CN116021100A - 一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电极加工技术领域，公开了一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法，包括以下步骤：根据模具同一成型部位的每个成型零件的凸台分布方式，将每个成型零件以适于形成在一个工具电极的搭配结构进行组合，以确定工具电极所需加工的总的电火花加工数量，电火花加工数量以行、列或区为加工单位；确定用于电火花加工的工具电极的电加工间隙、高度和电极孔数量，其中，电极孔数量的单位与所述电火花加工数量的加工单位一致；根据已确定的工具电极的电加工间隙、高度和电极孔数量，建模出电极三维模型。本发明只需一种工具电极就可以电加工完成整套塑胶模具中所有带有凸台的成型零件，节约了工具电极材料和制造成本。

Description

一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法

技术领域

本发明属于电极加工技术领域，具体涉及一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法。

背景技术

塑胶注塑模具中，有一类应用于大型计算机中央处理器上的高速通信连接器塑胶接插件产品，这类塑胶接插件产品上分布有非常多的形状不规则的小型通孔，不同的塑胶接插件产品上孔的大小和间距是不一样的，这些小孔的大小一般在0.2mm～0.35mm之间，孔之间的距离由最初的≥0.4mm调整到了0.18mm～0.30mm之间，所有孔的内角上都有R0.05mm的圆角，而且这些孔的尺寸和表面都有严格要求。

在对应的塑胶注塑模具中，成型部分由上下模组成，上模和下模分别需要被拆分成上百个长、宽不一样的单个成型零件，这些成型零件上则分布着间距<0.4mm、个数不一样、大小在0.2mm～0.35mm之间的细小凸台，这也在成型零件加工制造方面增加了难度。

申请号为“200910059266.2”的中国专利中，公开了一种名称为“利用高速铣削对具有精密细小特征的模具加工方法”的发明专利，可直接加工出成型零件上的凸台形状，但此种方法只适合加工凸台之间间距≥0.4mm的模具成型零件。

目前，对于凸台之间间距<0.4mm的成型零件只能由成型电火花加工完成，但成型电火花加工难度很高、加工的表面有细微的凹坑，而且很容易产生倒斜，对于这类产品会严重影响脱模，从而影响产品的平面度、几何尺寸等；由于成型零件上凸台的最大横截面尺寸≤0.35mm，所以与之对应的工具电极上电加工区域需要拆分成两部分才能完成同一凸台的电火花加工；另外，上模和下模中不同成型零件对应有不同的工具电极，这样就导致需要加工制作出非常多的不同工具电极才能够完成整套模具中的成型零件的电火花加工，完成电加工后的成型零件之间的品质差异较大，很难满足要求；而且这些工具电极的加工制作数量多、难度高、时间长、成本也非常高、品质也不好控制，这也使得整个成型零件的加工制造周期增长，无法满足当前需求。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供的一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法，以实现通过一个电极工具便能够加工同一成型部位的多个不同成型零件。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法，包括以下步骤：

根据模具同一成型部位的每个成型零件的凸台分布方式，将每个成型零件以适于形成在一个工具电极的搭配结构进行组合，以确定工具电极所需加工的总的电火花加工数量，电火花加工数量以行、列或区为加工单位；

确定用于电火花加工的工具电极的电加工间隙、高度和电极孔数量，其中，电极孔数量的单位与所述电火花加工数量的加工单位一致；

根据已确定的工具电极的电加工间隙、高度和电极孔数量，通过三维软件建模出与所述工具电极相匹配的电极三维模型，电极三维模型至少具有装夹部；

加工出与所述电极三维模型的对应的电极工具；

进行成型零件上凸台的电加工。

通过上述技术方案，可通过将同一成型部位的每个成型零件的凸台按照上述的方法搭配组合，组合后的排布结构能够集中到一个电极工具上，这样便能够以同一种电极工具就可完成模具同一成型部位所有凸台成型零件的加工，节约了工具电极的材料和制造成本，并且如果模具具有多个成型部位且凸台的结构相同，那么就可以一次性加工出多个同一种电极工具，更为方便实用，如具有相同凸台结构的上模和下模。

在可能的实现方式中，所述成型部位的每个成型零件的凸台分布方式为成列分布且每个成型零件具有至少一列凸台，每个凸台的形状一致，每列相邻的两个凸台间距相等；所述电火花加工数量的单位为列；

将每个成型零件以适于形成在一个工具电极的搭配结构进行组合，包括以下步骤：

选择第一个成型零件，从同一成型部位长宽不一的成型零件中选出一个长度最长、凸台个数最多的成型零件作为第一个电加工对象；

搭配组合成型零件，以第一个成型零件为参照，分别将至少一个成型部位的所有带有凸台的成型零件在长度方向上进行搭配组合，搭配组合后形成多列成型零件，每列成型零件的每个凸台在长度方向上需要对齐、间距保持一致，且每列成型零件上最长一列的凸台个数要小于等于第一个成型零件上最长一列的凸台个数；

确定电火花加工数量，以同一成型部位的每列成型零件上凸台列数的总和为电火花电加工数量。

在可能的实现方式中，确定电火花加工数量的计算方法包括以下步骤：

设某一个成型零件的个数为Qk、凸台列数为Ck，该成型零件需要电火花电加工的数量为Tk=Qk×Ck，其中k为1、2、3......的自然数。

分别计算出上模中所有成型零件需要成型电火花电加工的数量；

计算上模中总的电火花电加工的数量T，T=T1+T2+T3+...... TN，计算下模中总的电火花电加工的数量t=t1+t2+t3+...... tN；

其中，重新搭配组合的成型零件按照组合后的零件个数和凸台列数进行计算。

在可能的实现方式中，确定用于电火花加工的工具电极的电加工间隙、高度和电极孔数量，包括以下步骤：

确定工具电极的电加工间隙，通过公式S≤（F-0.09）/2求得电加工间隙，其中，S为电加工间隙且选择范围0.03mm～0.10mm，F为成型零件上凸台之间的最小间距，0.09mm为工具电极上电极孔之间的最小厚度。

