壓鑄模具放電加工電極設(shè)計

■ 共立精機（大連）有限公司 （遼寧 116620） 馮曉梅 史宏瑩 王敏東 趙 然 徐慶琳

1. 壓鑄模具制造要求

目前壓鑄模具制造的產(chǎn)品越來越多，如汽車、摩托車和許多機械電子產(chǎn)品的一些部件都是壓鑄件，壓鑄生產(chǎn)的產(chǎn)品已滲透各個領(lǐng)域。汽車壓鑄件如離合器殼體、變速器殼體、四缸體、三缸體、濾清器、閥體、轉(zhuǎn)向器和行李架等已經(jīng)占整個壓鑄行業(yè)產(chǎn)品的77%以上。壓鑄生產(chǎn)的產(chǎn)品需求量猛增，推動壓鑄模具生產(chǎn)不斷擴展，對壓鑄模具制造、模具型腔的加工（NC加工和放電加工）提出了更高的要求。

壓鑄模具的特點是形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸要求嚴格、精度高。壓鑄模具型腔的加工包含粗加工和精加工。壓鑄模具型腔精加工大部分是采用放電加工，放電加工的電極數(shù)量多。加工電極的拆分、電極的設(shè)置以及電極的粗、精加工十分重要。

模具型腔根部R過小，為R1mm、R0.5mm，NC加工需要更換直徑小的刀具，進一步做局部清根加工。如圖1和圖2所示，如果NC加工不能實現(xiàn)，有時需要補局部電極放電加工清根。模具型腔過高或過深，NC加工的刀具長度受限制，加工不到模具型腔成型位置，最終都要采用放電加工。模具精加工的主要方式之一是放電加工。

圖 1

圖 2

2. 壓鑄模具加工方式

目前壓鑄模具加工，主要是NC高速切削加工和普通機加工、壓鑄模具放電加工和線切割加工。如圖3所示，模具放電加工需要先做好電極設(shè)計，購買電極材料，加工粗、精電極，人工要參照樣件修電極，檢測電極，再放電加工模具型腔。放電加工后，鉗工要修型拋光，去除放電加工痕跡，組裝研配模具。

放電加工（電火花加工）的基本原理是在石墨或銅電極（陽極）和鋼材（陰極）之間的不導(dǎo)電介質(zhì)中放電。模具的侵蝕通過放電來控制。操作過程中，負電極進入鋼材中獲得所需形狀。電火花加工中鋼材的表面溫度非常高，從而使其熔化和蒸發(fā)。

放電加工的優(yōu)點是：NC高速加工不能實現(xiàn)的，放電加工都能實現(xiàn)。只要拆分好電極，放電加工就能很順利地完成。放電加工的缺點是：成本高、時間長，要拆分電極、制作電極。需要加工和操作的步驟較多（見圖3），電極消耗材料量大，生產(chǎn)效率低。

3. 電極設(shè)計

放電加工一般為兩次，即粗放電加工和精放電加工，相應(yīng)的電極有粗電極和精電極。放電加工的關(guān)鍵是合理拆分電極，電極拆分設(shè)計要同時兼顧有利于電極加工和放電加工。壓鑄模具放電加工的電極設(shè)計主要包括以下幾點。

（1）電極尺寸：電極尺寸要選擇合理，要考慮粗、精電極加工成本。如汽車離合器殼體、變速器殼體電極，特大的主體電極（大電極）粗、精電極可使用一個，粗電極放電加工完，下沉加工為精電極，再放電精加工型腔。如果客戶產(chǎn)品需求量大，同時制作兩套以上，或考慮要制作復(fù)制更新模具，可分別設(shè)置粗、精兩個大電極，電極材料高度可加厚，能再利用。使用過的精電極可作為復(fù)制模具的粗電極，原來的粗電極可下沉加工電極，再利用作為復(fù)制模具精電極。小電極尺寸應(yīng)盡可能小，保證在放電加工成型處，電極底座尺寸能夠保證放電加工固定。

（2）整體電極：整體電極也稱為一體電極、主電極或大電極，可帶模具型腔成型外邊緣設(shè)置的澆道、橋部等，如圖4所示，主電極上帶有小凸起，就是模具型腔上橋部。如汽車壓鑄件濾清器、閥體整體電極都帶有澆道、橋部。整體電極材料一般為石墨，可選用國產(chǎn)或進口材料。整體電極設(shè)計的關(guān)鍵，是要保證放電加工暢通順利，防止放電加工積碳而損傷模具型腔。

圖 3

圖 4

（3）局部電極：局部電極也稱為小電極，鑄件局部尺寸要求嚴格的部位、整體電極放電加工不到的位置、壓鑄件定位基準加工處以及NC加工不能實現(xiàn)的位置，都可拆成局部小電極，放電加工模具型腔。拆分好的局部電極一定要在3D裝配中檢查，防止放電加工干涉，避免失誤。如圖5所示，局部小電極裝配在型腔上，做電極干涉檢查。電極底座要偏移成型處5～6mm，如圖6所示，可防止電極底部加工時帶有R角，避免放電加工干涉，損壞模具型腔。電極底座的設(shè)計，左側(cè)小于上面成型處，避免放電加工干涉。設(shè)計小電極材料可選石墨和銅材質(zhì)，一般放電加工圓柱形狀和文字電極使用銅電極。壓鑄模具型腔尺寸要求特別嚴格的，如密封槽處可選用銅電極做放電精電極。

