基于Pro／ENGINEER的電極設(shè)計方法與技巧

趙學(xué)慶 王帥 史宏瑩 于曉明

一、引言

電火花加工技術(shù)是歷史最悠久的特種加工方法，在模具制造業(yè)、航空和航天、電子等眾多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。電火花放電加工是分別把工件和工具制作成兩個電極，利用兩極間脈沖火花放電產(chǎn)生的熱能，熔化、蒸發(fā)和拋出工件電極材料，達(dá)到加工工件的目的。

電極設(shè)計好壞會直接影響電極的加工復(fù)雜性、制造成本、加工進(jìn)度與精度，最終會直至影響整套模具的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)進(jìn)度。因此必須高度重視模具制造中電極的設(shè)計問題。

Pro/ENGINEER軟件在模具設(shè)計中有廣泛的應(yīng)用。實體造型、參數(shù)化和自上而下的設(shè)計理念，成為模具工程師體現(xiàn)設(shè)計思想的得心應(yīng)手的工具。在Pro/ENGINEER軟件中，電極的高效設(shè)計有一個非常好的方法，就是借助軟件中獨特的體積塊特征（volume）扣印電極。就如使用橡皮泥嵌入型腔，再取出橡皮泥，電極的形狀就做成了，而且還是實體結(jié)構(gòu)，可以繼續(xù)使用實體特征進(jìn)行編輯，這對于應(yīng)用Pro/ENGINEER的設(shè)計人員在設(shè)計電極時會更加簡便。當(dāng)模型修改時，Pro/ENGINEER的參數(shù)化就體現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢，從模型至電極工程圖一改到底。

二、Pro/ENGINEER軟件抽取電極的基本方法

1.pro/ne中使用體積塊（volume）

當(dāng)型腔模型為準(zhǔn)確的模型后，可在型腔上直接反扣出電極模型。此種方法使用較為廣泛。在許多CAM軟件中有快速電極制作的模塊，可在準(zhǔn)確的模具型腔上反扣出電極，并可編輯底座的大小及形狀。在Pro/ENGINEER的加工模塊中使用Volume可快速的做出電極的模型，然后轉(zhuǎn)出為*.prt的實體造型或IGS文件。其方法按以下圖例順序所示。

進(jìn)入加工模塊：圖l與圖2是進(jìn)入PROE編程模塊的方法。調(diào)入模型：將型腔模型調(diào)入，與系統(tǒng)坐標(biāo)系匹配。如圖3、圖4所示。這四個步驟是準(zhǔn)備階段的軟件操作，養(yǎng)成習(xí)慣即可。

準(zhǔn)備工作做好以后，開始建立體積塊。銑削體積塊在加工模塊中是用來限定加工區(qū)域的一種手段，即具有曲面特征，又可以進(jìn)行實體特征的編輯操作（如拉伸增加、去除、倒角、偏置等），操作方法靈活。在模具分型中，分型體積塊具有相同的特點。

點擊右側(cè)“銑削體積塊”快捷鍵，如圖5所示，進(jìn)入創(chuàng)建實體拉伸的界面，如圖6所示。創(chuàng)建的拉伸特征如圖7所示。

體積塊建立以后，仍然在當(dāng)前的過程中，選擇右側(cè)的“修剪工具”圖標(biāo)，開始扣印電極。如圖8所示。

選擇型腔作為剪切的工具，修剪體積塊，如圖9所示。點擊確認(rèn)后，成型部位的輪廓就展現(xiàn)在眼前。如圖10所示.此時，電極成型部位的底面與型腔的分型面重合，還需要做出一端5-10mm的避空段，避免電加工時損傷分型面及棱角。還在這個進(jìn)程中，點擊拉伸特征的快捷鍵，如圖6所示，做去除拉伸特征，如圖10所示效果。

做好了電極的避空段，電極的形狀就完全呈現(xiàn)，點擊確認(rèn)，完成體積塊。

此時的體積塊只是一個特征，需要轉(zhuǎn)換成實體部件或IGS等格式文件，才能用來做電極的加工編程。

先介紹通過體積塊創(chuàng)建實體的過程。如下圖11、圖12所示。

創(chuàng)建一個新部件，起好電極名稱。例如：DJ1。

沿著下拉菜單的次序，選擇使用面組（Use Quilt）創(chuàng)建實體。

點擊確認(rèn)后，實體模型創(chuàng)建結(jié)束，如圖13所示。在模型樹中顯示出新建的電極實體。

此時，體積塊仍然存在屏幕中，與實體模型重合在一起，視覺上有些雜亂?？梢詫Ⅲw積塊遮蔽，不再顯示。需要顯示的時候再取消遮蔽即可。遮蔽體積塊的方法如圖14所示。

文件樹中的電極實體，作為一個裝配模型，可以在激活的狀態(tài)下進(jìn)行細(xì)化的處理。保存加工文件后，在當(dāng)前文件夾中可以找到“DJ1”的模型，轉(zhuǎn)入加工模塊進(jìn)行CAM流程。