确定工具电极的高，通过公式D≤(W+S)-0.06可确定圈定钻头直径，并根据钻头直径确定钻削深度，其中，D为钻头直径，W为成型零件上的凸台最大横截面宽，0.06mm为钻削加工后工具电极上电极孔的余量，S为电加工间隙；

确定工具电极上电极孔列数，根据总的电火花加工数量和完成所有成型零件的成型电火花机床台数可确定工具电极上电极孔列数。

在可能的实现方式中，在确定工具电极上电极孔列数中，工具电极具有可降面使用次数，可降面使用次数通过计算公式G=(H-2)/h可求得，其中，G为可降面使用次数，H为工具电极的高度，h为成型零件上凸台的高度。

这样一来，通过根据工具电极的可降面使用次数确定工具电极上的电机孔列数，可得到可便于降面使用的电极孔列数。

在可能的实现方式中，在确定工具电极上电极孔列数中将可降面使用次数纳入计算后，单支工具电极上电极孔列数的计算公式为：N=[[T/(G+1)]/B/2]+3×C或N=[[t/(G+1)]/B/2]+3×C；

其中，公式中T和t根据确定电火花加工数量的计算方法的计算结果选择值最大的一个，B为工具电极支数，B值取2或4，C为上述所选第一个电加工成型零件上的凸台列数，N为单支工具电极上电极孔列数，N的计算结果取偶数。

在可能的实现方式中，所述模具具有两个成型部位且分为上模和下模，上模和下模均由多个具有若干个凸台的成型零件组成，上模和下模上的凸台间距小于0.4mm，成型零件上凸台的最大横截面尺寸小于等于0.35mm。

所述上模和所述下模分别用至少一支工具电极进行加工。

在可能的实现方式中，建模出所述电极三维模型，包括以下步骤：

采用曲面拉伸方法创建第一个曲面特征，其特征形状与凸台一致，特征高度等于优选钻头的钻削深度；

将曲面特征沿成型零件的长度方向阵列出与凸台的个数相等、距离相等的第一列曲面特征；

将第一列曲面特征沿成型零件的宽度方向阵列出凸台列与列之间距离相等、列数为N的曲面特征，N与单支工具电极上电极孔列数相同；

以整个曲面特征的对称中心，采用实体拉伸方法创建出一个将曲面特征包在中间的一对称方形基准外框，其高度和曲面特征的高度相等；

以方形基准外框上的建模基准平面为基准，采用实体拉伸方法创建与方形基准外框相连接的长≥60.0mm、宽为15.0mm、高相等的工具电极的装夹部以及3个M4.0mm的锁紧螺纹通孔和C2.0mm的方向倒角；

采用曲面实体化方法将方形基准外框内的曲面特征内侧材料进行移除，移除后在方形基准外框上形成的通孔即为电极孔。

在可能的实现方式中，在建模出所述电极三维模型后，还包括将所有成型零件与工具电极进行组装，组装方法包括以下步骤：

在三维软件中，将上模和下模的成型零件分别组装在电极三维模型对应侧，并标注出在成型电火花电加工时成型零件与工具电极在电加工机床上的电加工位置尺寸。

在可能的实现方式中，在三维软件中，将上模和下模的成型零件分别组装在电极三维模型对应侧，并标注出在成型电火花电加工时成型零件与工具电极在电加工机床上的电加工位置尺寸，包括以下步骤：

以作为第一个加工对象的成型零件为参照和工具电极上的高度方向上的两平面以及电极孔为基准，将模具中所有成型零件组装到工具电极上，工具电极上其中一个平面的一侧组装上模中的成型零件，另外一个平面的一侧组装下模中的成型零件，装配后成型零件的外形需要和参照零件的外形平行、凸台需要和电极孔重合、凸台底面分别需要和工具电极高度方向上的两平面基准重合；

以工具电极的中心和基准面分别以成型零件上的基准平面标注出工具电极与每一个成型零件之间的相对位置尺寸X、Y、Z，也就是在成型电火花电加工时，成型零件与工具电极在电加工机床上的电加工位置尺寸。

在可能的实现方式中，所述电极三维模型还具有位于电极孔区域周侧的方形基准外框、设于所述装夹部的至少一个锁紧螺纹通孔；

在将所有成型零件与工具电极进行组装完成后，还包括工具电极辅助模型的建模，工具电极辅助模型的建模方法包括以下步骤：

将电极三维模型的方形基准外框在周向方向上除装夹部一侧的其余侧分别加厚，并分别在加厚的实体特征上创造至少一个连接螺纹通孔和至少一个定位连接孔，以形成包含电极三维模型的工具电极辅助模型。

在可能的实现方式中，在工具电极辅助模型的建模方法的建模方法中，具体是将方形基准外框上剩余的三个侧面进行加厚10.0mm，并分别在这三个加厚的实体特征上创建6个M4的连接螺纹通孔和3个⌀3.000mm公差为+0.005mm~+0.01mm的精定位销钉孔。

在可能的实现方式中，加工出与所述电极三维模型的对应的电极工具，包括以下步骤：

选择至少两个电极毛坯，每个电极毛坯均由铣床下料，并粗加工出工具电极辅助模型的外形、装夹部和锁紧螺纹通孔；

由磨床对每个电极毛坯进行精加工，且加工出工具电极辅助模型上的每个表平面，其中分别对应于上模和下模成型零件加工的表平面的平行度和平面度控制在0.002mm以内；

在精加工后，对每个电极毛坯通过高速加工中心进一步加工，并在对应工具电极辅助模型上所有电极孔的位置加工出线切割穿丝孔以及每个连接螺纹通孔和精定位连接孔；

用定位连接件将两个电极毛坯进行叠加装配在一起，并保证每个电极毛坯的线切割穿丝孔对齐，再用小于叠加高度的紧固连接件进行连接固定；

由线切割一次加工完成叠加组装后的两个电极毛坯，先进行两个电极毛坯所有电极孔的加工，再沿方形基准外框将加厚的部分以及定位连接件、紧固连接件去掉，线切割完成加工后便形成多支工具电极；

