筋板石墨电极加工工艺怎样优化

分类：艺术设计论文发表 时间：2019-07-15 11:56 关注：(1)

　　这篇论文主要介绍的是筋板石墨电极加工工艺怎样优化的内容，本文作者就是通过对筋板石墨电极的相关内容做出详细的阐述与介绍，特推荐这篇优秀的文章供相关人士参考。

　　关键词：筋板石墨电极;加工工艺;优化研究

　　随着当今产品的不断更新和复杂化，模具制造行业面临着交货周期短、表面质量要求越来越高的压力，而电火花电极加工在模具制造中扮演着重要的角色，电极的数控加工直接影响模具零件的表面质量。石墨电极与铜电极相比，具有耐高温、不消熔、放电效率高、电极损耗小、质量轻、机械加工性能好、无毛刺、不变形、放电表面质量均匀以及放电效率是铜的1.5~3倍等优点。鉴于石墨电极的诸多优点，目前越来越多的模具企业使用石墨电极取代红铜电极，既可以节省加工成本，又能提高加工效率。石墨电极加工时，壁厚越薄且高，加工难度越大[1]，尤其是在加工筋板类石墨电极时，容易出现崩角、断裂、弹刀等技术难题，为此需要不断地摸索解决加工难题的有效方法，在电极的拆解与程序的编写上不断优化研究。

　　1加工工艺技术分析

　　1.1加工过程中崩角或崩断的原因在石墨电极加工过程中，筋板电极是加工中的一大难题，常发生在崩角或崩断，主要原因有以下几点。(1)石墨材料较脆，电极顶部的尖角、圆角或拐角位置在加工过程中因为受铣削力度、铣削方向、铣削角度等方面的因素影响，导致在铣削时刀具对电极冲击，电极容易产生崩角或绷断，也有可能报废。(2)根据不同的形体大小选择刀具，刀具装夹过长，容易产生刀摆、让刀或弹刀，刀具过大，下刀量过大容易引起崩角或崩断。(3)预留量。在电极粗加工时，需要先测量电极的最薄位置，筋骨的最薄厚度，根据电极的高度、壁厚确定预留量多少，保证粗加工后的壁厚，以免留料太少下一把刀加工时电极崩角或崩断。(4)电极精加工刀路顺序。区别筋板电极与一般电极的精加工刀路顺序，如果在做筋板电极刀路时同样按照常规做法，先用大刀加工外形，再用小刀精铣局部区域，当大刀加工完成后，小刀加工时由于余量不均容易产生崩角或绷断。如图1—3所示为企业加工过程中发生的崩角、崩碎、崩断1.2电极的表面质量和尺寸公差加工后，电极的表面质量和尺寸公差不能得到保证。加工电极表面时，在精加工中会因为刀具磨损，使加工后的表面留料不均匀，或同一表面采用两把不同大小的刀具加工，容易产生接痕，质量都不能得到保证;筋板石墨电极在加工过程中，由于大刀与小刀有相接刀路，两刀的受力不均，加工后的电极尺寸容易产生偏差;加工时，让刀和弹刀引起的欠切、加工中的过切、弹刀都会影响加工后的尺寸，并不能保证在电极公差范围[2]。因此在制作电极刀路时，须选择优化刀路措施解决加工中的问题。

