壓鑄模具放電加工的電極設計

馮曉梅  史宏瑩  王敏東  趙然  徐慶琳

共立精機（大連）有限公司

《金屬加工（冷加工）》2018年收錄

目前壓鑄模具製造的產品越來越多，如汽車、摩託車和許多機械電子產品的一些部件都是壓鑄件，壓鑄生產的產品已滲透各個領域。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、轉向器和行李架等已經佔整個壓鑄行業產品的77%以上。壓鑄生產的產品需求量猛增，推動壓鑄模具生產不斷擴展，對壓鑄模具製造、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構複雜，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採用放電加工，放電加工的電極數量多。加工電極的拆分、電極的設置以及電極的粗、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，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，最終都要採用放電加工。模具精加工的主要方式之一是放電加工。

圖  1

圖  2

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。放電加工後，鉗工要修型拋光，去除放電加工痕跡，組裝研配模具。

圖 3

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）之間的不導電介質中放電。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。

放電加工的優點是：NC高速加工不能實現的，放電加工都能實現。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、製作電極。需要加工和操作的步驟較多（見圖3），電極消耗材料量大，生產效率低。

放電加工一般為兩次，即粗放電加工和精放電加工，相應的電極有粗電極和精電極。放電加工的關鍵是合理拆分電極，電極拆分設計要同時兼顧有利於電極加工和放電加工。壓鑄模具放電加工的電極設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。如果客戶產品需求量大，同時製作兩套以上，或考慮要製作複製更新模具，可分別設置粗、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複製模具的粗電極，原來的粗電極可下沉加工電極，再利用作為複製模具精電極。小電極尺寸應儘可能小，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。

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，可選用國產或進口材料。

圖  4

整體電極設計的關鍵，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。

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，防止放電加工幹涉，避免失誤。如圖5所示，局部小電極裝配在型腔上，做電極幹涉檢查。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，避免放電加工幹涉，損壞模具型腔。電極底座的設計，左側小於上面成型處，避免放電加工幹涉。設計小電極材料可選石墨和銅材質，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。

圖  5

圖  6

電機殼體、摩託車缸體及散熱器等許多產品上都帶有很多筋片，排布密集成型筋部電極可隔行拆分，有利於筋部電極加工清根、修型和檢測，以提高加工質量。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，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。

（a）

（b）

（c）

圖  7

5、電極設置

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。銜接處不能設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  8

拆分電極時要建立電極清單，標註電極名稱，電極材料（石墨、銅），電極數量，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，有利於電極加工和放電加工，避免加工遺漏、模具型腔缺少形狀。

電極基準要明確指出是製品基準。所有電極基準必須統一，為製品基準。放電加工基準也是製品基準，要和圖樣基準一致。這樣有利於放電加工，不用換算，不會出錯。電極基準統一非常重要，拆分電極要特別重視。實際生產加工電極時，由於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。

①按模具型腔拆分電極，要求模具型腔設計準確到位，是模具精加工模型，模具結構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、側抽滑道等，能統籌劃分電極。減小電極數量，方便檢查電極幹涉。如圖5所示，在模具型腔上複製曲面建立電極比較容易，數據量小。

②按壓鑄件拆分電極，要求壓鑄件3D模型是準確的，設計電極時要同時裝配模具型腔，複製曲面建立電極在裝配中進行，涉及部件多，數據量大，易漏掉模具型腔結構形狀，拆分電極數量多。按壓鑄件拆分電極的優點是，在模具型腔結構設計的同時，模具成型處部分電極能夠拆分完，急用的電極能夠加工完。能節省時間，保證生產周期。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。

圖  9

基於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）相關聯，不要盲目設置獨立幾何，使電極模型孤立。因模具設計中，客戶經常提出設計變更，修改壓鑄件3D和模具結構設計。如果電極模型是相關聯的，修改主體形狀尺寸，再生電極模型就會自動調整修正好，不用重新拆分電極，可節省時間，提高效率。

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。三坐標檢測輸出數據，可通過程序自動轉化為Pro/E能讀入的點數據，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，並能得到最大和最小偏差值。

圖  10

圖  11

圖  12

可使用3D造型軟體Pro/E、UG、CATIA和SolidWorks等。應用Pro/E軟體可快速複製曲面，延伸拉長、切剪修型拆分設計電極，能夠在模具型腔裝配中，做電極幹涉檢查，可做返點檢測，能保證電極質量。應用Pro/E的NC加工模塊，能快速生成NC加工電極程序，實現壓鑄模具CAD/CAM一體化。可節省模具加工時間，提高勞動效率。

模具型腔放電加工是模具加工的最後階段，一定要保證電極設計準確。電極設計的關鍵是形狀準確、基準統一，確保放電加工後型腔成型對、尺寸正確。電極設計要合理，防止幹涉，避免放電加工積碳。

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