对加工完成的工具电极进行检测，检测完成后便可使用。

在可能的实现方式中，进行成型零件上凸台的电加工，包括以下步骤：

将工具电极装夹在电加工机床的可翻转夹头上并校正，再通过一组固定件将待加工的成型零件按照工具电极与成型零件的电加工位置尺寸匹配安装；

设置好电加工机床的加工运行程序，开始加工，先对成型零件中长度最长、凸台个数最多的一个成型零件作为第一个电加工对象进行电火花预加工，在电火花预加工完成后对其进行检测，检测合格后通过替换依次对剩余每个成型零件的凸台进行加工。

在可能的实现方式中，再通过一组固定件将待加工的成型零件按照工具电极与成型零件的电加工位置尺寸匹配安装，包括以下步骤：

准备三个高度不低于成型零件高度三分之二的带有避让位的长方形顶块，在电加工机床的磁台面上分别设置好两个顶块，两顶块的内侧面分别做为所有成型零件在电加工机床磁台面上X和Y向的位置基准；

第一顶块放置在磁台面合适的位置且平行于机床X轴，第二顶块放置在磁台面上靠近第一顶块的左下角且第二顶块平行于机床Y轴,用千分表将两顶块的平行度和垂直度控制在0.002mm以内，两顶块设置好后用少量502胶水将两顶块与磁台面进行固定防止松动；

用球头探针确定机床头的中心与两顶块内侧面之间的初始位置；

根据工具电极与第一个电加工成型零件之间的组装位置关系，将第一个电加工成型零件放置于磁台面上，第一个电加工成型零件上的两侧面分别与磁台上已固定好的顶块上的内侧面进行贴合，再用剩下的一个顶块对第一个电加工成型零件进行压紧防止第一个电加工成型零件松动。

在可能的实施方式中，设置好电加工机床的加工运行程序，开始加工，先对成型零件中长度最长、凸台个数最多的一个成型零件作为第一个电加工对象进行电火花预加工，在电火花预加工完成后对其进行检测，检测合格后通过替换依次对剩余每个成型零件的凸台进行加工，包括以下步骤：

电火花预加工第一个电加工成型零件时，电加工程序需要编写三段、采用圆形平动；第一段电加工程序中分别用第1区域和第2个区域中的电极孔粗加工第一个电加工成型零件上的凸台，电加工到Ra0.8um，留余量0.02mm；

第二段电加工程序中用第3个区域中的电极孔精加工凸台，电加工到Ra0.4um，留余量0.01mm，完成第二段电加工程序后，取下磁台面3上的第一个电加工成型零件进行凸台尺寸测量和表面粗糙度测量，根据实际测得的余量和粗糙度进行电加工参数优化调整；

最后用第三段电加工程序和第4个区域中的电极孔精修凸台尺寸至0.000~+0.003mm、表面粗糙度至Ra0.2um和凸台根部尖角至R0.03max；再次取下成型零件进行检测是否合格，如果不合格，继续优化调整电加工参数，继续精修直到合格。

在可能的实现方式中，电火花预加工完成后，在进行正式电加工的过程中，三段电加工程序可以一次性执行完毕，在第二段程序时不需要再将成型零件取下进行检查，直到三段电加工程序执行完毕后，才将成型零件取下进行检测，正常情况下都是没有问题，如果有不合格的就需要重新修整一次即可；后面每开始新电加工一个成型零件就需要增加对应1个区域的新电极孔列数，且每一个成型零件都需要保证有4个区域的电极孔，第三段程序需要使用增加后的新电极孔。

在可能的实现方式中，工具电极上的电极孔使用完后，取下与成型电火花机床头相连接带有工具电极的专用治具，通过线切割根据成型零件上凸台的高度对工具电极进行第一次降面加工，选用⌀0.25mm的镀锌丝，同样采用粗割一次精修四次的加工工艺，第一次粗割留余量0.04mm，第二次精割留余量0.01mm，第三次精修留余量0.003mm，第四次精修准，表面控制在Ra0.25um以内；降完面后再次将带有工具电极的专用治具与机床头连接，可直接对成型零件上的凸台进行放电加工，电极孔使用完后，用同样的方法进行第二次降面加工，需要保证最后一次降面后，工具电极的高大于等于2mm，防止工具电极降面后发生变形。

在可能的实现方式中，在进行成型零件上凸台的电加工过程中，还包括工具电极的使用方法，该使用方法包括如下步骤：

工具电极由电加工机床的机床头带动而移动，并按照从一侧到另一侧的加工方向依次对每个成型零件进行多区域加工，其中，多区域包括三个与加工的成型零件凸台列数相同的功能区，三个功能区沿所述加工方向依次分为粗加工区域、精加工区域和精修区域。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、只需一种工具电极就可以电加工完成整套塑胶模具中所有带有凸台的成型零件，节约了工具电极材料和制造成本。

2、利用高速加工中心，采用硬质合金钻头，解决了工具电极上小于⌀0.2mm～⌀0.35mm之间的电极孔线切割穿丝孔的加工问题。

3、通过对多支工具电极的叠加，使线切割可以一次加工完成多支工具电极，而且保证了每支工具电极上的电极孔尺寸和电极孔表面粗糙度都是一样的，电极孔的表面粗糙度可以达到Ra0.25，对成型电火花控制表面细微凹坑起到关键性作用；很好的保证了工具电极的品质，节约非常高的线切割加工成本。

4、对使用过的工具电极，将损耗的部分进行降面去除加工后可重复使用，减少了工具电极支数；节约了工具电极材料和制造成本。

5、成型电火花电加工过程中，不需要频繁的更换工具电极和调整电加工参数，保证了所有成型零件上的凸台尺寸和表面粗糙度的一致性，合格率>97%，电加工后凸台表面的细微凹坑、倒斜、几何尺寸、平面度都控制在了可接受范围，而且模具通过了注塑后塑胶产品的验收。