　　2优化电极加工中的解决措施

　　综合上述问题，在刀路上不断做出优化，并在现场进行测试，得出结论，从以下几个方面解决问题。(1)选择刀具时，首先测量电极的大小，选择合适的刀具加工，加工前需坚持刀具刀刃是否磨损，做精加工刀路时，尽量避免同一表面两把不同大小的刀具精加工，一是容易产生二次加工引起崩碎，二是容易产生接痕影响尺寸公差;当电极顶面是弧面或斜面时，用球刀加工，铣削侧壁建议采用圆鼻刀，圆鼻刀在高速切削时较稳定，由于刀刃带小圆角，切削效果好，能保证尺寸需求，优于球刀和平底刀的加工。(2)电极加工时的铣削角度。切削斜面或曲面时，建议采用合适的角度加工，一般选用45°或135°这样的斜角度加工，即有利于加工后的表面质量，也减少了刀具加工中的震动和磨损，并且石墨电极崩角或崩断现象也不容易出现。(3)优化粗加工刀路的参数设置。由于筋板石墨电极筋骨壁厚太薄，粗加工时预留量偏小，在精加工时由于壁厚太薄，下刀容易崩碎，所以在粗加工时将预留量适当加大，保证筋板的强度，并且下刀量不易过大;根据测试后的结果，选择合理的切削参数、主轴转速、进给速度[3]。(4)由于筋板电极加工难度大，为此，在编写程序上对电极的程序做了优化，并必须根据电极的先上后下原则进行加工，尤其加工表面是斜面或弧面时，优先加工表面，并且需要做保护侧壁的假体电极，而在加工侧壁刀路时，需做假体电极保护已加工的表面，因考虑到电极的放电间隙，以免加工第一刀碰到电极，产生崩碎。

　　3筋板石墨电极数控加工案例分析

　　选用在某模具企业加工的电子类产品后模芯的一组筋板电极，电极材料为石墨，毛坯尺寸为：65mm×25mm×60mm(长×宽×高)。其模具电极位置如图4所示，电极形状特点如图5所示.3.1工艺分析(1)电极高度较高，最高点距底座平面为33.97mm。(2)电极筋条最小部位厚度0.91mm，带有1°的锥度，顶部为斜面加R面，筋条的最高点到基准面的距离23.97mm。(3)筋条之间的最短距离为7.43mm，为不均匀排列的窄槽，考虑到电极形体薄且高，只能用直径较小的适量小刀具加工薄片外形。3.2加工工艺过程加工前毛坯如图6所示，加工后电极如图7所示。3.2.1前期准备(1)编程软件，使用UG软件生成电极刀路。(2)机床选用米克朗HSM600加工中心进行高速加工(瑞士米克朗公司，加工系统为海德汉，设备具备高转速、高进给、低切削的优点，最高转速可达到40000r/min)。(3)选刀，考虑到石墨材质，选用KHC石墨进口钨钢铣刀，镀层技术好，切削效率高，加工稳定，刀具不易磨损。(4)装夹电极毛坯，选用本公司特制的EROWA夹具进行装夹[4]，先将电极毛坯料夹持位装于夹具内，并用卡尺量出电极要预留的整体铣削高度，确保电极加工后的高度，以免材料不够产生过切或撞刀。然后把夹具的螺钉锁紧。3.2.2数控加工过程(1)加工毛坯上表面。由于电极加工前是毛坯料，为保证电极加工后的高度尺寸精准，在加工前先在顶面铣出一个平面，因此，第一步先用FACE_MILLING平面铣削的加工方法光平表面，刀路如图8所示。(2)粗加工。采用D10钨钢刀具CAVITY_MILL型腔铣开粗整个电极外形和基准框。此电极为薄壁筋板电极，壁厚太薄[5]，在编程前必须考虑到加工中可能遇到的品质问题，如电极崩角、崩断、弹刀，因此不能按照常规的思维去编写程式，为此参考了专业加工石墨电极的“石金精密科技(深圳)有限公司”的参数设置表，预留量太少在精加工时容易引起弹刀过切或者崩角、崩断，预留量过多也会增加精加工刀具的震动量大、易磨损、负荷量大，缩小刀具的寿命。在骨位高度为15～25mm，开粗后保证骨厚3～3.5mm，此筋板壁厚为0.91mm，在开粗时形体侧壁预留设置1.1mm，底部预留0.1mm，以保证开粗后形体粗壮，基准侧壁预留0.2mm，底部预留0.1mm，下刀量为2mm，转速为7000r/min，进给10400mm/min;刀路如图9所示。(3)二次开粗及半精加工。此电极俩筋板中间距离为7.43mm，考虑了预留的问题，因此选用D4钨钢刀具型腔铣(CAVITY_MILL)，用参考刀具的方法进行二次开粗，去除中间残料(参考刀具时需大于上一把刀)，这里参考D10.5刀具，预留量如D10刀具一样，下刀量为0.8mm，转速为16000r/min，进给4000mm/min;由于电极形体表面为斜面加圆弧面，考虑到开粗后表面残料太多，对精加工刀具损耗也大，精加工时，难以达到表面品质要求，建议利用D4刀曲面投影(FIXED_CONTOUR)加工方式进行表面中胚加工，并采用45°的切削角度，斜角度加工可以保证表面加工均匀，提高了电极加工后的表面质量，达到尺寸公差需求。加工参数设置，预留量为0.2mm，下刀量为0.3mm，转速为16000r/min，进给4000mm/min;D4二次开粗和半精加工刀路如图11、12所示。(4)筋板外形精加工。精加工时公差设置为0.005mm(根据产品的精度要求定义)，此电极形体表面为斜面加R面，电极筋骨位太高，在切屑表面时容易引起崩角、骨位崩断等情况。需采用先上后下编程原则进行走刀[6]，电极高而薄，不宜选用大刀，选用D4R2曲面投影(FIXED_CONTOUR)加工方式铣顶部，石墨取-0.1mm的电极火花加工间隙，下刀量为0.12mm，转速为17000r/min，进给3500mm/min，如图13所示;表面加工后即可铣电极外形，因电极壁厚太薄，并带有锥度，用球刀是属于点接触切削加工，容易在进刀时发生崩角，或崩断，采用平刀在切削锥度电极时下刀量不能太大，提升不了加工效率且尺寸不能保证，综合考虑，选用D4R0.2圆鼻刀等高环绕(ZLEVEL_PROFILE)方式加工，取-0.1mm是电极预留火花加工间隙，下刀量为0.12mm，转速15000r/min，进给3500mm/min;刀路如图13、14所示。(5)电极基准加工，由于电极基准是电火花加工碰数的基准，一定要精准，因此在选刀时要用新刀加工[7]，刀刃锋利，一般采用和开粗同等直径的新刀。从上到下，先铣基准平面，D10钨钢刀具精铣基准平面(FACE_MILL⁃ING)，在精修基准时为避免弹刀，采用“吃底不吃边”原则，因此光面时侧壁预留需大于前一把刀走完的余量，侧壁留0.5mm即可，底部到数0mm，在精修转速为8000r/min，进给1000mm/min，如图15所示;再铣基准外形，与基准平面使用同一把刀具，D10钨钢刀具精铣基准外(PLANAR_MILL)，采用“吃边不吃底”原则，侧壁到数0mm，底部留大于开粗时的底部预留量，留0.12mm即可，下刀量为10mm，加铣一刀。转速、进给同光基准面一样，刀路如图15、16所示，电极数控加工工艺程序单如图17所示。

