CN103909315A - 分体电极电火花加工方法及所采用的分体电极 - Google Patents

Abstract

本发明属于特种加工领域，公开了一种分体电极电火花加工方法，包括以下步骤：根据整体闭式叶轮内部型腔的形状和尺寸，提取整体闭式叶轮内部单个流道的三维模型；将单个流道的三维模型进行缩放，并将缩放后的三维模型进行区域划分，划分成多个模块；根据每个模块的形状和尺寸，使用与每个模块相对应的电极进行电火花加工，以形成与缩放前的三维模型一致的单个流道；然后，进行其他流道的电火花加工制作。本发明能够高效和高精度加工各种难加工材料；各个电极的体积较小，有充足的空间来实现电极的回退和让位，因此能够加工流道型腔小、空间结构复杂的整体闭式叶轮；每个分体电极的加工轨迹较为简单，从而可降低编程难度和保证加工精度。

Description

分体电极电火花加工方法及所采用的分体电极

技术领域

本发明涉及特种加工领域，特别是涉及一种分体电极电火花加工方法及所采用的分体电极。

背景技术

叶轮作为高技术、高附加值部件，广泛应用于水力机械、空气费力设备中，其加工制造技术直接影响着机组工作性能和可靠性。为了能够适应更为恶劣的工作环境，特殊材质的整体闭式叶轮的应用越来越广泛。整体闭式结构和特殊材质（如高温合金、钛合金等），使得其加工制造成为难题。目前数控铣削、精密铸造在叶轮的加工中得到广泛应用。但是，在对难加工材料制成的小流道叶轮进行加工时，受刀具刚性和空间限制，数控铣削很难应用。精密铸造技术的生产过程复杂，技术难度大，废品率高，且只适用于可铸造合金。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种分体电极电火花加工方法，以实现对整体闭式叶轮内部型腔的高质量加工，尤其是实现对难加工材料制成的小流道整体闭式叶轮的高精度和高效率加工。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种分体电极电火花加工方法，其包括以下步骤：

步骤1：根据整体闭式叶轮内部型腔的形状和尺寸，提取整体闭式叶轮内部单个流道的三维模型；

步骤2：将所述单个流道的三维模型进行缩放，并将缩放后的三维模型进行区域划分，划分成多个模块；

步骤3：根据每个模块的形状和尺寸，使用与每个模块相对应的电极进行电火花加工，以形成与缩放前的三维模型相同的单个流道；

步骤4：重复上述步骤3，进行其他流道的电火花加工制作。

其中，所述步骤2中，单个流道缩放后的三维模型比未缩放的三维模型的体积小，缩放后的三维模型各表面距离未缩放的三维模型的相应的表面之间的间隙宽度在0.1mm-0.2mm之间。

其中，所述步骤2中，所述缩放后的三维模型拆分为四个模块。

其中，对所述缩放后的三维模型沿其厚度方向进行拆分，分为两部分，然后沿其宽度方向再进行拆分，分为两部分，最终形成所述四个模块，分别为第一模块、第二模块、第三模块和第四模块。

其中，所述第一模块的厚度与所述第四模块的厚度相同，所述第二模块和第三模块的厚度相同，所述第一模块和第二模块上下层叠，所述第三模块和第四模块上下层叠。

其中，所述第一模块的厚度与所述第二模块的厚度不相等。

其中，所述第二模块的宽度和第三模块的宽度不相等，所述第一模块的宽度和第四模块的宽度不相等。

其中，所述第一模块和第二模块的厚度之和比缩放前三维模型的厚度大0.5mm-1mm；所述第一模块和第四模块的宽度之和比缩放前三维模型的宽度大0.5mm-1mm。

本发明还提供了一种基于上述分体电极电火花加工方法所采用的分体电极，所述分体电极的数量与单个流道缩放后的三维模型划分形成的模块的数量相等且各个分体电极后与所述单个流道的形状和尺寸相等，每个分体电极通过电火花加工与其对应的单个流道所划分的模块。

其中，单个流道的三维模型所划分的模块中，宽度较小的模块所对应的分体电极上设置有加强筋，所述加强筋沿该分体电极的长度方向布置。

（三）有益效果

上述技术方案所提供的分体电极电火花加工方法及所采用的分体电极，具有以下优点：（1）由于采用电火花放电加工方式，能够高效和高精度加工各种难加工材料，如高温合金、钛合金等；（2）分体电极加工方法中，通过模块划分，所采用的各个电极的体积较小，有充足的空间来实现电极的回退和让位，因此能够加工流道型腔小、空间结构复杂的整体闭式叶轮；（3）虽然有些闭式整体叶轮内部型腔结构复杂（例如三元整体闭式叶轮），但是每个分体电极的加工轨迹较为简单，从而可降低编程难度和保证加工精度。

