CN114951855A - 一种用于闭式整体叶轮高效放电加工的新型群组合电极 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电火花成形加工设备技术领域，针对决复杂三维曲面零件的五轴联动电火花成型加工中加工效率低、电极损耗量多的技术问题，本发明提供一种用于闭式整体叶轮高效放电加工的新型群组合电极，提出将粗、精加工分开，采用不同的方法，使粗加工具有更高的加工效率；以5个流道的闭式整体叶轮为例，本发明提出将复杂电极在能够克服运动干涉的情况下进行分割优化，并将粗加工的分解电极改为组合的管电极组。在此基础上本发明根据组合的管电极组的特点，提供了一种用于闭式整体叶轮高效放电加工的新型群组合电极所运用的夹具装置，电极安装座上设计均布有电极管安装导向阵列孔，其中电极管的安装采用离散阵列排列，实现曲面仿形。
Description
技术领域
本发明提出一种用于闭式整体叶轮高效放电加工的新型群组合电极。用于解决复杂三维曲面零件五轴联动电火花成型加工中（如闭式整体叶轮）加工效率低、电极损耗量多的难题。
背景技术
闭式整体叶轮和整体带冠涡轮盘多为钛合金和高温耐热合金、耐低温合金材料等难加工材料，这些零件具有复杂的空间型面，且型面扭曲角度很大。如果采用金属切割的方法加工，会遇到道具变形大，磨损严重而使加工精度难以保证，空间扭曲角度大的零件还会导致刀具干涉而无法继续加工下去。目前针对大扭曲角度型面零件的加工方法还有电解加工和3D打印，电解加工有电极不损耗的优点，但加工精度比较低，3D打印目前成本很高且加工精度比较低，因此这两种加工方法都因加工精度不能达到最终要求而未能在工程上应用。采用五轴以上多轴联动电火花成型加工技术是较实用的加工方法。但由于空间曲面结构复杂，电火花成型加工要采用将电极分解为多个分电极后才能避免空间干涉、加工精度等问题，这样会导致加工效率降低且加工用的电极数量倍增，使成本增高。
发明内容
为解决复杂三维曲面零件的五轴联动电火花成型加工中加工效率低、电极损耗量多的难题，本发明提出将粗、精加工分开，采用不同的方法，使粗加工具有更高的加工效率，而精加工还继续使用分解电极的精确加工方法。本发明中粗加工采用一种可以灵活调整空间型位的群组电极，电极采用中空的电极管，冷却加工液通过电极管中心孔高速冲出，这样可以使加工屑迅速排除并降低了加工区域温度，防止产生电弧、短路等有害放电状态从而大大提高粗加工的加工效率，并可通过调整电极夹具进行电极损耗补偿，避免更换和制作更多新电极，这样提高了加工效率并降低了加工成本。
本发明以5个流道为例，如图1所示为三维大角度扭曲的闭式整体叶轮，上部为1～5个较小的入口，下部为较大的出口，中间虚线为流道部分，本图为了清楚起见只描绘了一个流道。图2所示实体为图1叶轮的空间曲面流道实体。电火花五轴联动成型加工就是依据这个流道的曲面实体，按放电间隙和运动轨迹进行缩小获得电极实体模型，以这个电极去优化放电加工进给、回退运动轨迹，以这个轨迹分解为机床五个空间轴的插补轨迹进行数控编程，使用数控程序完成电火花加工。由图2可知，电极上下、左右两个方向的扭曲角度都很大，为了避免电极曲面与工件流道曲面运动干涉，将复杂的电极实体先分割为上、下两部分，下部在分割为4个部分，上部分割为2个部分，这样电极实体共被分割为6个部分。
可以由现在流行的计算机三维造型仿真软件（如Solidworks）实现仿真运动干涉，将电极分割优化为不干涉为止，当然分割优化的数量越少越好。分割后的分电极相对于原来的整体电极体积更小、形状更简单，解决了运动干涉问题。但分割后尖棱尖角可能变多，这导致电火花放电加工效率大大下降，电极损耗变大，为完成加工而使用的电极数量大大增加。
本发明就是为解决这一难题，将粗加工的分解电极改为组合的管电极组，管电极沿横纵两方向在横截面内按阵列均匀排布，垂直方向按电极空间曲面高度方向分量伸缩排布，这就使电极管阵列排布组成的群组电极离散地仿形了电极曲面(即流道实体曲面)。图4所示为电极管阵列中横向单排管电极垂直向排列所构成的空间曲线，再按纵向排列为多排即可组成所需的空间曲面。
附图说明
图1所示实体为本发明实例的三维大角度扭曲的闭式整体叶轮；
图2所示实体为本发明实例中图1叶轮的空间曲面流道实体；
图3所示实体为本发明实例的电极分割示意图；
图4所示为电极管阵列中横向单排管电极垂直向排列所构成的空间曲线图；