6、本发明可广泛运用于高速通讯连接器模具中类似的成型零件。

附图说明

图1为本申请实施例的模具的上模的三维模型示意图；

图2为本申请实施例的模具的下模的三维模型示意图；

图3为本申请实施例的局部成型零件的凸台结构示意图；

图4为本申请实施例的模具中部分不同长、宽、凸台个数的成型零件示意图；

图5为本申请实施例的成型零件的搭配组合示意图，其中，（C）是第一个电加工成型零件的主视图和俯视图、（D）、（E）是部分搭配组合后的成型零件主视图和俯视图；

图6为本申请实施例的工具电极的电极三维模型建模顺序的第一步示意图；

图7为本申请实施例的工具电极的电极三维模型建模顺序的第二步示意图；

图8为本申请实施例的工具电极的电极三维模型建模顺序的第三步示意图；

图9为本申请实施例的工具电极的电极三维模型建模顺序的第四步示意图；

图10为本申请实施例的工具电极的电极三维模型建模顺序的第五步示意图；

图11为本申请实施例的部分上下模中的成型零件与工具电极的位置关系示意图；

图12A为本申请实施例的成型零件与工具电极的俯视图；

图12B为本申请实施例的成型零件与工具电极的主视图；

图12C为本申请实施例的成型零件与工具电极的侧视图；

图12D为本申请实施例的成型零件与工具电极的局部示图；

图13为本申请实施例的工具电极辅助模型与专用治具的装夹组合图；

图14为本申请实施例的工具电极辅助模型与专用治具的分解示意图；

图15为本申请实施例的高速加工中心需要钻削加工的线切割穿丝孔局部放大示意图；

图16为本申请实施例的工具电极辅助模型多支装配叠加组合图；

图17为本申请实施例的工具电极辅助模型多支装配分解示意图；

图18为本申请实施例的工具电极与翻转夹头的连接组合图；

图19为本申请实施例的工具电极与翻转夹头的分解示意图；

图20为本申请实施例的连接好工具电极的翻转夹头与专用治具的连接组合图；

图21为本申请实施例的连接好工具电极的翻转夹头与专用治具的分解示意图；

图22为本申请实施例的成型电火花机床电加工状态组合图；

图23为本申请实施例的成型电火花机床电加工状态分解示意图；

图24为本申请实施例的工具电极降面示意图。

图中：1-凸台底面；2-凸台；3-首个成型零件；4-第一组合成型零件；5-第二组合成型零件；6-第一列凸台；7-第一个曲面特征；8-第一列曲面特征；9-多列曲面特征；10-方形基准外框；11-X向中心基准平面；12-建模基准平面；13-装夹部；14-锁紧螺纹通孔；15-方向倒角；16-电极孔；17-工具电极；18-第一Z向基准平面；181-第二Z向基准平面；19-Y向基准平面；20-第一X向基准平面；201-第二X向基准平面；21-工具电极辅助模型；22-销钉通孔；23-连接螺纹通孔；24-第一内六角螺丝；25-销钉；26-内六角无头螺丝；27-分割线；28-可翻转夹头；29-第二内六角螺丝；30-专用治具；31-第三内六角螺丝；32-配合基准平面；33-磁台平面；34-第一顶块、35-第二顶块、36-第三顶块；37-第一次降面工具电极位置；38-第二次降面工具电极位置；351-顶块X向基准平面；341-顶块Y向基准平面；352-成型零件X向基准平面；342-成型零件Y向基准平面；331-成型零件Z向基准平面；301-第一列电极孔；302-第一个多列电极孔；303-第二个多列电极孔；304-第三个多列电极孔；305-第四个多列电极孔；90-穿丝孔；500-机床头。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步阐述。

本申请的实施例提供了一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法，其可针对具有精密细小凸台类的成型零件加工，优选适用于凸台间距小于0.4mm且凸台的最大横截面尺寸小于等于0.35mm的成型零件加工，当然也可以通过一些参数调整适用除此范围外的凸台加工，并不做限制。

请参照图1-4所示，下面以应用于大型计算机中央处理器上的高速通信连接器塑胶接插件产品的一种模具进行说明，该模具具有两个成型部位且分别为上模和下模，上模和下模的凸台结构相同且排列方式相同即均为列排布，这样便能够以一种电极工具进行加工，并且该模具的成型零件上的凸台最小间距为0.215mm，凸台最大横截面宽W=0.245mm，每个成型零件的长度不一且排列数量不完全相同。

针对该模具的成型零件的加工，本申请实施例的一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法包括以下步骤：

步骤1：选择第一个电加工成型零件。

如图1、图2和图5，从模具三维模型中选择一个长度最长、凸台2的个数最多的成型零件，作为第一个电加工对象，即首个成型零件3。

步骤2：搭配组合成型零件。

如图5，以所选的首个成型零件3为参照，分别将上模和下模中所有带有凸台2的且长、宽不一样的成型零件进行搭配组合，也就是在成型零件长度方向拼接另外一个合适的成型零件，拼接后长度方向上的凸台2需要对齐、间距需要保持一致、凸台2的个数要小于等于首个成型零件3长度方向上的凸台2的个数，如第一组合成型零件4和第二组合成型零件5。

步骤3：确定电火花电加工数量.

本申请实施例是以所有成型零件上凸台2的列数和为总的电火花电加工数量。如图5中（C）所示的首个成型零件3，所选首个成型零件3上一个凸台2沿长度方向进行排列后得到第一列凸台6，第一列凸台6沿宽度方向进行排列后得到第二列凸台，即所选首个成型零件3上共有两列凸台；以此，设某一个成型零件的个数为Qk、凸台列数为Ck，那么，这个成型零件需要电火花电加工的数量Tk=Qk×Ck,(其中k为1、2、3......的自然数)。

进一步，分别计算出上模中第一、第二......个成型零件上需要电加工的数量T1、T2......，T1=Q1×C1=3×2=6(列)、T2=Q2×C2=1×2=2(列)和下模中第一、第二......个成型零件上需要电加工的数量t1、t2......，t1=q1×c1=3×2=6(列)、t2=q2×c2=1×2=2(列)......；上述步骤2中重新搭配组合的成型零件按照组合后的零件个数和凸台2的列数进行计算,如图5中(D)和(E)中Td=1×3=3(列)、Te=1×6=6(列)。其中，对上模和下模的T1和t1的列数计算中，由于要进行预加工，因此需要多考虑至少两个，因此其成型零件的个数为3.

