电极设计时﹐对此类尺寸的公差要求要严一些﹐一般均要比工件图面尺寸精度高1~2个级别 另外﹐对深度方向的断差﹐如右图所示由于较深的部分在加工时消耗要大一些﹐故在设计时应将尺寸标注为正公差﹐不宜使尺寸偏小另外﹐对电极修整容易性来说﹐当断差尺寸偏大时﹐只要在较深的面OK后﹐将电极底部修整掉一部分﹐即可将较浅的面也加工OK从这一方面来说﹐电极上断差的尺寸也是宜大不宜小δd‘d‘ g.﹕斜面﹕ 斜面与倒角有类似之处﹐但斜面呈在尖点﹐在加工时应特别注意到在精加工时﹐如果是用粗电极加工﹐应该先加工尖点的一侧﹐再跑位加工另外一侧﹐这时应该Z轴抬起一个深度﹕ t=X’*tgδ t﹕Z轴应减小的深度 X’﹕X轴的摇摆量 δ﹕斜面角度当然﹐采用粗﹑精两种电极的设计方案也是可行的二﹑复合形状电极设计﹕ 复合形状是一般我们要设计的图形﹐它是基本几何形状组合而成﹐其设计方法与基本几何形状的设计大同小异﹐但由于各种几何形状组合在一起他们之间相互有所制约。

因此﹐在设计时应加以注意﹐特别是在只设计一种电极来完成粗﹑精加工的情况下﹐如果没有注意选择合适的设计方法﹐往往会造成加工后尺寸超差或不到位的情况发生﹐下面由一个例子来说明此种情况﹕ 例﹕ABCδ1E2 以上图所示﹐我们由前面的计算方法可得﹕ 设电极粗放间隙为d﹐精修间隙为d’﹐则在设计两种电极(粗﹑精)分别加工时﹐A﹑B的尺寸分别为﹕ 粗放电极﹕A1=A-(1-tgδ/2)*d B1=B-2*d E1=E-2*d 精放电极﹕A2=A-(1-tgδ/2)*d” B2=B-2*d” E2=E-2*d”在此种情况下﹐可以使工件加工完毕﹐并保证了尺寸而假设我们只设计一种电极来加工工件﹐由于精修时的间隙是一样的﹐故设计后的电极的A尺寸应等于A2﹐即应按下述尺寸设计﹕ A’=A-(1-tgδ/2)*d” B’=B-2*d’ E’=E-2*d’ 由上例可见﹕在只设计一种电极来完成粗精加工时﹐特别应注意使与斜面相关联的尺寸保证按精修间隙设计才能保证能使加工后工件尺寸是正确的。

粗放条件的间隙较大﹐可以通过单独对直边进行间隙的缩放来达到当然﹐有些几何。