CN103231015A - 一种快速制作电极的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种快速制作电极的方法和装置，用三维打印制造一个与电极形状完全相反的石膏零件原型作为母模，然后在真空条件下进行浇注铜液或者石墨液，冷却凝固后形成电极。本发明可以快速制作复杂形状的电极，速度快、成本低；省去了拼接模具的复杂过程，电极成型精度高、速度快，工艺简单，适用于电极制造行业单件、小批量特种电极的生产和加工。
Description
技术领域
本发明属电极加工领域，特别是涉及一种快速制作电极的装置和方法。
背景技术
对于小型特种电极一般都需要进行机械加工来完成，对于机械加工设备要求高，甚至需要加工中心，同时要事先制作复杂的工装夹具，工装夹具的制作过程甚至比电极机加工的过程还要繁琐。对于特种电极来说，一般都是单件小批量生产，工装夹具利用率很低，甚至是一次性使用，为此，电极的制作成本高、周期长，生产受到制约。
另外，对具有复杂形状的特种电极，整体制作十分困难，目前多采用分体制造后拼装成型的方法，造成了加工工作量大，组合精度低等问题。
三维打印技术作为一门新兴技术，在各行各业的应用及深层次的研究中，特别是在快速制造行业发挥着重要的作用，也为复杂电极的制作带来了新的生产模式。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种快速制作电极的装置和方法，以解决特种电极制造复杂的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种快速制作电极的装置，包括母模主体，浇注系统，电极型腔，冷却水道成型模，出气口成型模，气道成型模，进气接头成型模，浇口，底座，所述的母模主体下部为底座，底座与浇注系统连通，浇注系统的顶部为一喇叭口形状的浇口，母模主体与底座形成一腔体为电极型腔，电极型腔上部为穹顶，穹顶下部连接的电极型腔部分为一柱体，穹顶下部与柱体连接处设置有一个出气口成型模，出气口成型模与气道成型模连通，气道成型模为一根向下弯曲延伸的棍状物体，气道成型模下端与电极型腔的向外凸起侧壁连接，电极型腔正中有一根从底座向上延伸出来的冷却水道成型模，冷却水道成型模形状为倒立的U型。
所述的底座位于电极型腔内的中心位置向下凹形成一内凹小圆柱体。
一种制作权利要求所述的一种快速制作电极的装置及电极的方法，包括下列步骤：
1）采用三维CAD软件对电极的母模进行几何造型设计：此母模形状与电极形状完全相反，并按照铸造材料的收缩率对型腔进行缩放，添加浇注系统；
2）设置输出格式：电极母模的CAD数模数据输出为STL格式；
3）对电极母模的STL格式数据进行处理：按照本模具的特点，将电极母模的三维模型系沿成形高度方向离散成若干二维的层片，层片的成形高度为0.0～0.mm，并在第一层层片与平板连接的部位安装支架已进行加支撑固定；
4）进行模具打印：母模材料选用铸造石膏，然后在三维打印机上制作电极母模；
5）对打印出的电极母模进行后处理：首先去除支撑，使用手工砂纸或者打磨工具打磨型腔的主要立面，使用低气压喷枪对型腔中比较细小的地方进行清理，以去除立面上的分层台阶；
6）熔炼电极合金：用稍高于电极合金浇注温度0—0℃的温度进行熔炼并备用；
7）对电极母模进行浇注：把电极母模移入浇注室内，浇注室内加热保温装置上有盛放着熔炼的合金或者石墨液的容器，然后将电极母模固定在真空注型机的升降工作台，将盛放着熔炼的合金或者石墨液的容器安装于升降工作台一旁的真空注型机加料架上，关闭真空注型机的门，启动加热系统，并打开真空泵抽真空，当真空达到-0.0MPa，温度达到合金浇注温度时，手动或者电动操控加料架进行浇注，使金属液或者石墨液平稳注入电极母模的浇口中；
8）电极合金凝固后，取出铸型，清理石膏型，取出电极铸件，切割浇口，打磨，喷砂。
上述步骤3中的层片的成形高度为0.2毫米，第一层层片与平板连接的部位安装3毫米高度的支架。
电极合金可以为铜、铝或者银等金属材料，当电极材料为石墨材料，浇注时直接把石墨液容器转移到真空注型机的加料架上，再抽真空、浇注。
真空注型机的浇注室设置振动台架，用于放置电极母模，浇注时实现振动，有利于金属液和石墨液充型。
有益效果
本发明可以快速制作复杂形状的电极，速度快、成本低；省去了拼接模具的复杂过程，电极成型精度高、速度快，工艺简单，适用于电极制造行业单件、小批量特种电极的生产和加工。
附图说明
图1为特种电极结构图。
图2为本发明模具结构图。
图3为本发明流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
如图1～图3所示，实施例电极尺寸较小，外形尺寸：长度小于100，宽度和厚度小于50，材料为铜合金，内部带有冷却水冷却流道和气体通道。一般做成组合结构，对于内部结构更是很难成型，需要特种加工。