进一步，计算上模中总的电加工的数量T=T1+T2+Td+Te......=138列。

进一步，计算下模中总的电加工的数量t= t1+t2+td+te......=136列。

步骤4：确定工具电极的电加工间隙。

上述所选首个成型零件3上凸台2之间的最小间距为0.215mm，设电加工间隙为S，那么，S需要≤(最小间距-0.09）/2=(0.215-0.09)/2=0.063mm，优选电加工间隙S=0.05mm。其中，0.09mm为工具电极上电极孔之间的最小厚度。

步骤5：确定工具电极的高。

可参照中心孔刀具与钻头的加工参数表所示，根据所选择钻头的钻削深度确定工具电极的高。上述所选首个成型零件3上的凸台2最大横截面宽W=0.245mm，设钻头直径为D，D≤(W+S)-0.06=(0.245+0.050)-0.06=0.235mm，优选钻头直径D=⌀0.2mm、钻头的钻削深度为4mm，此时工具电极的高就等于4mm。其中，0.06mm为钻削加工后工具电极上电极孔的余量。

步骤6：确定单支工具电极上电极孔列数。

首先需要根据整套模具中的零件制造周期来确定工具电极的需求支数；如果周期非常紧急，需要考虑4支工具电极17，分别由四台成型电火花机床完成所有成型零件的电加工，即两台成型电火花机床电加工上模中的成型零件，两台成型电火花机床电加工下模中的成型零件，每一台成型电火花机床对应1支工具电极17；正常情况下，只需考虑2支工具电极17，即上模1支、下模1支，分别由两台成型电火花机床完成所有零件的电加工；其次，是根据凸台2的高度和工具电极17的高度计算工具电极17可降面使用次数，如图24，也就是工具电极17在使用后将已经损耗的电极孔16部分去掉再次使用，降面后的工具电极17的高度不能≤2.0mm，防止工具电极17变形。

可降面使用次数通过计算公式计算为：G=(H-2)/h=(4-2)/0.9≈2（次）；其中，工具电极的高H=4.0mm，成型零件上凸台的高h=0.9mm，降面次数为2次。

单支工具电极上电极孔列数的计算公式为：N=[[T或t/(G+1)]/B/2]+3×C=[[138/(2+1)]/2/2]+3×2=52（列）；其中，公式中T和t根据步骤3中的计算结果选择值最大值T=138列，B为工具电极17的支数，计划由两台成型电火花机床完成所有成型零件的电加工，所以B值取2，单支工具电极上电极孔列数N=52。

步骤7：工具电极结构及三维建模。

如图6-10，工具电极17包括电极孔16、方形基准外框10、装夹部13和锁紧螺纹通孔14以及方向倒角15；利用三维软件Creo，以首个成型零件3为参照进行工具电极17的三维建模。

三维建模方法具体包括以下步骤：

步骤71：首先，采用曲面拉伸方法创建第一个曲面特征7，其特征形状与凸台2一样，特征高度为4.0mm；

步骤72：将第一个曲面特征7沿首个成型零件3的长度方向阵列出与凸台2的个数相等、距离相等的第一列曲面特征8；

步骤73：将第一列曲面特征8沿首个成型零件3的宽度方向阵列出凸台列与列之间距离相等、列数为N的多列曲面特征9，N由上述步骤6中计算获得N=52列；

步骤74：以整个多列曲面特征9的对称中心，采用实体拉伸方法创建出一个将多列曲面特征9包在中间的一对称方形基准外框10，其高度和第一列曲面特征8的高度相等；

步骤75：以方形基准外框10上的建模基准平面12为基准，采用实体拉伸方法创建与方形基准外框10相连接的长为60.0mm、宽为15.0mm、高相等的工具电极17的装夹部13以及3个M4.0mm的锁紧螺纹通孔14和C2.0mm的方向倒角15；

步骤76：采用曲面实体化方法将方形基准外框10内的多列曲面特征9内侧材料进行移除，移除后在方形基准外框10上形成的通孔即为电极孔16。

由于电极孔16非常多，电脑在运行工具电极17的三维模型时会导致运行卡顿、操作不流畅，影响工作效率，所以曲面实体化方法必须放在三维建模的最后一步进行。

步骤8：将所有成型零件与工具电极进行组装。

如图11和图12A、图12B、图12C和图12D，首先，以首个成型零件3为参照和工具电极17上的第一Z向基准平面18、第二Z向基准平面181以及电极孔16为基准，将模具中所有成型零件组装到工具电极17上，第一Z向基准平面18的一侧组装上模中的成型零件，第二Z向基准平面181的一侧组装下模中的成型零件，组装后成型零件的外形需要和首个成型零件3的外形平行、凸台需要和电极孔16重合、凸台底面1需要分别和工具电极上的第一Z向基准平面18、第二Z向基准平面181重合；其次，以工具电极17上的第一X向基准平面20、第二X向基准平面201的X向中心基准平面11和Y向基准平面19、第一Z向基准平面18、第二Z向基准平面181分别以成型零件上的成型零件X向基准平面352、成型零件Y向基准平面342、成型零件Z向基准平面331标注出工具电极17与每一个成型零件之间的相对位置尺寸X、Y、Z，也就是在成型电火花电加工时，成型零件与工具电极17在电加工机床上的电加工位置尺寸。

步骤9：工具电极辅助模型。

如图13和图14，根据工具电极17的电极三维模型进行再次建模，创建出工具电极的加工制造工具电极辅助模型21，具体是将方形基准外框上剩余的三个侧面即Y向基准平面19、第一X向基准平面20、第二X向基准平面201进行加厚10.0mm，并分别在这三个加厚的实体特征上创建6个M4的连接螺纹通孔23和3个⌀3.000mm公差为+0.005mm～+0.01mm的用于精定位的销钉通孔22。

