0 引言
随着现代加工技术的飞速发展，数控铣、加工中心和电加工设备的应用越来越普及。目前，几乎所有注塑模具零件的加工都要依靠数控铣削、线切割放电和电火花放电三大加工技术来完成。在电火花放电加工过程中，决定加工质量和效率的一个重要因素是电极，因此，电极的设计在模具行业的制造和加工中占有相当重要的位置。目前，在电极设计方面，国内系统性介绍的资料较少。本文运用NX软件探讨了一个典型塑料功能按键模具型腔电极的设计思路、方法和过程。
1 电极的设计
电极设计是工程设计人员根据所加工模具零件的结构形状确定需要放电加工的部位，设计出在电火花加工机床上所需的实现模具零件加工的电极。在电火花加工中，电极的作用是传输脉冲、腐蚀工件，而自身不损耗或损耗小。电极材料的选择内容是：成本、加工性能、加工损耗、加工精度和放电加工速度，目前应用较为广泛的材料主要是紫铜和石墨。
1.1 电极的结构
一个完整的电极由工作部分、避空部分和基座部分组成，电极结构示意如图1所示。其中工作部分包含了放电间隙（俗称火花位），基座主要用来进行校表和确定基准角，避空部分要根据被放电加工零件的形状与部位决定，一般基座离被放电加工零件的最高处不小于3mm，以便于放电加工时冲走残渣，防止产生积碳现象。基座高度一般不小于8mm，便于校表。基准角是一个标记，主要用于确定如何安装电极（电极的基准角要与基座的基准角相对应）。电极分为粗加工电极、半精加工电极和精加工电极，电极的放电间隙是依据被放电加工零件的加工精度和材料、电加工设备的性能、电极材料及相应的电加工参数来决定，一般情况下，被放电加工零件粗加工时，所用电极单边放电间隙为0.3mm左右，精加工电极单边放电间隙为0.1mm左右。
1.2 电极的加工部位
在模具的制造过程中，模具零件中一些形状复杂或特殊的部位不适用机械加工的，就要采用电极放电腐蚀加工。如：1）模具零件中直角、尖角及小网角的部位；2）模具零件中窄缝或筋条部位；3）模具零件中存在较深且窄的部位：4）由曲面与直壁或斜壁组成的角位：5）模具零件材料硬度特别高或表面精度要求特别高的部位（使用普通机床或数控机床加工难以达到要求时）。
1.3 电极设计的原则
1)电极的可加工性。设计的电极应该是合理、可以加工的，并且加工性能较好。
2)保证加工精度。放电加工要保证零件的加工精度，如位置精度要求特别高的地方，电极设计时尽可能在同一电极内完成，不要拆成多个电极，减少由于多次装夹引起的加工误差。
3)提高加工效率。为缩短电火花加工时间，若多个电极部位距离较小，应制成一个整体式电极。
4)节省材料成本。若两个电极部位距离较大时，可以考虑分解成两个电极，不要制成一个整体电极。
电极的设计不能只考虑单一因素，需要综合各方面的加工要素来考虑，包括加工精度、成本、效率和自身的可加工性能。
2 NX软件电极设计模块的功能与方法
NX软件电极设计模块能够自动完成电极的设计任务，能够自动重复使用知识，利用关联性快速进行设计变更，验证并保证设计。电极设计模块提供了执行下列任务所需的所有工具：项目和加工设置管理、对制造几何图形进行识别、电极头建模、智能坯料设计、标准夹具和固定装置库、电极验证、投影面积、灼烧面积、干扰检查、设计变更传播、自动创建BOM和图样以及制造集成。
NX软件电极设计流程各环节的主要内容如下。
1)电极头建模：NX软件电极设计含有五个命令（创建箱体、修剪实体、替换实体、延伸实体和参考网角），这些命令可用于对电极头进行快速建模。这些命令直观、彼此关联，基于简单的拖放用户界面原理。
2)电极基座和电极头设计：从数据里面自动选取电极基座，并根据电极头的相对位置将其定位，然后把它与电极头合并。
3)电极设计验证：利用设计验证工具，可以自动识别电极与工件之间的干扰，可以轻易对问题区域进行可视化处理。
4)自动创建BOM和图样：创建并管理BOM，规定并控制每一栏的内容（包括库存量）并将其导出到Excel表，可以把预定义的绘图模板用于自动生成电极图样，图样与电极之间存在关联关系，位置、库存量、火花间隙和材料等都被自动应用于图样和表格。
3 功能按键模具型腔电极的设计
3.1 模具型腔的加工工艺分析
功能按键如图3所示，材料为ABS，外形轮廓长为120mm，宽为30.8mm，高为16mm，主要部位的壁厚为2.5mm，功能按键共有7个按键位，中间按键位和支架过渡的地方用薄壁筋条连接，筋条截面为1mm×1.5mm，以便保证按键能够有一定的弹性；按键表面外观面，装配在电视机上露出0.5mm左右，因此，距离7个按键表面1mm以上的外观要求高、不能有瑕疵，同时要求色泽均匀、清洁、无刮痕、无毛刺、无机械损伤和断裂等表面质量，不能有明显色差、缩水、毛边、结合缝和污点等。基于以上的分析，模具结构采用一模两腔的结构方式：进浇口采用潜伏式的浇口，以消除按键表面排气困难导致烧焦、充填不满以及熔接线的现象。
3.2 模具型腔电极设计
模具型腔经过通用的铣削、磨削和CNC加工后，需要加工的地方材料已经基本被切除，但是角落、窄缝和筋条等需要加工的地方还有余量，为解决这些地方的加工问题，需要对这些部位进行电极放电加工。为此，需要依据型腔的实际形状设计制造出相应的电极，对这些位置进行放电加工。电极设计总体原则是降低成本和提高加工效率，为了缩短放电加工的时间，在不浪费大量电极材料的基础上，尽可能采用整体式电极。
利用这些电极，考虑到产品的实际精度要求，选用粗加工电极的放电间隙为0.3mm，精加工电极的放电间隙为0.15mm；选用石墨为电极材料，为了保证较好的表面粗糙度，对浇口电极和按键外形的精加工电极，选用Cu作为电极材料。
电极设计完成后，对电极进行加工，加工完成的电极装夹在电加工机床上，设定相应的电加工参数，对型腔进行放电就可以完成型腔的电加工。
4 结语
本文以一个典型的塑料产品功能按键为例，介绍了在NX软件平台上，如何对电极进行分析和设计，同时详细分析了功能按键模具型腔电极的设计思路，完成了功能按键模具型腔电极的设计。整套模具经过数控铣削加工、电极加工、模具装配等加工和装配后，按本方案在注塑机上注塑成型的功能按键表面质量良好，达到产品设计的要求。
(审核编辑: 智汇胡妮)