一种快速制作电极的装置，包括母模主体1，浇注系统2，电极型腔3，冷却水道成型模4，出气口成型模5，气道成型模6，进气接头成型模7，浇口8，底座9，所述的母模主体1下部为底座9，底座9与浇注系统2连通，浇注系统2的顶部为一喇叭口形状的浇口8，母模主体1与底座9形成一腔体为电极型腔3，电极型腔3上部为穹顶，穹顶下部连接的电极型腔3部分为一柱体，穹顶下部与柱体连接处设置有一个出气口成型模5，出气口成型模5与气道成型模6连通，气道成型模6为一根向下弯曲延伸的棍状物体，气道成型模6下端与电极型腔3的向外凸起侧壁连接，电极型腔3正中有一根从底座9向上延伸出来的冷却水道成型模4，冷却水道成型模4形状为倒立的U型。
所述的底座9位于电极型腔3内的中心位置向下凹形成一内凹小圆柱体。
一种制作权利要求1所述的一种快速制作电极的装置及电极的方法，包括下列步骤：
1）采用三维CAD软件对电极的母模进行几何造型设计：此母模形状与电极形状完全相反，并按照铸造材料的收缩率对型腔进行缩放，添加浇注系统；
2）设置输出格式：电极母模的CAD数模数据输出为STL格式；
3）对电极母模的STL格式数据进行处理：按照本模具的特点，将电极母模的三维模型系沿成形高度方向离散成若干二维的层片，层片的成形高度为0.05～0.5mm，并在第一层层片与平板连接的部位安装支架以进行加支撑固定；
4）进行模具打印：母模材料选用铸造石膏，然后在三维打印机上制作电极母模；
5）对打印出的电极母模进行后处理：首先去除支撑，使用手工砂纸或者打磨工具打磨型腔的主要立面，使用低气压喷枪对型腔中比较细小的地方进行清理，以去除立面上的分层台阶；
6）熔炼电极合金：用稍高于电极合金浇注温度30—50℃的温度进行熔炼并备用；
7）对电极母模进行浇注：把电极母模移入浇注室内，浇注室内加热保温装置上有盛放着熔炼的合金或者石墨液的容器，然后将电极母模固定在真空注型机的升降工作台，将盛放着熔炼的合金或者石墨液的容器安装于升降工作台一旁的真空注型机加料架上，关闭真空注型机的门，启动加热系统，并打开真空泵抽真空，当真空达到-0.08MPa，温度达到合金浇注温度时，手动或者电动操控加料架进行浇注，使金属液或者石墨液平稳注入电极母模的浇口中；
8）电极合金凝固后，取出铸型，清理石膏型，取出电极铸件，切割浇口，打磨，喷砂。
在上述步骤3中，分层厚度为0.2毫米，用于支撑的支架高度为3毫米。
Claims (4)
1.一种快速制作电极的装置，包括母模主体（1），浇注系统（2），电极型腔（3），冷却水道成型模（4），出气口成型模（5），气道成型模（6），进气接头成型模（7），浇口（8），底座（9），其特征是：所述的母模主体（1）下部为底座（9），底座（9）与浇注系统（2）连通，浇注系统（2）的顶部为一喇叭口形状的浇口（8），母模主体（1）与底座（9）形成一腔体为电极型腔（3），电极型腔（3）上部为穹顶，穹顶下部连接的电极型腔（3）部分为一柱体，穹顶下部与柱体连接处设置有一个出气口成型模（5），出气口成型模（5）与气道成型模（6）连通，气道成型模（6）为一根向下弯曲延伸的棍状物体，气道成型模（6）下端与电极型腔（3）的向外凸起侧壁连接，电极型腔（3）正中有一根从底座（9）向上延伸出来的冷却水道成型模（4），冷却水道成型模（4）形状为倒立的U型。
2.根据权利要求1所述的一种快速制作电极的装置，其特征是：所述的底座（9）位于电极型腔（3）内的中心位置向下凹形成一内凹小圆柱体。
3.一种制作权利要求1所述的一种快速制作电极的装置及电极的方法，包括下列步骤：
1）采用三维CAD软件对电极的母模进行几何造型设计：此母模形状与电极形状完全相反，并按照铸造材料的收缩率对型腔进行缩放，添加浇注系统；
2）设置输出格式：电极母模的CAD数模数据输出为STL格式；
3）对电极母模的STL格式数据进行处理：按照本模具的特点，将电极母模的三维模型系沿成形高度方向离散成若干二维的层片，层片的成形高度为0.05～0.5mm，并在第一层层片与平板连接的部位安装支架；
4）进行模具打印：母模材料选用铸造石膏，然后在三维打印机上制作电极母模；
5）对打印出的电极母模进行后处理：首先去除支撑，使用手工砂纸或者打磨工具打磨型腔的主要立面，使用低气压喷枪对型腔中比较细小的地方进行清理，以去除立面上的分层台阶；
6）熔炼电极合金：用稍高于电极合金浇注温度30—50℃的温度进行熔炼并备用；
7）对电极母模进行浇注：把电极母模移入浇注室内，浇注室内加热保温装置上有盛放着熔炼的合金或者石墨液的容器，然后将电极母模固定在真空注型机的升降工作台，将盛放着熔炼的合金或者石墨液的容器安装于升降工作台一旁的真空注型机加料架上，关闭真空注型机的门，启动加热系统，并打开真空泵抽真空，当真空达到-0.08MPa，温度达到合金浇注温度时，手动或者电动操控加料架进行浇注，使金属液或者石墨液平稳注入电极母模的浇口中；
8）电极合金凝固后，取出铸型，清理石膏型，取出电极铸件，切割浇口，打磨，喷砂。
4.根据权利要求3所述的一种快速制作电极的装置，其特征是：步骤3中的层片的成形高度为0.2毫米，第一层层片与平板连接的部位安装3毫米高度的支架。
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