步骤10：工具电极的加工工艺：依次由铣床、磨床、高速加工中心、装配、线切割(慢走丝)、检测六个工序完成工具电极17的加工。

该加工工艺具体包括以下步骤：

步骤101：工具电极17材料选择紫铜，由铣床下料并粗加工工具电极辅助模型21的外形和装夹部13上的三个M4的锁紧螺纹通孔14。

步骤102：由磨床精加工工具电极辅助模型21上的六个平面以及方向倒角15，其中第一Z向基准平面18、第二Z向基准平面181的平行度和平面度需要保证在0.002mm以内。

步骤103：如图13-15，由高速加工中心分别在工具电极辅助模型21上所有电极孔16的位置加工出线切割穿丝孔90以及6个M4的连接螺纹通孔23和3个⌀3.000mm的用于精定位的销钉通孔22。

在该步骤中，高速加工中心在加工工具电极辅助模型21前，将工具电极辅助模型21上的装夹部13与专用治具进行装夹，并用M4的第一内六角螺丝24通过装夹部13上的3个锁紧螺纹孔23进行连接锁紧，将已装夹好工具电极辅助模型21的专用治具与高速加工中心机床上的精密装夹系统底座相链接，以工具电极辅助模型21的外形确定初始加工位置，并设置好中心孔刀具和钻头，运行高速加工中心开始执行程序，完成穿丝孔90的加工后，需要通过光照的方式将工具电极辅助模型21投影到一张白纸上检查所有穿丝孔90是否完全贯穿或遗漏，确定没有问题后将工具电极辅助模型21从专用治具上取下，再装夹下一支工具电极辅助模型21，进行重复操作直到完成该工序的加工。

线切割穿丝孔90具体是通过高速加工中心钻削的方法完成；钻头选择带有涂层的硬质合金钻头，钻头直径D=⌀0.2mm由步骤5中计算得出，中心孔刀具选择已经用过的球头铣刀，刀具直径选择和钻头直径一样，可参考中心孔刀具与钻头的加工参数表，该表如下：

高速加工中心在进行钻孔加工时需要特别注意，由于紫铜的塑性很好、铜削不容易排出，所以钻头每进给一次就需要退出钻头一次进行排削，防止铜削堵在孔中使钻头折断，钻头的寿命可控制在3小时以内。

步骤104：如图16和图17，用销钉25将工具电极辅助模型21进行叠加装配在一起，叠后需要保证线切割穿丝孔90完全对齐，再用小于叠加高度的M4的内六角无头螺丝26进行连接固定。

在该步骤中，在工具电极辅助模型21叠加装配完成后，同样需要通过光照的方式将工具电极辅助模型21投影到一张白纸上检查所有穿丝孔90是否完全对齐。

步骤105：由线切割(慢走丝)一次加工完成叠加组装后的工具电极辅助模型21，首先完成工具电极辅助模型21上所有电极孔16的加工，再沿工具电极的方形基准外框10上的分割线27将多余的辅助模型去掉，去掉辅助模型的同时内六角无头螺丝26和销钉25也一同被去掉，线切割完成加工后，取下的工具电极17自动被分离成为一支一支的。

在该步骤中，线切割(慢走丝)在加工工具电极辅助模型21上的电极孔16前，将已叠加好工具电极辅助模型21的装夹部13固定在线切割机床上，选用⌀0.1mm的镀锌丝，以工具电极辅助模型21的外形确定初始加工位置。

线切割(慢走丝)对电极孔16采用粗割一次精修四次的加工工艺，第一次粗割留余量0.03mm，第二次精割留余量0.01mm，第三次精修留余量0.003mm，第四次精修准，电极孔16公差控制在0～-0.005mm以内，表面控制在Ra0.25um以内。

电极孔16由于非常多、孔表面和尺寸要求高、线切割时间较长，所以在正式进行电极孔16线切割前，首先需要预加工一个电极孔16进行调整线切割参数，当达到要求后，再进行所有电极孔16的切割，切割过程中需要观察是否有切割异常。

步骤106：完成工具电极的检测，对检测合格的工具电极17进行保护后送成型电火花使用。

步骤11：完成成型零件上凸台的电加工。

根据工具电极17的支数确定由几台电加工机床完成上模和下模中的成型零件的电加工。

成型零件上凸台的电加工具体包括以下步骤：

步骤111：如图18-21，用M4的第二内六角螺丝29将工具电极17与可翻转夹头28连接，再将可翻转夹头通过第三内六角螺丝31装夹到专用治具30的两个配合基准平面32上并对工具电极17进行校正在0.002mm即可。

如果装夹的第一支工具电极17是用于电加工上模中的成型零件，那么装夹下一支工具电极17相对于第一支工具电极17需要翻转180°后再装夹到专用治具30上用于电加工下模中的成型零件。

步骤112：如图22和图23，准备三个高度不低于成型零件高度三分之二的带有避让位的长方形的第一顶块34、第二顶块35、第三顶块36，在电加工机床的磁台平面33上分别设置好第一顶块34、第二顶块35，第一顶块34、第二顶块35的内侧面即顶块Y向基准平面341、顶块X向基准平面351分别作为所有成型零件在电加工机床磁台平面33上X和Y向的位置基准；第一顶块34放置在磁台平面33上合适的位置且平行于机床X轴，第二顶块35放置在磁台平面33上靠近第一顶块34的左下角且第二顶块平行于机床Y轴,用千分表将两顶块的平行度和垂直度控制在0.002mm以内，第一顶块34、第二顶块35设置好后用少量502胶水将第一顶块34、第二顶块35与磁台平面33进行固定防止松动。

步骤113：用球头探针确定机床头500的中心与第一顶块34、第二顶块35的内侧面之间的初始位置。

步骤114：如图12A、图12B、图12C、图22和图23，根据步骤8中的工具电极17与首个成型零件3之间的组装位置关系，将首个成型零件3放置于磁台平面33上，首个成型零件3上的侧面352与第二顶块35侧面的顶块X向基准平面351贴合，首个成型零件3上的侧面342与第一顶块34侧面的顶块Y向基准平面341贴合，首个成型零件3上的底面即成型零件Z向基准平面331与磁台平面33贴合，再用第三顶块36对首个成型零件3进行压紧防止首个成型零件3松动。