　　4结论

　　数控编程工艺是整个的参数设置、刀具、加工方法，按不同的顺序铣削，最终加工效果也是有区别的。经过刀路的优化和现场加工的实验，得出以下工艺路线：电极粗加工→小刀采用参考刀具二次开粗→斜面和圆弧面精加工→精加工薄壁外形→精加工基准平面及基准外形[8]。该案例筋板石墨电极需要注意到以下的细节问题：(1)壁厚太薄太高，在开粗时需注意预留量，如按常规电极预留0.1mm，在开粗时可能就出现崩角、崩断，所以需多预留以加强壁厚;(2)俩肋中间距离窄，大刀开不进去，表面曲面和R面开粗不够，都需二次开粗，以免精光形体时中间留料，料太多不均匀而产生弹刀或过切，对刀具损耗大;(3)精光时应先铣顶面再铣外形，并在铣顶部或侧壁时做虚拟电极假体，起保护作用，以保证不会出现崩断、崩角;(4)在电极加工中充分利用了米克朗机床的高转速、高进给、低切削的性能，以保证了加工的良好品质。但此电极特殊，在设置进给参数方面，需适量降低进给，并减少下刀量，以保证精度。笔者从选择刀具参数、切削角度、加工参数、工艺编制方法等方面探讨了筋板石墨电极的加工工艺，并在实际电火花加工中得到了验证，效果良好，真正解决了筋板石墨电极在数控加工中的技术难题。

　　作者：袁星华 李丽 单位：广州市市政职业学校 广州白云工商高级技工学校