0 引言

　　隨著現(xiàn)代加工技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)控銑、加工中心和電加工設(shè)備的應(yīng)用越來越普及。目前，幾乎所有注塑模具零件的加工都要依靠數(shù)控銑削、線切割放電和電火花放電三大加工技術(shù)來完成。在電火花放電加工過程中，決定加工質(zhì)量和效率的一個重要因素是電極，因此，電極的設(shè)計在模具行業(yè)的制造和加工中占有相當(dāng)重要的位置。目前，在電極設(shè)計方面，國內(nèi)系統(tǒng)性介紹的資料較少。本文運用NX軟件探討了一個典型塑料功能按鍵模具型腔電極的設(shè)計思路、方法和過程。

1 電極的設(shè)計

　　電極設(shè)計是工程設(shè)計人員根據(jù)所加工模具零件的結(jié)構(gòu)形狀確定需要放電加工的部位，設(shè)計出在電火花加工機床上所需的實現(xiàn)模具零件加工的電極。在電火花加工中，電極的作用是傳輸脈沖、腐蝕工件，而自身不損耗或損耗小。電極材料的選擇內(nèi)容是：成本、加工性能、加工損耗、加工精度和放電加工速度，目前應(yīng)用較為廣泛的材料主要是紫銅和石墨。

　　1.1 電極的結(jié)構(gòu)

　　一個完整的電極由工作部分、避空部分和基座部分組成，電極結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。其中工作部分包含了放電間隙（俗稱火花位），基座主要用來進行校表和確定基準角，避空部分要根據(jù)被放電加工零件的形狀與部位決定，一般基座離被放電加工零件的最高處不小于3mm，以便于放電加工時沖走殘渣，防止產(chǎn)生積碳現(xiàn)象?；叨纫话悴恍∮?mm，便于校表?；鶞式鞘且粋€標記，主要用于確定如何安裝電極（電極的基準角要與基座的基準角相對應(yīng)）。電極分為粗加工電極、半精加工電極和精加工電極，電極的放電間隙是依據(jù)被放電加工零件的加工精度和材料、電加工設(shè)備的性能、電極材料及相應(yīng)的電加工參數(shù)來決定，一般情況下，被放電加工零件粗加工時，所用電極單邊放電間隙為0.3mm左右，精加工電極單邊放電間隙為0.1mm左右。

　　1.2 電極的加工部位

　　在模具的制造過程中，模具零件中一些形狀復(fù)雜或特殊的部位不適用機械加工的，就要采用電極放電腐蝕加工。如：1）模具零件中直角、尖角及小網(wǎng)角的部位；2）模具零件中窄縫或筋條部位；3）模具零件中存在較深且窄的部位：4）由曲面與直壁或斜壁組成的角位：5）模具零件材料硬度特別高或表面精度要求特別高的部位（使用普通機床或數(shù)控機床加工難以達到要求時）。

　　1.3 電極設(shè)計的原則

　　1)電極的可加工性。設(shè)計的電極應(yīng)該是合理、可以加工的，并且加工性能較好。

　　2)保證加工精度。放電加工要保證零件的加工精度，如位置精度要求特別高的地方，電極設(shè)計時盡可能在同一電極內(nèi)完成，不要拆成多個電極，減少由于多次裝夾引起的加工誤差。

　　3)提高加工效率。為縮短電火花加工時間，若多個電極部位距離較小，應(yīng)制成一個整體式電極。

　　4)節(jié)省材料成本。若兩個電極部位距離較大時，可以考慮分解成兩個電極，不要制成一個整體電極。

　　電極的設(shè)計不能只考慮單一因素，需要綜合各方面的加工要素來考慮，包括加工精度、成本、效率和自身的可加工性能。

2 NX軟件電極設(shè)計模塊的功能與方法

　　NX軟件電極設(shè)計模塊能夠自動完成電極的設(shè)計任務(wù)，能夠自動重復(fù)使用知識，利用關(guān)聯(lián)性快速進行設(shè)計變更，驗證并保證設(shè)計。電極設(shè)計模塊提供了執(zhí)行下列任務(wù)所需的所有工具：項目和加工設(shè)置管理、對制造幾何圖形進行識別、電極頭建模、智能坯料設(shè)計、標準夾具和固定裝置庫、電極驗證、投影面積、灼燒面積、干擾檢查、設(shè)計變更傳播、自動創(chuàng)建BOM和圖樣以及制造集成。