附图说明

图1是本发明实施例待加工的整体闭式叶轮的结构示意图；

图2是图1中整体闭式叶轮单个流道的三维模型图；

图3是对图2中单个流道进行区域划分的结构示意图；

图4是本发明实施例分体电极的结构示意图。

其中，10：叶片；20：单流道；1：第一模块；2：第二模块；3：第三模块；4：第四模块；5：加强筋。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

电火花加工利用放电产生的瞬时高温，将与电极相对的工件表面熔化，逐渐蚀除材料，达到加工的目的。因此，本实施例采用分体电极电火花加工方法来制备整体闭式叶轮，以图1所示的整体闭式叶轮结构为例对分体电极电火花加工方法的具体实施方式进行说明。

首先，根据图1所示的整体闭式叶轮的内部型腔结构形式，即形状和尺寸，提取如图2所示的整体闭式叶轮内部单个流道的三维模型，单个流道为图1中所示的，相邻两个叶片10之间的单流道20；因整体闭式叶轮内部的多个流道的形状和尺寸完全相同，所以提取单个流道的三维模型就能够实现对所有流道的加工制作。

然后，在保证结构强度、足够让位空间和加工轨迹合理的前提下，将图2所示单个流道三维模型根据放电间隙要求进行缩放，并将缩放后的三维模型分割拆分成多个模块，本实施例优选拆分成如图3所示的第一模块1、第二模块2，第三模块3和第四模块4。然后，在综合考虑结构强度、放电加工精度、机床结构和工装设计的基础上，通过结构优化和运动仿真根据第一模块1、第二模块2，第三模块3和第四模块4，依次设计完成与各模块对应的分体电极，使用与每个模块相对应的分体电极进行电火花加工，以形成与缩放前的三维模型相同的单个流道。

最后重复进行电火花加工，实现整体闭式叶轮上其他单流道的加工制作。

本实施例中，在进行单个流道三维模型的缩放时，优选缩放后的三维模型比未缩放的三维模型的体积小，缩放后的三维模型各表面距离未缩放的三维模型的相应的表面之间的间隙宽度在0.1mm-0.2mm之间，即将缩放后的三维模型和未缩放的三维模型进行中心重合放置，并保证两个模型的各个表面对应平行，此时两个模型对应表面之间的间隙相同，且间隙宽度在0.1mm-0.2mm之间。该间隙的设置，能够与电火花加工的特点相适配，将缩放后的三维模型作为加工模型依据，在电火花加工过程中，产生的富余量刚好弥补缩小的间隙，最终实现与预设尺寸的完全吻合，达到高精度高质量加工。

在对单流道缩放后的三维模型进行拆分时，以拆分后的各模块之间电火花加工互不干涉、每个模块所覆盖的范围尽可能大、所使用的分体电极的数量尽可能少为准，优选地，对所述缩放后的三维模型沿其厚度方向进行拆分，分为两部分，然后沿其宽度方向再进行拆分，分为两部分，最终形成所述四个模块，分别为第一模块1、第二模块2、第三模块3和第四模块4，所述第一模块1的厚度与所述第四模块4同层，两者的厚度相同，所述第二模块2和第三模块3同层，两者的厚度相同，所述第一模块1和第二模块2上下层叠，所述第三模块3和第四模块4上下层叠，所述第一模块1和第四模块4的厚度比所述第二模块2和第三模块3的厚度大，所述第一模块1和第二模块2的宽度比所述第三模块3和第四模块4的宽度大，所述第一模块1和第二模块2的厚度之和比缩放前三维模型的厚度大0.5mm-1mm；所述第一模块1和第四模块4的宽度之和比缩放前三维模型的宽度大0.5mm-1mm。该结构的拆分以及尺寸的限制，使得每个电极进行电火花加工时，电极的加工空间大，可避免与闭式叶轮最终型腔面的干涉，并可实现高精度仿形放电加工；各个电极按设定的轨道加工，最终能加出闭式叶轮型内部型腔；待加工的流道型腔面有重合区域，以避免有加工不到的区域和加工痕迹出现。

本实施例根据运动轨迹仿真结果生成电火花放电加工程序，根据电极三维模型加工制造相应实体分体电极。按照最优加工轨迹依次用四个分体电极加工流道整体闭式叶轮的内部型腔，在加工过程中通过多轴联动电火花加工机床各轴的联动配合，完成整体闭式叶轮内部型腔的精密加工。

本实施例中多轴联动的电火花数控加工能够完成非常复杂的空间轨迹运动，在加工小流道整体闭式叶轮时，结合分体电极电火花加工方法，能够灵活地解决复杂曲面加工中的刀具让位和干涉问题。采用分体电极加工方法的电火花加工技术在加工整体闭式叶轮时，具有加工精度高、加工效率高和加工成本低等优点。