图5所示为夹具装置的正视图和俯视图；
图6所示为夹具侧视图；
图7所示为夹具左右调整夹紧示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案左进一步说明
本发明提供了一种用于闭式整体叶轮高效放电加工的新型群组合电极所运用的夹具装置。图5和图6所示，为夹具装置的基本三视图。夹具主要由电极安装座、电极上夹板、电极下夹板三个主要部分组成，他们通过左右两侧各个安装导向螺钉安装在一起。电极安装座上设计均布有电极管安装导向阵列孔，这些孔与电极上下夹板的夹紧孔对应，即电极上、下夹板上相应位置也设计均布有电极管夹紧孔。如图7所示夹具电极安装座左右两侧中心部位各有一个夹具夹紧微调螺钉。调整左右两个螺钉使其分别支撑安装座和上夹板，这样使上夹板和下夹板相对点击安装座实现左右移动，即使电极安装座的电极管安装导向孔中心位置与上、下夹板的夹紧孔中心位置分别实现左右偏移，这样就实现了夹紧列阵孔中电极管的作用。在本发明中，如果夹具的夹紧力不够，本发明设计的这种结构允许增加上、下夹板的数量，即可增加到2对或4对以上，将会使夹紧力大大增加。另一种方法是将导向孔和夹紧孔的孔壁增大粗糙度来增大夹紧力。
用计算机建立粗加工电极的三维模型，如图4所示，从中可以获得每根电极管在夹具底部的伸出长度，从而实现了垂直方向定位要求。调整时先将夹具左右夹紧微调螺钉，调整到电极管可以用手动伸缩但不能被重力作用而脱落即可，随后可调整每根电极管长度。这一过程也可以由电火花机床的主伺服轴按数控编程以合适的进给速度触碰电极管来实现自动高效调整。电极管尾部通过软管统一连接到高压加工液供给回路上，因这部分没有技术难度也并非本发明的权利要求部分，本发明不做详述。
图5的俯视图示意了少量的电极管安装孔阵列位置。电极管安装孔可以按照加工的不同要求（如零件的大小、整体闭式叶轮或带冠涡轮盘的流道大小，空间曲面的复杂程度等）选择0.3mm~3mm的常规孔径。铜管直径越大，则密封安装工艺越简单，只要曲面粗加工精度的干涉条件允许，尽量选用大直径的铜管，可以使用更大的放电能量和获得更小的电极损耗。
另外，由于采用离散阵列排列电极管，实现曲面仿形，如果电极管排列密度不够高，则电极管与电极管之间所对应的工件部位可能会出现未加工到区域。本发明提出电极管排列要尽量密集，另外可以通过整体平移的方法来解决。具体操作过程是在横向和纵向可以先后各移动一个位移量（使电极管移到未加工的区域内），然后将电极管按三维模型对应平移后的位置信息重新调整垂直方向位置并定位。如果未加工区域余量不大的情况下，也可以通过加大摇动量（电火花形成加工中的一种运动方式）的方法来解决，但这种方法的缺点是效率会被降低。
由于本发明中阵列电极的电极管中可以充入高压加工液，通过对加工区域快速降温和排屑，进而可以成倍加大放电加工电流，使粗加工效率得到成倍提高。
Claims (5)
1.一种用于闭式整体叶轮高效放电加工的新型群组合电极的加工方法，其特征在于：将粗、精加工分开，采用不同的方法，使粗加工具有更高的加工效率，而精加工还继续使用分解电极的精确加工方法；粗加工采用一种可以灵活调整空间型位的群组电极，电极采用中空的电极管，冷却加工液通过电极管中心孔高速冲出。
2.根据权利要求1所述的一种用于闭式整体叶轮高效放电加工的新型群组合电极的加工方法，其特征在于：将粗加工的分解电极改为组合的管电极组，管电极沿横纵两个方向在横截面内按阵列均匀排布，垂直方向按电极空间曲面高度方向分量伸缩排布，这就使电极管阵列排布组成的群组电极离散地仿形了电极曲面。
3.根据权利要求2所述的一种用于闭式整体叶轮高效放电加工的新型群组合电极的安装方式，其特征在于：电极管与电极管之间所对应的工件部位可能会出现未加工到区域，那么就要求电极管排列要尽量密集，可以通过整体平移的方法来解决。
4.根据权利要求2所述的一种用于闭式整体叶轮高效放电加工的新型群组合电极，其特征在于：以5个流道的闭式整体叶轮为例，需要依据流道的曲面实体按放电间隙和运动轨迹进行缩小获得电极实体模型，以这个电极去优化放电加工进给、回退运动轨迹，以这个轨迹分解为机床五个空间轴的插补轨迹进行数控编程，使用数控程序完成电火花加工。
5.为了避免电极曲面与工件流道曲面运动干涉，将复杂的电极实体进行分割优化。
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