基于Pro／ENGINEER的电极设计方法与技巧

赵学庆 王帅 史宏莹 于晓明

一、引言

电火花加工技术是历史最悠久的特种加工方法，在模具制造业、航空和航天、电子等众多领域得到了广泛的应用。电火花放电加工是分别把工件和工具制作成两个电极，利用两极间脉冲火花放电产生的热能，熔化、蒸发和抛出工件电极材料，达到加工工件的目的。

电极设计好坏会直接影响电极的加工复杂性、制造成本、加工进度与精度，最终会直至影响整套模具的生产成本和生产进度。因此必须高度重视模具制造中电极的设计问题。

Pro/ENGINEER软件在模具设计中有广泛的应用。实体造型、参数化和自上而下的设计理念，成为模具工程师体现设计思想的得心应手的工具。在Pro/ENGINEER软件中，电极的高效设计有一个非常好的方法，就是借助软件中独特的体积块特征（volume）扣印电极。就如使用橡皮泥嵌入型腔，再取出橡皮泥，电极的形状就做成了，而且还是实体结构，可以继续使用实体特征进行编辑，这对于应用Pro/ENGINEER的设计人员在设计电极时会更加简便。当模型修改时，Pro/ENGINEER的参数化就体现出强大的优势，从模型至电极工程图一改到底。

二、Pro/ENGINEER软件抽取电极的基本方法

1.pro/ne中使用体积块（volume）

当型腔模型为准确的模型后，可在型腔上直接反扣出电极模型。此种方法使用较为广泛。在许多CAM软件中有快速电极制作的模块，可在准确的模具型腔上反扣出电极，并可编辑底座的大小及形状。在Pro/ENGINEER的加工模块中使用Volume可快速的做出电极的模型，然后转出为*.prt的实体造型或IGS文件。其方法按以下图例顺序所示。

进入加工模块：图l与图2是进入PROE编程模块的方法。调入模型：将型腔模型调入，与系统坐标系匹配。如图3、图4所示。这四个步骤是准备阶段的软件操作，养成习惯即可。

准备工作做好以后，开始建立体积块。铣削体积块在加工模块中是用来限定加工区域的一种手段，即具有曲面特征，又可以进行实体特征的编辑操作（如拉伸增加、去除、倒角、偏置等），操作方法灵活。在模具分型中，分型体积块具有相同的特点。

点击右侧“铣削体积块”快捷键，如图5所示，进入创建实体拉伸的界面，如图6所示。创建的拉伸特征如图7所示。

体积块建立以后，仍然在当前的过程中，选择右侧的“修剪工具”图标，开始扣印电极。如图8所示。

选择型腔作为剪切的工具，修剪体积块，如图9所示。点击确认后，成型部位的轮廓就展现在眼前。如图10所示.此时，电极成型部位的底面与型腔的分型面重合，还需要做出一端5-10mm的避空段，避免电加工时损伤分型面及棱角。还在这个进程中，点击拉伸特征的快捷键，如图6所示，做去除拉伸特征，如图10所示效果。

做好了电极的避空段，电极的形状就完全呈现，点击确认，完成体积块。

此时的体积块只是一个特征，需要转换成实体部件或IGS等格式文件，才能用来做电极的加工编程。

先介绍通过体积块创建实体的过程。如下图11、图12所示。

创建一个新部件，起好电极名称。例如：DJ1。

沿着下拉菜单的次序，选择使用面组（Use Quilt）创建实体。

点击确认后，实体模型创建结束，如图13所示。在模型树中显示出新建的电极实体。

此时，体积块仍然存在屏幕中，与实体模型重合在一起，视觉上有些杂乱。可以将体积块遮蔽，不再显示。需要显示的时候再取消遮蔽即可。遮蔽体积块的方法如图14所示。

文件树中的电极实体，作为一个装配模型，可以在激活的状态下进行细化的处理。保存加工文件后，在当前文件夹中可以找到“DJ1”的模型，转入加工模块进行CAM流程。

当团队合作时，需要导出IGS或STP格式的文件，再导入其它类型的CAM软件进行编程。Pro/ENGINEER中的体积块具有面组的特征，只要在“另存”中选择面组特征，即可转换出所需要的格式文件。如图l5所示。

2.电极干涉检查的方法

Pro/ENGINEER检测电极干涉主要在装配模块中。将模具型腔与电极按照制品坐标系装配在一起，每个电极设置不同的颜色，可清楚地查看每个电极放电的位置，干涉的情况一目了然。将关键部件转换成实体，其余部件为线框，则更直观，如图16所示。方法：点击view→modelsetup→component display→create，建立名称→shading→选取部件→done。

建立一个电极“CD2”，如图16所示，有明显的干涉存在。细微之处，可使用Pro/ENGINEER装配中的Moldanalysis，会自动地将干涉部位表示出来。如下图17所示。

打开电极与型腔的装配文件（*.asm），在文件条中选择分析（Analysis）→模型（model analysis）→在子菜单栏中选择全局干涉（Global Interference），接着定义（definition）栏目中选择仅零件（part only），包括面组quilts（exclude），显示精确结果display （exact result）→计算（compute），运算后部件与部件之间的干涉部位会以高亮的线条表示出来。或者，在显示全部（Display）中选择快速查看（Quick check），Pro/ENGINEER会列出所有部件间的干涉，具体细节可點击预览（Verify）察看结果。如下图18所示。

