CN109570659B - 一种电火花加工淬火钢螺纹的电极设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电火花加工淬火钢螺纹的电极设计方法，包括如下步骤：确定电极大径d1，电极大径d1必须小于要加工螺纹的螺纹小径D2；确定电极小径d2；确定电极螺旋线的有效段、旋入段和旋出段的半径以及螺距；根据获得的电极大径、电极小径和电极螺旋线的数据进行电极的三维建模。本发明具有如下有益效果：本发明提出的电火花加工螺纹的电极设计方法能够保证螺纹的连续性，控制螺纹表面的质量。

Description

一种电火花加工淬火钢螺纹的电极设计方法
技术领域
本发明涉及电极设计方法技术领域，尤其是涉及一种能够保证螺纹连续，控制螺纹表面质量的一种电火花加工淬火钢螺纹的电极设计方法。
背景技术
模具制造中会遇到一些加工要求，如在已淬火的钢件上加工螺纹，在硬质合金上加工螺纹或者由于刀具受空间位置所限，螺纹需采用电火花成型加工等等；电火花加工螺纹的关键是电极的制作，尤其是对加工损耗大、尺寸精度和表面粗糙度要求较高的零件，我们一般采用单电极旋转平动法来加工，但是目前没有统一的电极设计方法。
发明内容
本发明为了克服现有技术中存在的没有统一的电极设计方法的不足，提供了一种能够保证螺纹连续，控制螺纹表面质量的一种电火花加工淬火钢螺纹的电极设计方法。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种电火花加工淬火钢螺纹的电极设计方法，包括如下步骤：
(1-1)确定电极大径d1，电极大径d1必须小于要加工螺纹的螺纹小径D2；
(1-2)确定电极小径d2；
(1-3)确定电极螺旋线的有效段、旋入段和旋出段的半径以及螺距；
(1-4)根据获得的电极大径、电极小径和电极螺旋线的数据进行电极的三维建模。
本发明先确定电极大径和电极小径，然后再确定电极各段螺旋线的半径以及螺距，最后根据获得的电极大径、电极小径和电极各段螺旋线的数据进行电极的三维建模，该方法能够保证螺纹的连续性，控制螺纹表面的质量。
作为优选，电极大径d1的计算公式如下：
d1＝D2-Δd
其中，Δd为电极大径与要加工螺纹的螺纹小径D2之间的间隙。
作为优选，电极小径d2的计算公式如下：
d2＝d1-(H+0.05)×2
其中，
Figure BDA0001903002960000021
H为螺纹齿面高度，D1为要加工螺纹的螺纹大径。
作为优选，电极螺旋线的有效段的半径以及螺距的计算方法如下：
Figure BDA0001903002960000022
pc＝p；
其中，rc为有效段的半径，pc为有效段的螺距，p为要加工螺纹的螺纹螺距。
作为优选，电极螺旋线的旋入段的半径以及螺距的计算方法如下：
(5-1)在电极螺旋线的旋入段上任意取三个点a，b，c，其中a点为有效段和旋入段的重合点；
(5-2)根据电火花平动加工电极时，每个点移动的位置在电极中心的法线上，得到电极上的a1，b1，c1三个近似点：
a1＝a+φ；
b1＝b+φ；
c1＝c+φ；
Figure BDA0001903002960000023
其中，φ为电火花加工螺纹的摇动量，T为火花间隙。
(5-3)对获得的a1，b1，c1三个近似点进行圆弧拟合，利用三点确定一个圆得出电极螺旋线的旋入段的半径ra；
(5-4)根据公式
Figure BDA0001903002960000024
计算电极螺旋线的螺旋升角，其中，
Figure BDA0001903002960000025
为电极螺旋线的螺旋升角，pa为电极螺旋线的旋入段的螺距；
(5-5)根据公式
Figure BDA0001903002960000026
计算要电极螺旋线的有效段的螺旋升角，其中，
Figure BDA0001903002960000031
为电极螺旋线的有效段的螺旋升角；
(5-6)根据电极螺旋线的旋入段和旋出段的圆弧和电极螺旋线有效段连接处的螺旋升角相等，得到
Figure BDA0001903002960000032
因此，
Figure BDA0001903002960000033
作为优选，Δd的取值范围为0.2mm-0.5mm。
作为优选，T的取值范围为0.02mm-0.05mm。
因此，本发明具有如下有益效果：本发明通用性强，本发明提出的一种电火花加工淬火钢螺纹的电极设计方法能够保证螺纹的连续性，控制螺纹表面的质量。