當(dāng)團(tuán)隊合作時，需要導(dǎo)出IGS或STP格式的文件，再導(dǎo)入其它類型的CAM軟件進(jìn)行編程。Pro/ENGINEER中的體積塊具有面組的特征，只要在“另存”中選擇面組特征，即可轉(zhuǎn)換出所需要的格式文件。如圖l5所示。

2.電極干涉檢查的方法

Pro/ENGINEER檢測電極干涉主要在裝配模塊中。將模具型腔與電極按照制品坐標(biāo)系裝配在一起，每個電極設(shè)置不同的顏色，可清楚地查看每個電極放電的位置，干涉的情況一目了然。將關(guān)鍵部件轉(zhuǎn)換成實體，其余部件為線框，則更直觀，如圖16所示。方法：點擊view→modelsetup→component display→create，建立名稱→shading→選取部件→done。

建立一個電極“CD2”，如圖16所示，有明顯的干涉存在。細(xì)微之處，可使用Pro/ENGINEER裝配中的Moldanalysis，會自動地將干涉部位表示出來。如下圖17所示。

打開電極與型腔的裝配文件（*.asm），在文件條中選擇分析（Analysis）→模型（model analysis）→在子菜單欄中選擇全局干涉（Global Interference），接著定義（definition）欄目中選擇僅零件（part only），包括面組quilts（exclude），顯示精確結(jié)果display （exact result）→計算（compute），運算后部件與部件之間的干涉部位會以高亮的線條表示出來?；蛘撸陲@示全部（Display）中選擇快速查看（Quick check），Pro/ENGINEER會列出所有部件間的干涉，具體細(xì)節(jié)可點擊預(yù)覽（Verify）察看結(jié)果。如下圖18所示。

同傳統(tǒng)的切削加工相比，電火花加工速度和加工效率很低，Pro/ENGINEER軟件的應(yīng)用使電極的設(shè)計變更靈活方便，提高了設(shè)計效率縮短了電火花加工周期。

三、提高電加工效率的電極設(shè)計方式

在實際生產(chǎn)中，如何使用數(shù)量最少、形狀最簡單的若干個電極完成復(fù)雜型芯的加工，需要根據(jù)具體情況分析。下面列出了四種電極設(shè)計技巧。

1.并列

某些中、小型的壓鑄模具，其主電極或其中局部電極需粗、精兩次放電加工，如果電極的尺寸較小，可將粗、精電極設(shè)計在一起，中間偏置出干涉的尺寸。如此不僅可節(jié)省NC加工、放電加工的裝夾時間，還可提高電加工的位置精度。要確保偏置的基準(zhǔn)明確，偏置的距離不能產(chǎn)生干涉，如圖19所示。

2.間隔

某些型腔的并排的薄筋電極，間隔很小，NC加工時刀具很難進(jìn)入，加工條件不好，小直徑加長的刀具不僅震顫造成光潔度降低，刀具還容易折斷，連帶筋片損傷。如圖20所示。將此類情況的電極分成間隔的兩個電極，是一個很好的解決方法。

電極間隔分離后，可以使用較大直徑的刀具進(jìn)行NC加工，保證了更高的強(qiáng)度與更好的表面質(zhì)量，提高了筋片加工的成功率，但增加了電極數(shù)量，也延長了電加工的時間。利弊權(quán)衡，要根據(jù)部件加工的重點技術(shù)要求決定電極方案。質(zhì)量至上，則要付出必要的時間。

3.旋轉(zhuǎn)

圖21所示的圓柱段是一段精度要求較高的分型面。若豎直加工，由于電極的高度較大（約70mm），較難保證圓弧面的弧度與側(cè)邊的小圓角（R2），因此平放加工效果較好。

電極在放電時需撥轉(zhuǎn)10，因此需要在電極上設(shè)計出一段工藝基準(zhǔn)。在NC加工時用球刀以曲面銑削的加工方式銑出基準(zhǔn)，在電加工時電極撥轉(zhuǎn)10，以CAD提供的基準(zhǔn)尺寸進(jìn)行加工。電極的細(xì)節(jié)設(shè)計如圖22所示。