（4）筋部電極：電機殼體、摩托車缸體及散熱器等許多產(chǎn)品上都帶有很多筋片，排布密集成型筋部電極可隔行拆分，有利于筋部電極加工清根、修型和檢測，以提高加工質(zhì)量。電極拆分要掌握一定的技巧，如圖7a所示，筋部密集，NC加工電極難實現(xiàn)，可隔行拆分為圖7b和圖7c所示筋電極。這樣能避免放電加工積碳，保證放電加工順利進行。

（5）電極設(shè)置：模具型腔表面加工，同時需要NC高速加工和放電加工處，3D圖（見圖8）中線上端是NC加工，下端是放電加工，銜接處一定要注意，不要有過大段差出現(xiàn)。銜接處不能設(shè)置在壓鑄件重要尺寸上，拆分電極要特別注意，銜接處要錯位避開壓鑄件重要尺寸處。因銜接處一般明顯有高速加工和放電加工痕跡，鉗工修型拋光時，會光順加工表面，造成尺寸偏差。

圖 5

圖 6

圖 7

圖 8

（6）電極清單：拆分電極時要建立電極清單，標注電極名稱，電極材料（石墨、銅），電極數(shù)量，電極類型（粗電極、精電極），電極減寸量以及電極放電位置等。電極清單的建立，有利于電極加工和放電加工，避免加工遺漏、模具型腔缺少形狀。

（7）電極基準：電極基準要明確指出是制品基準。所有電極基準必須統(tǒng)一，為制品基準。放電加工基準也是制品基準，要和圖樣基準一致。這樣有利于放電加工，不用換算，不會出錯。電極基準統(tǒng)一非常重要，拆分電極要特別重視。實際生產(chǎn)加工電極時，由于電極基準和放電加工基準不同，造成過一些模具型腔放電加工錯誤，模具型腔有的直接報廢，損失很大。

（8）電極拆分依據(jù)：①按模具型腔拆分電極，要求模具型腔設(shè)計準確到位，是模具精加工模型，模具結(jié)構(gòu)和壓鑄件成型處都是正確無誤的。按模具型腔拆分，能直接看到模具型腔的澆道、渣包和橋部，配合連接處、側(cè)抽滑道等，能統(tǒng)籌劃分電極。減小電極數(shù)量，方便檢查電極干涉。如圖5所示，在模具型腔上復(fù)制曲面建立電極比較容易，數(shù)據(jù)量小。②按壓鑄件拆分電極，要求壓鑄件3D模型是準確的，設(shè)計電極時要同時裝配模具型腔，復(fù)制曲面建立電極在裝配中進行，涉及部件多，數(shù)據(jù)量大，易漏掉模具型腔結(jié)構(gòu)形狀，拆分電極數(shù)量多。按壓鑄件拆分電極的優(yōu)點是，在模具型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計的同時，模具成型處部分電極能夠拆分完，急用的電極能夠加工完。能節(jié)省時間，保證生產(chǎn)周期。圖9所示為模具型腔加工流程，可以看到壓鑄模具電極拆分的重要性。

（9）電極模型：基于壓鑄模具型腔和壓鑄件3D建立的電極模型，一定要同主體形狀（模具型腔、壓鑄件3D模型）相關(guān)聯(lián)，不要盲目設(shè)置獨立幾何，使電極模型孤立。因模具設(shè)計中，客戶經(jīng)常提出設(shè)計變更，修改壓鑄件3D和模具結(jié)構(gòu)設(shè)計。如果電極模型是相關(guān)聯(lián)的，修改主體形狀尺寸，再生電極模型就會自動調(diào)整修正好，不用重新拆分電極，可節(jié)省時間，提高效率。

圖 9

圖 10

圖 11

圖 12

（10）電極檢測：電極加工完，要用三坐標檢測，在電極表面上選擇重要尺寸處，選些點檢測或掃描檢測。三坐標檢測輸出數(shù)據(jù)，可通過程序自動轉(zhuǎn)化為Pro/E能讀入的點數(shù)據(jù)，在電極模型上返點檢測。能判斷出電極是否含減寸量，電極加工模型是否正確，如圖10和圖11所示為電極返點檢測點位置。用Pro/E分析幾何偏差，選擇檢測曲面和檢測點，能得到曲面上檢測點的所有偏差值，如圖12所示，并能得到最大和最小偏差值。

（11）電極設(shè)計軟件：可使用3D造型軟件Pro/E、UG、CATIA和SolidWorks等。應(yīng)用Pro/E軟件可快速復(fù)制曲面，延伸拉長、切剪修型拆分設(shè)計電極，能夠在模具型腔裝配中，做電極干涉檢查，可做返點檢測，能保證電極質(zhì)量。應(yīng)用Pro/E的NC加工模塊，能快速生成NC加工電極程序，實現(xiàn)壓鑄模具CAD/CAM一體化。可節(jié)省模具加工時間，提高勞動效率。

模具型腔放電加工是模具加工的最后階段，一定要保證電極設(shè)計準確。電極設(shè)計的關(guān)鍵是形狀準確、基準統(tǒng)一，確保放電加工后型腔成型對、尺寸正確。電極設(shè)計要合理，防止干涉，避免放電加工積碳。

4. 結(jié)語

展望壓鑄模具的發(fā)展，壓鑄模具的設(shè)計要不斷創(chuàng)新，要建立人工智能和專家系統(tǒng)。充分利用先進3D設(shè)計軟件，迅速設(shè)計拆分好電極，精確加工出電極，有助于壓鑄模具型腔放電加工，制造出高品質(zhì)的壓鑄模具。

[1] 韋林. UG之WORKPIECE功能在模具型腔編程中的技巧[J]. 金屬加工（冷加工），2015（9）：42-43.

[2] 葉國英. 基于UG連接桿模具型腔電極設(shè)計與數(shù)控加工[J]. 模具制造，2013（1）：83-85.