压铸模具放电加工的电极设计

冯晓梅 史宏莹 王敏东 赵然 徐庆琳
共立精机（大连）有限公司
《金属加工（冷加工）》2018年收录

一、压铸模具制造要求

目前压铸模具制造的产品越来越多，如汽车、摩托车和许多机械电子产品的一些部件都是压铸件，压铸生产的产品已渗透各个领域。汽车压铸件如离合器壳体、变速器壳体、四缸体、三缸体、滤清器、阀体、转向器和行李架等已经占整个压铸行业产品的77%以上。压铸生产的产品需求量猛增，推动压铸模具生产不断扩展，对压铸模具制造、模具型腔的加工（NC加工和放电加工）提出了更高的要求。

压铸模具的特点是形状结构复杂，尺寸要求严格、精度高。压铸模具型腔的加工包含粗加工和精加工。压铸模具型腔精加工大部分是采用放电加工，放电加工的电极数量多。加工电极的拆分、电极的设置以及电极的粗、精加工十分重要。

模具型腔根部R过小，为R1mm、R0.5mm，NC加工需要更换直径小的刀具，进一步做局部清根加工。如图1和图2所示，如果NC加工不能实现，有时需要补局部电极放电加工清根。模具型腔过高或过深，NC加工的刀具长度受限制，加工不到模具型腔成型位置，最终都要采用放电加工。模具精加工的主要方式之一是放电加工。

图 1

图 2

二、压铸模具加工方式

目前压铸模具加工，主要是NC高速切削加工和普通机加工、压铸模具放电加工和线切割加工。如图3所示，模具放电加工需要先做好电极设计，购买电极材料，加工粗、精电极，人工要参照样件修电极，检测电极，再放电加工模具型腔。放电加工后，钳工要修型抛光，去除放电加工痕迹，组装研配模具。

图 3

放电加工（电火花加工）的基本原理是在石墨或铜电极（阳极）和钢材（阴极）之间的不导电介质中放电。模具的侵蚀通过放电来控制。操作过程中，负电极进入钢材中获得所需形状。电火花加工中钢材的表面温度非常高，从而使其熔化和蒸发。

放电加工的优点是：NC高速加工不能实现的，放电加工都能实现。只要拆分好电极，放电加工就能很顺利地完成。放电加工的缺点是：成本高、时间长，要拆分电极、制作电极。需要加工和操作的步骤较多（见图3），电极消耗材料量大，生产效率低。

三、电极设计

放电加工一般为两次，即粗放电加工和精放电加工，相应的电极有粗电极和精电极。放电加工的关键是合理拆分电极，电极拆分设计要同时兼顾有利于电极加工和放电加工。压铸模具放电加工的电极设计主要包括以下几点。

1、电极尺寸

电极尺寸要选择合理，要考虑粗、精电极加工成本。如汽车离合器壳体、变速器壳体电极，特大的主体电极（大电极）粗、精电极可使用一个，粗电极放电加工完，下沉加工为精电极，再放电精加工型腔。如果客户产品需求量大，同时制作两套以上，或考虑要制作复制更新模具，可分别设置粗、精两个大电极，电极材料高度可加厚，能再利用。

使用过的精电极可作为复制模具的粗电极，原来的粗电极可下沉加工电极，再利用作为复制模具精电极。小电极尺寸应尽可能小，保证在放电加工成型处，电极底座尺寸能够保证放电加工固定。

2、整体电极

整体电极也称为一体电极、主电极或大电极，可带模具型腔成型外边缘设置的浇道、桥部等，如图4所示，主电极上带有小凸起，就是模具型腔上桥部。如汽车压铸件滤清器、阀体整体电极都带有浇道、桥部。整体电极材料一般为石墨，可选用国产或进口材料。

图 4

整体电极设计的关键，是要保证放电加工畅通顺利，防止放电加工积碳而损伤模具型腔。

3、局部电极

局部电极也称为小电极，铸件局部尺寸要求严格的部位、整体电极放电加工不到的位置、压铸件定位基准加工处以及NC加工不能实现的位置，都可拆成局部小电极，放电加工模具型腔。拆分好的局部电极一定要在3D装配中检查，防止放电加工干涉，避免失误。如图5所示，局部小电极装配在型腔上，做电极干涉检查。电极底座要偏移成型处5～6mm，如图6所示，可防止电极底部加工时带有R角，避免放电加工干涉，损坏模具型腔。电极底座的设计，左侧小于上面成型处，避免放电加工干涉。设计小电极材料可选石墨和铜材质，一般放电加工圆柱形状和文字电极使用铜电极。压铸模具型腔尺寸要求特别严格的，如密封槽处可选用铜电极做放电精电极。

