0 引言

　　隨著現代加工技術的飛速發展，數控銑、加工中心和電加工設備的應用越來越普及。目前，幾乎所有注塑模具零件的加工都要依靠數控銑削、線切割放電和電火花放電三大加工技術來完成。在電火花放電加工過程中，決定加工質量和效率的一個重要因素是電極，因此，電極的設計在模具行業的制造和加工中占有相當重要的位置。目前，在電極設計方面，國內系統性介紹的資料較少。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計思路、方法和過程。

1 電極的設計

　　電極設計是工程設計人員根據所加工模具零件的結構形狀確定需要放電加工的部位，設計出在電火花加工機床上所需的實現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，目前應用較為廣泛的材料主要是紫銅和石墨。

　　1.1 電極的結構

　　一個完整的電極由工作部分、避空部分和基座部分組成，電極結構示意如圖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，防止產生積碳現象。基座高度一般不小于8mm，便于校表。基準角是一個標記，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）。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被放電加工零件的加工精度和材料、電加工設備的性能、電極材料及相應的電加工參數來決定，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（使用普通機床或數控機床加工難以達到要求時）。

　　1.3 電極設計的原則

　　1)電極的可加工性。設計的電極應該是合理、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，電極設計時盡可能在同一電極內完成，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，應制成一個整體式電極。

　　4)節省材料成本。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軟件電極設計模塊的功能與方法

　　NX軟件電極設計模塊能夠自動完成電極的設計任務，能夠自動重復使用知識，利用關聯性快速進行設計變更，驗證并保證設計。電極設計模塊提供了執行下列任務所需的所有工具：項目和加工設置管理、對制造幾何圖形進行識別、電極頭建模、智能坯料設計、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、設計變更傳播、自動創建BOM和圖樣以及制造集成。

　　NX軟件電極設計流程各環節的主要內容如下。

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

　　2)電極基座和電極頭設計：從數據里面自動選取電極基座，并根據電極頭的相對位置將其定位，然后把它與電極頭合并。

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

　　4)自動創建BOM和圖樣：創建并管理BOM，規定并控制每一欄的內容（包括庫存量）并將其導出到Excel表，可以把預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聯關系，位置、庫存量、火花間隙和材料等都被自動應用于圖樣和表格。

3 功能按鍵模具型腔電極的設計

　　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量，不能有明顯色差、縮水、毛邊、結合縫和污點等。基于以上的分析，模具結構采用一模兩腔的結構方式：進澆口采用潛伏式的澆口，以消除按鍵表面排氣困難導致燒焦、充填不滿以及熔接線的現象。

　　3.2 模具型腔電極設計

　　模具型腔經過通用的銑削、磨削和CNC加工后，需要加工的地方材料已經基本被切除，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，需要依據型腔的實際形狀設計制造出相應的電極，對這些位置進行放電加工。電極設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上，盡可能采用整體式電極。

　　利用這些電極，考慮到產品的實際精度要求，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，設定相應的電加工參數，對型腔進行放電就可以完成型腔的電加工。

4 結語

　　本文以一個典型的塑料產品功能按鍵為例，介紹了在NX軟件平臺上，如何對電極進行分析和設計，同時詳細分析了功能按鍵模具型腔電極的設計思路，完成了功能按鍵模具型腔電極的設計。整套模具經過數控銑削加工、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量良好，達到產品設計的要求。