步骤115：如图20-23，将已装夹好工具电极17的专用治具30与电火花机床头500连接，设置好机床程序，运行程序开始电加工。

由于成型电火花机床各有不同，其放电参数也不相同，影响放电参数的因素也很多，不能够形成统一且稳定的参数标准，所以在电加工要求较高的首个成型零件3上的凸台2时，成型零件的数量需要多考虑2个，用于电火花的预加工过程中的电加工参数调整；

首先，对多余的首个成型零件3上的凸台2进行电火花预加工，通过电火花预加工调试出比较优选的电加工参数，对电火花预加工后的首个成型零件3进行检测，能够完全满足要求后，才正式开始对剩下的首个成型零件3上的凸台2进行完成电火花加工；其余的成型零件不再需要电火花的预加工和调试电加工参数，只需要按照首个成型零件3在磁台平面33上的放置方法将要电加工的成型零件进行替换即可，需要注意的是由于成型零件的外形尺寸不一样，所以还需要修改程序中上一个成型零件与当前要电加工的成型零件之间的相对位置尺寸。

关于成型零件的加工顺序，成型零件的电加工顺序，除首个成型零件3以外，剩下的成型零件的电加工顺序按照先加工长度最长、凸台个数最多的成型零件，再加工其它单个成型零件，最后电加工重新搭配组合后的成型零件,如图5中的（D）和（E）。

上述工具电极17的使用方法，如图12D、图22和图23，机床头500带动工具电极17向右移动，从最右边的第一列电极孔301开始使用；在实际的电加工过程中，当前所使用的电极孔的列数，有可能是一列，也有可能是多列，主要取决于被加工成型零件上的凸台的列数多少；假如当前被加工成型零件上的凸台列数为L列，那么对应一个区域的电极孔列数同样为L列；由于工具电极在电加的过程中会产生损耗，为了能保证凸台的精度尺寸和表面质量，所以需要4个区域的电极孔才能完成对一个成型零件的电加工；一个区域的电极孔到下一个区域的电极孔距离W=P×L，P为一列电极孔到下一列电极孔之间的距离，L为一个区域中的电极孔列数。

首个成型零件3上的凸台列数为两列，对应如图12D中，第一个多列电极孔302区域中的两列第一列电极孔301，第一列电极孔301到下一列第一列电极孔301之间的距离P为0.868mm，区域中的电极孔列数L为2列，那么W=P×L=0.868×2= 1.736mm，也就是第一个多列电极孔302区域到第二个多列电极孔303区域的距离为1.736mm、第二个多列电极孔303区域到第三个多列电极孔304区域的距离同样为1.736mm......按照此顺序和W距离依次使用电极孔。

上述电火花预加工首个成型零件3时，电加工程序需要编写三段、采用圆形平动；第一段电加工程序中分别用第一个多列电极孔302区域中的两列第一列电极孔301的电极孔和第二个多列电极孔303区域中的两列第一列电极孔301的电极孔粗加工首个成型零件3上的凸台，电加工到Ra0.8um，留余量0.02mm；第二段电加工程序中用第三个多列电极孔304区域中的两列第一列电极孔301的电极孔精加工凸台，电加工到Ra0.4um，留余量0.01mm，完成第二段电加工程序后，取下磁台平面33上的首个成型零件3进行凸台尺寸测量和表面粗糙度测量，根据实际测得的余量和粗糙度进行电加工参数优化调整，最后用第三段电加工程序和第四个多列电极孔305区域中的两列第一列电极孔301的电极孔精修凸台尺寸至0.000～+0.003mm、表面粗糙度至Ra0.2um和凸台根部尖角至R0.03max；再次取下首个成型零件3进行检测是否合格，如果不合格，继续优化调整电加工参数，继续精修直到合格；电火花预加工完成后，在进行正式电加工的过程中，三段电加工程序可以一次性执行完毕，在第二段程序时不需要再将成型零件取下进行检查，直到三段电加工程序执行完毕后，才将成型零件取下进行检测，正常情况下都是没有问题，如果有不合格的就需要重新修整一次即可；后面每开始新电加工一个成型零件就需要增加对应1个区域的新电极孔列数，且每一个成型零件都需要保证有4个区域的电极孔，第三段程序需要使用增加后的新电极孔。

关于工具电极的降面，如图24，工具电极17上的电极孔使用完后，取下与成型电火花机床头500相连接带有工具电极17的专用治具30，通过线切割(慢走丝)根据成型零件上凸台的高度对工具电极17进行第一次降面加工，第一次降面工具电极位置37为第一次降面终止线，h1为第一次降面高度，选用⌀0.1mm的镀锌丝，同样采用粗割一次精修四次的加工工艺，第一次粗割留余量0.04mm，第二次精割留余量0.01mm，第三次精修留余量0.003mm，第四次精修准，表面控制在Ra0.25um以内；降完面后再次将带有工具电极17的专用治具30与机床头500连接，可直接对成型零件上的凸台进行放电加工，电极孔使用完后，用同样的方法进行第二次降面加工，第二次降面工具电极位置38为第二次降面终止线，h2为第二次降面高度,h3需要保证大于等于2mm。

上述整个成型电火花电加工过程，上模和下模中的成型零件上凸台的电加工的方法是一样的，只是分别在不同的两台成型电火花机床上进行完成电加工。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法，其特征在于：包括以下步骤：

根据模具同一成型部位的每个成型零件的凸台分布方式，将每个成型零件以适于形成在一个工具电极的搭配结构进行组合，以确定工具电极所需加工的总的电火花加工数量，电火花加工数量以行、列或区为加工单位；