同传统的切削加工相比，电火花加工速度和加工效率很低，Pro/ENGINEER软件的应用使电极的设计变更灵活方便，提高了设计效率缩短了电火花加工周期。

三、提高电加工效率的电极设计方式

在实际生产中，如何使用数量最少、形状最简单的若干个电极完成复杂型芯的加工，需要根据具体情况分析。下面列出了四种电极设计技巧。

1.并列

某些中、小型的压铸模具，其主电极或其中局部电极需粗、精两次放电加工，如果电极的尺寸较小，可将粗、精电极设计在一起，中间偏置出干涉的尺寸。如此不仅可节省NC加工、放电加工的装夹时间，还可提高电加工的位置精度。要确保偏置的基准明确，偏置的距离不能产生干涉，如图19所示。

2.间隔

某些型腔的并排的薄筋電极，间隔很小，NC加工时刀具很难进入，加工条件不好，小直径加长的刀具不仅震颤造成光洁度降低，刀具还容易折断，连带筋片损伤。如图20所示。将此类情况的电极分成间隔的两个电极，是一个很好的解决方法。

电极间隔分离后，可以使用较大直径的刀具进行NC加工，保证了更高的强度与更好的表面质量，提高了筋片加工的成功率，但增加了电极数量，也延长了电加工的时间。利弊权衡，要根据部件加工的重点技术要求决定电极方案。质量至上，则要付出必要的时间。

3.旋转

图21所示的圆柱段是一段精度要求较高的分型面。若竖直加工，由于电极的高度较大（约70mm），较难保证圆弧面的弧度与侧边的小圆角（R2），因此平放加工效果较好。

电极在放电时需拨转10，因此需要在电极上设计出一段工艺基准。在NC加工时用球刀以曲面铣削的加工方式铣出基准，在电加工时电极拨转10，以CAD提供的基准尺寸进行加工。电极的细节设计如图22所示。

旋转的设计方式技术要点在于要设计出放电基准，并明确标示不含减寸量的尺寸、位置。此基准在NC阶段是倾斜状态，加工后一定要使用三坐标测量误差，为电加工做好准备。电加工时，要确认旋转方向、基准位置，及时与电极设计人员、检测人员联络沟通。

可见，旋转电极在NC加工时精度提高，CAD人员的设计工作量增大，电加工人员确认的时间增加。鉴于此，只适用于特殊情况需要，不能作为普遍使用的电极方式。

4.组合

电极的组合方式是将分解的细小电极，遵循便于NC加工、EDM电加工的原则组合在一块电极上的方法。

组合电极示例1：曲面分解后的组合。

对小型压铸模具而言，模型在细节上要求较高，制作整体电极时需选择直径很小的刀具，加工条件非常不好。将相邻曲面分隔拆解，曲面联接部位延伸扩展，然后将不同部位组合在同一个毛坯上加工。

如图23所示，拆分方案将曲面分解成两组。第一部分（蓝色曲面）电极中去除的红色曲面部分（第二部分）向下方向延展，为NC加工中的细小刀具提供了回转的空间，充分保证了竖直曲面的加工效果。同理，第二部分（红色曲面）的曲面可以沿轴向延展，也为NC加工有效曲面部位提供了便利条件。如图24所示。将粗电极、精电极再并列在一起，整块电极的尺寸变化不大，一块电极解决了整个型腔的电加工形状。

此种设计改善了NC加工条件，提高了尺寸加工精度。不足之处是型腔的尖角部位需要手工做出圆角。

组合电极示例2：并列与间隔方式的组合。

图25中的筋片间隔很小（1.7mm），长度较长（21.7mm），制作整体电极难以加工。按照组合电极拆分的思路，问题迎刃而解。

首先采用间隔的方式，将筋片部位拆分成两部分，再并列粗、精电极，做成电极1，如图26所示。同理做成电极2。电极1与电极2是两块电极。

两块电极组装后的效果如图27所示。间隔的筋片扩大了刀具进出的间隙，解决了Nc难以加工的难题。若将电极1与电极2再次并列组成一块电极，这样，两部分电极连粗带精都集中在一块电极上，可以成倍提高电加工效率。

细节上，要留意电极放电时的排气设计。两端开放式出口，有效排气，提高电加工效率，避免积碳情况发生。

可见，分解模型相邻部位，可以保证相交棱线的清晰，但会增加电极的数量。可以将相同类型的电极偏置后组合在一起，又有效减少了电极数量。由此，可以达到既保证质量，又减少电极数量，从而提高加工效率的目的。

在实际生产中，如何使用数量最少、形状最简单的若干个电极完成复杂型芯的加工，需要根据具体情况分析。

四、结语

复杂电极的拆分模具制造中的一个重点，也是难点。应用Pro/ENGINEER软件进行模具设计与电极的拆分确实为模具生产带来了方便，加上Pro/ENGINEER软件的体积块功能，将会使产品、模具及电极的变更灵活方便，提高了设计效率。通过对电极的合理拆分，可以完成复杂型芯的电火花加工。在实际生产中，如何使用数量最少、形状最简单的若干个电极完成复杂型芯的加工，需要根据具体情况分析。既要求电极形状简单又要求电极数量少似乎是一对不可调和的矛盾，但只要掌握了电极拆分技巧，仔细分析，可以合理解决这一问题，满足技术性的同时也满足经济性。