旋轉(zhuǎn)的設(shè)計方式技術(shù)要點在于要設(shè)計出放電基準(zhǔn)，并明確標(biāo)示不含減寸量的尺寸、位置。此基準(zhǔn)在NC階段是傾斜狀態(tài)，加工后一定要使用三坐標(biāo)測量誤差，為電加工做好準(zhǔn)備。電加工時，要確認(rèn)旋轉(zhuǎn)方向、基準(zhǔn)位置，及時與電極設(shè)計人員、檢測人員聯(lián)絡(luò)溝通。

可見，旋轉(zhuǎn)電極在NC加工時精度提高，CAD人員的設(shè)計工作量增大，電加工人員確認(rèn)的時間增加。鑒于此，只適用于特殊情況需要，不能作為普遍使用的電極方式。

4.組合

電極的組合方式是將分解的細(xì)小電極，遵循便于NC加工、EDM電加工的原則組合在一塊電極上的方法。

組合電極示例1：曲面分解后的組合。

對小型壓鑄模具而言，模型在細(xì)節(jié)上要求較高，制作整體電極時需選擇直徑很小的刀具，加工條件非常不好。將相鄰曲面分隔拆解，曲面聯(lián)接部位延伸擴(kuò)展，然后將不同部位組合在同一個毛坯上加工。

如圖23所示，拆分方案將曲面分解成兩組。第一部分（藍(lán)色曲面）電極中去除的紅色曲面部分（第二部分）向下方向延展，為NC加工中的細(xì)小刀具提供了回轉(zhuǎn)的空間，充分保證了豎直曲面的加工效果。同理，第二部分（紅色曲面）的曲面可以沿軸向延展，也為NC加工有效曲面部位提供了便利條件。如圖24所示。將粗電極、精電極再并列在一起，整塊電極的尺寸變化不大，一塊電極解決了整個型腔的電加工形狀。

此種設(shè)計改善了NC加工條件，提高了尺寸加工精度。不足之處是型腔的尖角部位需要手工做出圓角。

組合電極示例2：并列與間隔方式的組合。

圖25中的筋片間隔很小（1.7mm），長度較長（21.7mm），制作整體電極難以加工。按照組合電極拆分的思路，問題迎刃而解。

首先采用間隔的方式，將筋片部位拆分成兩部分，再并列粗、精電極，做成電極1，如圖26所示。同理做成電極2。電極1與電極2是兩塊電極。

兩塊電極組裝后的效果如圖27所示。間隔的筋片擴(kuò)大了刀具進(jìn)出的間隙，解決了Nc難以加工的難題。若將電極1與電極2再次并列組成一塊電極，這樣，兩部分電極連粗帶精都集中在一塊電極上，可以成倍提高電加工效率。

細(xì)節(jié)上，要留意電極放電時的排氣設(shè)計。兩端開放式出口，有效排氣，提高電加工效率，避免積碳情況發(fā)生。

可見，分解模型相鄰部位，可以保證相交棱線的清晰，但會增加電極的數(shù)量?？梢詫⑾嗤愋偷碾姌O偏置后組合在一起，又有效減少了電極數(shù)量。由此，可以達(dá)到既保證質(zhì)量，又減少電極數(shù)量，從而提高加工效率的目的。

在實際生產(chǎn)中，如何使用數(shù)量最少、形狀最簡單的若干個電極完成復(fù)雜型芯的加工，需要根據(jù)具體情況分析。

四、結(jié)語

復(fù)雜電極的拆分模具制造中的一個重點，也是難點。應(yīng)用Pro/ENGINEER軟件進(jìn)行模具設(shè)計與電極的拆分確實為模具生產(chǎn)帶來了方便，加上Pro/ENGINEER軟件的體積塊功能，將會使產(chǎn)品、模具及電極的變更靈活方便，提高了設(shè)計效率。通過對電極的合理拆分，可以完成復(fù)雜型芯的電火花加工。在實際生產(chǎn)中，如何使用數(shù)量最少、形狀最簡單的若干個電極完成復(fù)雜型芯的加工，需要根據(jù)具體情況分析。既要求電極形狀簡單又要求電極數(shù)量少似乎是一對不可調(diào)和的矛盾，但只要掌握了電極拆分技巧，仔細(xì)分析，可以合理解決這一問題，滿足技術(shù)性的同時也滿足經(jīng)濟(jì)性。