图 5

图 6

4、筋部电极

电机壳体、摩托车缸体及散热器等许多产品上都带有很多筋片，排布密集成型筋部电极可隔行拆分，有利于筋部电极加工清根、修型和检测，以提高加工质量。电极拆分要掌握一定的技巧，如图7a所示，筋部密集，NC加工电极难实现，可隔行拆分为图7b和图7c所示筋电极。这样能避免放电加工积碳，保证放电加工顺利进行。

（a）

（b）

（c）

图 7

5、电极设置

模具型腔表面加工，同时需要NC高速加工和放电加工处，3D图（见图8）中线上端是NC加工，下端是放电加工，衔接处一定要注意，不要有过大段差出现。衔接处不能设置在压铸件重要尺寸上，拆分电极要特别注意，衔接处要错位避开压铸件重要尺寸处。因衔接处一般明显有高速加工和放电加工痕迹，钳工修型抛光时，会光顺加工表面，造成尺寸偏差。

图 8

6、电极清单

拆分电极时要建立电极清单，标注电极名称，电极材料（石墨、铜），电极数量，电极类型（粗电极、精电极），电极减寸量以及电极放电位置等。电极清单的建立，有利于电极加工和放电加工，避免加工遗漏、模具型腔缺少形状。

7、电极基准

电极基准要明确指出是制品基准。所有电极基准必须统一，为制品基准。放电加工基准也是制品基准，要和图样基准一致。这样有利于放电加工，不用换算，不会出错。电极基准统一非常重要，拆分电极要特别重视。实际生产加工电极时，由于电极基准和放电加工基准不同，造成过一些模具型腔放电加工错误，模具型腔有的直接报废，损失很大。

8、电极拆分依据

①按模具型腔拆分电极，要求模具型腔设计准确到位，是模具精加工模型，模具结构和压铸件成型处都是正确无误的。按模具型腔拆分，能直接看到模具型腔的浇道、渣包和桥部，配合连接处、侧抽滑道等，能统筹划分电极。减小电极数量，方便检查电极干涉。如图5所示，在模具型腔上复制曲面建立电极比较容易，数据量小。

②按压铸件拆分电极，要求压铸件3D模型是准确的，设计电极时要同时装配模具型腔，复制曲面建立电极在装配中进行，涉及部件多，数据量大，易漏掉模具型腔结构形状，拆分电极数量多。按压铸件拆分电极的优点是，在模具型腔结构设计的同时，模具成型处部分电极能够拆分完，急用的电极能够加工完。能节省时间，保证生产周期。图9所示为模具型腔加工流程，可以看到压铸模具电极拆分的重要性。

图 9

9、电极模型

基于压铸模具型腔和压铸件3D建立的电极模型，一定要同主体形状（模具型腔、压铸件3D模型）相关联，不要盲目设置独立几何，使电极模型孤立。因模具设计中，客户经常提出设计变更，修改压铸件3D和模具结构设计。如果电极模型是相关联的，修改主体形状尺寸，再生电极模型就会自动调整修正好，不用重新拆分电极，可节省时间，提高效率。

10、电极检测

电极加工完，要用三坐标检测，在电极表面上选择重要尺寸处，选些点检测或扫描检测。三坐标检测输出数据，可通过程序自动转化为Pro/E能读入的点数据，在电极模型上返点检测。能判断出电极是否含减寸量，电极加工模型是否正确，如图10和图11所示为电极返点检测点位置。用Pro/E分析几何偏差，选择检测曲面和检测点，能得到曲面上检测点的所有偏差值，如图12所示，并能得到最大和最小偏差值。

图 10

图 11

图 12

11、电极设计软件

可使用3D造型软件Pro/E、UG、CATIA和SolidWorks等。应用Pro/E软件可快速复制曲面，延伸拉长、切剪修型拆分设计电极，能够在模具型腔装配中，做电极干涉检查，可做返点检测，能保证电极质量。应用Pro/E的NC加工模块，能快速生成NC加工电极程序，实现压铸模具CAD/CAM一体化。可节省模具加工时间，提高劳动效率。

模具型腔放电加工是模具加工的最后阶段，一定要保证电极设计准确。电极设计的关键是形状准确、基准统一，确保放电加工后型腔成型对、尺寸正确。电极设计要合理，防止干涉，避免放电加工积碳。