　　NX軟件電極設(shè)計流程各環(huán)節(jié)的主要內(nèi)容如下。

　　1)電極頭建模：NX軟件電極設(shè)計含有五個命令（創(chuàng)建箱體、修剪實體、替換實體、延伸實體和參考網(wǎng)角），這些命令可用于對電極頭進行快速建模。這些命令直觀、彼此關(guān)聯(lián)，基于簡單的拖放用戶界面原理。

　　2)電極基座和電極頭設(shè)計：從數(shù)據(jù)里面自動選取電極基座，并根據(jù)電極頭的相對位置將其定位，然后把它與電極頭合并。

　　3)電極設(shè)計驗證：利用設(shè)計驗證工具，可以自動識別電極與工件之間的干擾，可以輕易對問題區(qū)域進行可視化處理。

　　4)自動創(chuàng)建BOM和圖樣：創(chuàng)建并管理BOM，規(guī)定并控制每一欄的內(nèi)容（包括庫存量）并將其導(dǎo)出到Excel表，可以把預(yù)定義的繪圖模板用于自動生成電極圖樣，圖樣與電極之間存在關(guān)聯(lián)關(guān)系，位置、庫存量、火花間隙和材料等都被自動應(yīng)用于圖樣和表格。

3 功能按鍵模具型腔電極的設(shè)計

　　3.1 模具型腔的加工工藝分析

　　功能按鍵如圖3所示，材料為ABS，外形輪廓長為120mm，寬為30.8mm，高為16mm，主要部位的壁厚為2.5mm，功能按鍵共有7個按鍵位，中間按鍵位和支架過渡的地方用薄壁筋條連接，筋條截面為1mm×1.5mm，以便保證按鍵能夠有一定的彈性；按鍵表面外觀面，裝配在電視機上露出0.5mm左右，因此，距離7個按鍵表面1mm以上的外觀要求高、不能有瑕疵，同時要求色澤均勻、清潔、無刮痕、無毛刺、無機械損傷和斷裂等表面質(zhì)量，不能有明顯色差、縮水、毛邊、結(jié)合縫和污點等?；谝陨系姆治?，模具結(jié)構(gòu)采用一模兩腔的結(jié)構(gòu)方式：進澆口采用潛伏式的澆口，以消除按鍵表面排氣困難導(dǎo)致燒焦、充填不滿以及熔接線的現(xiàn)象。

　　3.2 模具型腔電極設(shè)計

　　模具型腔經(jīng)過通用的銑削、磨削和CNC加工后，需要加工的地方材料已經(jīng)基本被切除，但是角落、窄縫和筋條等需要加工的地方還有余量，為解決這些地方的加工問題，需要對這些部位進行電極放電加工。為此，需要依據(jù)型腔的實際形狀設(shè)計制造出相應(yīng)的電極，對這些位置進行放電加工。電極設(shè)計總體原則是降低成本和提高加工效率，為了縮短放電加工的時間，在不浪費大量電極材料的基礎(chǔ)上，盡可能采用整體式電極。

　　利用這些電極，考慮到產(chǎn)品的實際精度要求，選用粗加工電極的放電間隙為0.3mm，精加工電極的放電間隙為0.15mm；選用石墨為電極材料，為了保證較好的表面粗糙度，對澆口電極和按鍵外形的精加工電極，選用Cu作為電極材料。

　　電極設(shè)計完成后，對電極進行加工，加工完成的電極裝夾在電加工機床上，設(shè)定相應(yīng)的電加工參數(shù)，對型腔進行放電就可以完成型腔的電加工。

4 結(jié)語

　　本文以一個典型的塑料產(chǎn)品功能按鍵為例，介紹了在NX軟件平臺上，如何對電極進行分析和設(shè)計，同時詳細分析了功能按鍵模具型腔電極的設(shè)計思路，完成了功能按鍵模具型腔電極的設(shè)計。整套模具經(jīng)過數(shù)控銑削加工、電極加工、模具裝配等加工和裝配后，按本方案在注塑機上注塑成型的功能按鍵表面質(zhì)量良好，達到產(chǎn)品設(shè)計的要求。