附图说明
图1是本发明的一种流程图；
图2是本发明电极与要加工的螺纹的位置关系的一种平面图；
图3是电极齿形截面图；
图4是本发明未拟合前的电极螺旋线的一种平面图；
图5是本发明完成圆弧拟合后的电极螺旋线的一种平面图；
图6是本发明的完成圆拟合的电极螺旋线的一种平面图；
图7是本发明的一种模型图。
图中：有效段1、旋入段2、旋出段3、法线4、电极螺旋线5。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步描述：
如图1所示的实施例是一种电火花加工淬火钢螺纹的电极设计方法，以一组注塑模具上的瓶口唇模为例，瓶口唇模的螺口为三头螺纹，螺纹螺旋线的有效范围为120°，电极设计方法包括如下步骤：
步骤100，确定电极大径d1；
考虑基体硬度较高，选择电火花加工三头螺纹，电极大径的选用原则是以能放入瓶口唇模的内腔为准，如图2所示，即电极大径d1必须小于要加工螺纹的螺纹小径D2，以便电极能顺利进入，电极大径d1的计算公式如下：
d1＝D2-Δd
其中，Δd为电极大径与要加工螺纹的螺纹小径D2之间的间隙，Δd的取值为0.3mm；
步骤200，确定电极小径d2；
确定了电极大径之后，根据螺纹齿面高度H来反算电极小径d2，在加工螺纹的过程中，要加工螺纹的螺纹小径D2不参与火花放点，因此，在设计过程中，如图3所示，直接将螺纹加深0.05mm，从而将螺纹齿面高度改为H+0.05，当设定火花间隙为T时，电极小径d2的计算公式如下：
d2＝d1-(H+0.05)×2
其中，
Figure BDA0001903002960000041
H为螺纹齿面高度，D1为要加工螺纹的螺纹大径；
步骤300，如图6和图7所示，确定电极螺旋线5的有效段1、旋入段2和旋出段3的半径以及螺距；
根据电火花加工原理，绘制电极螺纹扫描线原则，电极加工时，采取的是平面内摇动，电极螺纹和瓶口唇模螺纹的螺距相同，电极螺旋线的旋入段和旋出段的圆弧均与电极螺旋线有效段连接处的螺旋升角相等，这样能够保证旋进旋出的顺畅。
如图4所示，电极螺旋线可分解成三段，有效段1，旋入段2和旋出段3，在保证电极和螺纹螺旋升角一致的前提下，分别来确定电极每段螺旋线的半径和螺距。
步骤301，电极螺旋线的有效段的半径以及螺距的计算方法如下：
Figure BDA0001903002960000042
pc＝p；
其中，rc为有效段的半径，pc为有效段的螺距，p为要加工螺纹的螺纹螺距。
步骤302，电极螺旋线的旋入段的半径以及螺距的计算方法如下：
通过在电极螺旋线的旋入段上任意取n(n≥3)个点来近似拟合圆弧，根据拟合得到的圆弧获得电极螺旋线的旋入段的近似半径ra，因为电极螺旋线的旋入段比较短，可以根据三点确定一个圆的规则获得电极螺旋线的旋入段的半径ra，令n＝3，所以，如图4所示，在电极螺旋线的旋入段上任意取三个点a，b，c，其中a点为有效段和旋入段的重合点，a点与电极段上相对应的点一定在过中心的法线4上，因此可确定a1点位置；
a-a1＝φ；其中，
Figure BDA0001903002960000051
由于电极螺旋线的旋入段的半径ra的圆弧中心不是电极中心，根据电火花平动加工电极时，每个点移动的位置在电极中心的法线上，如图5所示，得到电极上的a1，b1，c1三个近似点：
a1＝a+φ；
b1＝b+φ；
c1＝c+φ；
其中，φ为电火花加工螺纹的摇动量，T为火花间隙，T的取值为0.03mm；
对获得的a1，b1，c1三个近似点进行圆弧拟合，如图6所示，利用三点确定一个圆得出电极螺旋线的旋入段的半径ra；
根据公式
Figure BDA0001903002960000052
计算电极螺旋线的螺旋升角，其中，
Figure BDA0001903002960000053
为电极螺旋线的旋入段的螺旋升角，pa为电极螺旋线的旋入段的螺距；
根据公式
Figure BDA0001903002960000054
计算要电极螺旋线的有效段的螺旋升角，其中，
Figure BDA0001903002960000055
为电极螺旋线的有效段的螺旋升角；
根据电极螺旋线的旋入段和旋出段的圆弧和电极螺旋线有效段连接处的螺旋升角相等，得到
Figure BDA0001903002960000056
因此，
Figure BDA0001903002960000057