实施例2

本实施例提供了一种实施例1所使用的分体电极，所述分体电极包括多个单电极，单电极的数量与单个流道缩放后的三维模型划分形成的模块的数量相等，每个单电极通过电火花加工与其对应的单个流道所划分的模块，在实施例1中具有四个流道模块的前提下，本实施例将单电极设置为四个，四个单电极对应加工单流道三维模型所拆分的四个模块。四个单电极根据流道型腔特点加工而成，所有单电极组合而成的实体的外部轮廓面与闭式叶轮流道型腔高度吻合。

与实施例1中的四个模块相对应，单电极具有四个，分别为第一电极、第二电极、第三电极和第四电极。所述第一电极的厚度与所述第四电极的厚度相同，所述第二电极和第三电极的厚度相同，所述第一电极和第二电极的表面形状相同，所述第三电极和第四电极的表面形状相同；所述第一电极的厚度大于所述第二电极的厚度；所述第二电极的宽度大于第三电极的宽度，所述第一电极的宽度大于第四电极的宽度。

为了保证分体电极有足够强度，以确保加工精度，单个流道的三维模型所划分的模块中，宽度较小的模块所对应的分体电极上设置有加强筋，所述加强筋沿该分体电极的长度方向布置。具体地，第三电极和第四电极的宽度较小，该两个单电极上需要设置加强筋5，如图4所示，通过加强筋5的设置，能够保证该单电极的强度，提高电火花加工效率和质量。

由以上实施例可以看出，本发明由于采用电火花放电加工方式，能够高效和高精度加工各种难加工材料，如高温合金、钛合金等；分体电极加工方法中，通过模块划分，所采用的各个电极的体积较小，有充足的空间来实现电极的回退和让位，因此能够加工流道型腔小、空间结构复杂的整体闭式叶轮；虽然有些闭式整体叶轮内部型腔结构复杂（例如三元整体闭式叶轮），但是每个分体电极的加工轨迹较为简单，从而可降低编程难度和保证加工精度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种分体电极电火花加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：根据整体闭式叶轮内部型腔的形状和尺寸，提取整体闭式叶轮内部单个流道的三维模型；

步骤2：将所述单个流道的三维模型进行缩放，并将缩放后的三维模型进行区域划分，划分成多个模块；

步骤3：根据每个模块的形状和尺寸，使用与每个模块相对应的电极进行电火花加工，以形成与缩放前的三维模型相同的单个流道；

步骤4：重复上述步骤3，进行其他流道的电火花加工制作。

2.如权利要求1所述的分体电极电火花加工方法，其特征在于，所述步骤2中，单个流道缩放后的三维模型比未缩放的三维模型的体积小，缩放后的三维模型各表面距离未缩放的三维模型的相应的表面之间的间隙宽度在0.1mm-0.2mm之间。

3.如权利要求1所述的分体电极电火花加工方法，其特征在于，所述步骤2中，所述缩放后的三维模型拆分为四个模块。

4.如权利要求3所述的分体电极电火花加工方法，其特征在于，对所述缩放后的三维模型沿其厚度方向进行拆分，分为两部分，然后沿其宽度方向再进行拆分，分为两部分，最终形成所述四个模块，分别为第一模块、第二模块、第三模块和第四模块。

5.如权利要求4所述的分体电极电火花加工方法，其特征在于，所述第一模块的厚度与所述第四模块的厚度相同，所述第二模块和第三模块的厚度相同，所述第一模块和第二模块上下层叠，所述第三模块和第四模块上下层叠。

6.如权利要求5所述的分体电极电火花加工方法，其特征在于，所述第一模块的厚度与所述第二模块的厚度不相等。

7.如权利要求5所述的分体电极电火花加工方法，其特征在于，所述第二模块的宽度和第三模块的宽度不相等，所述第一模块的宽度和第四模块的宽度不相等。

8.如权利要求7所述的分体电极电火花加工方法，其特征在于，所述第一模块和第二模块的厚度之和比缩放前三维模型的厚度大0.5mm-1mm；所述第一模块和第四模块的宽度之和比缩放前三维模型的宽度大0.5mm-1mm。

9.基于权利要求1-8中任一项所述的分体电极电火花加工方法所采用的分体电极，其特征在于，所述分体电极的数量与单个流道缩放后的三维模型划分形成的模块的数量相等且各个分体电极后与所述单个流道的形状和尺寸相等，每个分体电极通过电火花加工与其对应的单个流道所划分的模块。

10.如权利要求9所述的分体电极，其特征在于，单个流道的三维模型所划分的模块中，宽度较小的模块所对应的分体电极上设置有加强筋，所述加强筋沿该分体电极的长度方向布置。