确定用于电火花加工的工具电极的电加工间隙、高度和电极孔数量，其中，电极孔数量的单位与所述电火花加工数量的加工单位一致；

根据已确定的工具电极的电加工间隙、高度和电极孔数量，通过三维软件建模出与所述工具电极相匹配的电极三维模型，电极三维模型至少具有装夹部；

加工出与所述电极三维模型的对应的电极工具；

进行成型零件上凸台的电加工。

2.根据权利要求1所述的一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法，其特征在于：所述成型部位的每个成型零件的凸台分布方式为成列分布且每个成型零件具有至少一列凸台，每个凸台的形状一致，每列相邻的两个凸台间距相等；所述电火花加工数量的单位为列；

将每个成型零件以适于形成在一个工具电极的搭配结构进行组合，包括以下步骤：

选择第一个成型零件，从同一成型部位长宽不一的成型零件中选出一个长度最长、凸台个数最多的成型零件作为第一个电加工对象；

搭配组合成型零件，以第一个成型零件为参照，分别将至少一个成型部位的所有带有凸台的成型零件在长度方向上进行搭配组合，搭配组合后形成多列成型零件，每列成型零件的每个凸台在长度方向上需要对齐、间距保持一致，且每列成型零件上最长一列的凸台个数要小于等于第一个成型零件上最长一列的凸台个数；

确定电火花加工数量，以同一成型部位的每列成型零件上凸台列数的总和为电火花电加工数量。

3.根据权利要求2所述的一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法，其特征在于：确定用于电火花加工的工具电极的电加工间隙、高度和电极孔数量，包括以下步骤：

确定工具电极的电加工间隙，通过公式S≤（F-0.09）/2求得电加工间隙，其中，S为电加工间隙且选择范围0.03mm～0.10mm，F为成型零件上凸台之间的最小间距，0.09mm为工具电极上电极孔之间的最小厚度；

确定工具电极的高，通过公式D≤(W+S)-0.06可确定圈定钻头直径，并根据钻头直径确定钻削深度，其中，D为钻头直径，W为成型零件上的凸台最大横截面宽，0.06mm为钻削加工后工具电极上电极孔的余量，S为电加工间隙；

确定工具电极上电极孔列数，根据总的电火花加工数量和完成所有成型零件的成型电火花机床台数可确定工具电极上电极孔列数。

4.根据权利要求1所述的一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法，其特征在于：在确定工具电极上电极孔列数中，工具电极具有可降面使用次数，可降面使用次数通过计算公式G=(H-2)/h可求得，其中，G为可降面使用次数，H为工具电极的高度，h为成型零件上凸台的高度。

5.根据权利要求1所述的一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法，其特征在于：所述模具具有两个成型部位且分为上模和下模，上模和下模均由多个具有若干个凸台的成型零件组成，上模和下模上的凸台间距小于0.4mm，成型零件上凸台的最大横截面尺寸小于等于0.35mm；

所述上模和所述下模分别用至少一支工具电极进行加工。

6.根据权利要求5所述的一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法，其特征在于：在建模出所述电极三维模型后，还包括将所有成型零件与工具电极进行组装，组装方法包括以下步骤：

在三维软件中，将上模和下模的成型零件分别组装在电极三维模型对应侧，并标注出在成型电火花电加工时成型零件与工具电极在电加工机床上的电加工位置尺寸。

7.根据权利要求6所述的一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法，其特征在于：所述电极三维模型还具有位于电极孔区域周侧的方形基准外框、设于所述装夹部的至少一个锁紧螺纹通孔；

在将所有成型零件与工具电极进行组装完成后，还包括工具电极辅助模型的建模，工具电极辅助模型的建模方法包括以下步骤：

将电极三维模型的方形基准外框在周向方向上除装夹部一侧的其余侧分别加厚，并分别在加厚的实体特征上创造至少一个连接螺纹通孔和至少一个定位连接孔，以形成包含电极三维模型的工具电极辅助模型。

8.根据权利要求7所述的一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法，其特征在于：加工出与所述电极三维模型的对应的电极工具，包括以下步骤：

选择至少两个电极毛坯，每个电极毛坯均由铣床下料，并粗加工出工具电极辅助模型的外形、装夹部和锁紧螺纹通孔；

由磨床对每个电极毛坯进行精加工，且加工出工具电极辅助模型上的每个表平面，其中分别对应于上模和下模成型零件加工的表平面的平行度和平面度控制在0.002mm以内；

在精加工后，对每个电极毛坯通过高速加工中心进一步加工，并在对应工具电极辅助模型上所有电极孔的位置加工出线切割穿丝孔以及每个连接螺纹通孔和精定位连接孔；

用定位连接件将两个电极毛坯进行叠加装配在一起，并保证每个电极毛坯的线切割穿丝孔对齐，再用小于叠加高度的紧固连接件进行连接固定；

由线切割一次加工完成叠加组装后的两个电极毛坯，先进行两个电极毛坯所有电极孔的加工，再沿方形基准外框将加厚的部分以及定位连接件、紧固连接件去掉，线切割完成加工后便形成多支工具电极；

对加工完成的工具电极进行检测，检测完成后便可使用。

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法，其特征在于：进行成型零件上凸台的电加工，包括以下步骤：

将工具电极装夹在电加工机床的可翻转夹头上并校正，再通过一组固定件将待加工的成型零件按照工具电极与成型零件的电加工位置尺寸匹配安装；

设置好电加工机床的加工运行程序，开始加工，先对成型零件中长度最长、凸台个数最多的一个成型零件作为第一个电加工对象进行电火花预加工，在电火花预加工完成后对其进行检测，检测合格后通过替换依次对剩余每个成型零件的凸台进行加工。

10.根据权利要求9所述的一种电火花加工精密细小凸台类成型零件的加工方法，其特征在于：在进行成型零件上凸台的电加工过程中，还包括工具电极的使用方法，该使用方法包括如下步骤：

工具电极由电加工机床的机床头带动而移动，并按照从一侧到另一侧的加工方向依次对每个成型零件进行多区域加工，其中，多区域包括三个与加工的成型零件凸台列数相同的功能区，三个功能区沿所述加工方向依次分为粗加工区域、精加工区域和精修区域。

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