步骤303，电极螺旋线的旋出段的半径以及螺距的计算方法与电极螺旋线的旋入段的半径以及螺距的计算方法类似，电极螺旋线的旋出段比电极螺旋线的旋入段长，如图4所示，选取d、e、f、g、h、i和j点来近似拟合圆弧，d点为有效段和旋出段的重合点，d、e、f、g、h、i和j点与电极段上相对应的点一定在过中心的法线4上，如图5所示，因此可确定d1、e1、f1、g1、h1、i1和j1点位置，对获得的d1、e1、f1、g1、h1、i1和j1点进行圆弧拟合，如图6所示，根据拟合得到的圆弧来进行圆的拟合，从而获得电极螺旋线的旋出段的近似半径rb，然后，根据电极螺旋线的旋入段和旋出段的圆弧和电极螺旋线有效段连接处的螺旋升角相等，得到
Figure BDA0001903002960000061
因此，
Figure BDA0001903002960000062
其中，pb为电极螺旋线的旋出段的螺距。
步骤400，根据获得的电极大径、电极小径和电极螺旋线的数据进行电极的三维建模，如图7所示，等到建模后的图。
应理解，本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。

Claims (6)

1.一种电火花加工淬火钢螺纹的电极设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1-1)确定电极大径d1，电极大径d1必须小于要加工螺纹的螺纹小径D2；
(1-2)确定电极小径d2；
(1-3)确定电极螺旋线的有效段、旋入段和旋出段的半径以及螺距；
(1-3-1)确定电极螺旋线的有效段的半径以及螺距；
(1-3-2)在电极螺旋线的旋入段上任意取三个点a，b，c，其中a点为有效段和旋入段的重合点；
(1-3-3)根据电火花平动加工电极时，每个点移动的位置在电极中心的法线上，得到电极上的a1，b1，c1三个近似点：
a1＝a+φ；
b1＝b+φ；
c1＝c+φ；
Figure FDA0002273043680000011
其中，φ为电火花加工螺纹的摇动量，T为火花间隙；
(1-3-4)对获得的a1，b1，c1三个近似点进行圆弧拟合，利用三点确定一个圆得出电极螺旋线的旋入段的半径ra；
(1-3-5)根据公式
Figure FDA0002273043680000012
计算电极螺旋线的旋入段的螺旋升角，其中，
Figure FDA0002273043680000013
为电极螺旋线的旋入段的螺旋升角，pa为电极螺旋线的旋入段的螺距；
(1-3-6)根据公式
Figure FDA0002273043680000014
计算要电极螺旋线的有效段的螺旋升角，其中，
Figure FDA0002273043680000015
为电极螺旋线的有效段的螺旋升角；
(1-3-7)根据电极螺旋线的旋入段和旋出段的圆弧和电极螺旋线有效段连接处的螺旋升角相等，得到
Figure FDA0002273043680000021
因此，
Figure FDA0002273043680000022
(1-3-8)确定电极螺旋线的旋出段的半径以及螺距；
(1-4)根据获得的电极大径、电极小径和电极螺旋线的数据进行电极的三维建模。
2.根据权利要求1所述的一种电火花加工淬火钢螺纹的电极设计方法，其特征在于，电极大径d1的计算公式如下：
d1＝D2-Δd
其中，Δd为电极大径与要加工螺纹的螺纹小径D2之间的间隙。
3.根据权利要求1所述的一种电火花加工淬火钢螺纹的电极设计方法，其特征在于，电极小径d2的计算公式如下：
d2＝d1-(H+0.05)×2
其中，
Figure FDA0002273043680000023
H为螺纹齿面高度，D1为要加工螺纹的螺纹大径。
4.根据权利要求1所述的一种电火花加工淬火钢螺纹的电极设计方法，其特征在于，电极螺旋线的有效段的半径以及螺距的计算方法如下：
Figure FDA0002273043680000024
pc＝p；
其中，rc为有效段的半径，pc为有效段的螺距，p为要加工螺纹的螺纹螺距。
5.根据权利要求2所述的一种电火花加工淬火钢螺纹的电极设计方法，其特征在于，Δd的取值范围为0.2mm-0.5mm。
6.根据权利要求1所述的一种电火花加工淬火钢螺纹的电极设计方法，其特征在于，T的取值范围为0.02mm-0.05mm。
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