电极概述及工厂制作标准

青华工作室 · 发表于 2012-8-2 13:52

本帖最后由青华工作室于 2012-8-2 13:58 编辑

     一、关于电极
   在产品加工、模具制造的过程中，对于某些难以直接使用机械加工成型的物理工件采取电火花(EDM)技术成型。因此，在制造行业，电极技术是一种不可或缺的技术环节。其决定着产品模具是否制造成功的关键步骤之一，企业掌握了该项技术，意味着在制造高、精、薄、小产品方面的技术优势和制造高度，设计师的电极设计水平也将直接影响到加工效率和成型效果。但是在目前的制造领域中，由于材料不同，设备不同，要求不同等各方面因素的影响，企业和个人对于电极的理解和制作都没有完整的理论体系和相关的制作标准，可能导致在工作中出现失误而影响工程进度和增加成本。因此，本文以塑胶模具行业为基础，根据多方的经验和长时间反复试验的结果总结成文，望能对该行业同仁有所帮助。

       二、EDM技术的概念
   利用电极与工件之间通电产生火花的瞬间高温，去层层蚀除工件表面上材料，电火花加工适用于高硬度导电工件的加工。
   电极在塑胶模具中的应用：
   目前消费品市场的塑胶产品的外形设计越来越趋向于薄、小、亮、精等尖端的时尚主题。这样就会给制造带来相当的难度。如此，传统的做法和设备已经无法满足现在的产品要求。随着先进的镜面放电技术的兴起与普及，越来越多的拥有严格外观要求的产品得到了优秀的解决方案。所以，在消费性电子行业（如手机，MP4）等相关产品的制造中（如图1），外观电极已经是一道必不可少的加工程序，它能得到相当优良的镜面效果，同时也可以准确的控制外形尺寸，这样可以避免传统的人工省模或抛光工序造成的误差。再者，目前的EDM技术还可以通过调节电流的大小在模具型腔表面得到粗细程度不同的火花纹路效果，这样对于制造那些表面要求具备防滑效果的产品来说，可以做到精度与美观并存。因此，外形电极制作和应用技术不可或缺。

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其次，各类产品的壁厚越来越薄，所以结构设计往往都具备有高强度，耐冲击等等功能，同时产品的内部往往要照顾电路PC板，零部件，多数都设计了大量的加强筋。（如图2、3）

   这些位置给加工造成极大的难度。因为筋位的宽度常规都在1mm以下。普通的CNC和刀具无法直接加工成型，所以模具后模加工往往要通过大量的电极才能完成。
   再者，一套模具的制造要经过大量的工序，如行位，镶件以及复杂的进胶等其它加工死角的存在，这使得电极技术显得尤为重要。（如图4）

因此，一套完整的，规范的设计和制作标准对于现代企业的管理和发展具备相当的指导意义。
电极的结构（如图5、6、7）：

      三、专业术语解释
      产品胶位：模具上的待加工区域位置的反向形状，即产品形状。
      延伸位：在原胶位高度基础上所增加的且沿着原斜度或曲率方向的变化所得形状。
      直身位：即基准台与胶位之间的安全高度，也称为冲水位。因为其形状多为垂直剖面图形，故多称之为直身位。
      基准台：为后期的CNC和EDM加工所设计并具备校正水平和深度，分中坐标等一系列功能的标准凸台。

      四、胶位相关制作要求
   1. 必须根据原模大小进行设计，同时要反复检查和干涉。首先可以通过观察的方法，在ug软件中使用编辑对象显示的功能可将工件进行透明化，比较明显的干涉或缺胶可以直接观察到。如果遇到细节较多，曲面复杂的胶位，则可以使用求差或求交检查。建议使用分析菜单里面的简单干涉，不受参数影响同时成功几率较高。(如图8、9)

2.如有特殊外观要求的，如手机产品前模外观面必须全部做为放电位置整理成单个电极整体放电，便于控制整模具精度。如遇到刀具死角，孔径和夹角过小等此类特殊情况，可以考虑使用线切割技术加工到位。在加工条件允许的情况下，外观电极通常不考虑分开设计。（如图10、11）

3. 根据CNC的实际用刀大小，在某些刀具无法直接加工成型的死角位置设计电极时候，需要考虑加大尺寸。以刀具半径大小加2-3mm便于接平加工面。(如图12、13）

4.同一位置胶位部分必须按照先上后下的顺序。一般胶位与毂位电极尽量分开设计。(如图14、15），而图15为产品的一处胶位，形状复杂、台阶太多，所以更要注意这种情况。

5.在工件有空隙的情况之下宽度不及1mm的电极需要做补强。补强的形状可根据空位大小做成L、H字型。(如图16、17、18)

6.高度大致相等，形状相近，在不影响NC加工的情况下可以做成集成电极。这样可节省大量的铜材与加工时间。两胶位之间的距离应小于制作单个胶位电极的材料大小。多胶位在一个电极上面视情况而定。(如图19)

7.模仁中形状一致的胶位或者需要EDM放电的位置可以只制做一个电极反复的移动或旋转使用。但是必须在电极工程图纸中做详细说明，防止EDM技术人员操作失误。(如图20、21、22）)

8.对于台阶较多的胶位尽量分开处理，一是防止电极磨损过多而导致多个深度失调。二是防止因台阶过多而影响NC加工程式做负余量时产生误差。(如图23)

9.斜度过大的死角不宜使用线切割，一是机床限制。二是拔模过大容易造成电极底部空心而导致过切。(如图24)

10.圆形柱位，点胶，潜水位置电极可考虑使用车床加工，但是需要注明火花位置大小。牛角以及进胶口电极则多数使用NC加工。(如图25、26、27)

   11.如行位或斜顶需要设计电极则要考虑是否需要单独放电处理还是装配后再处理。模具若是对夹线要求严格,那么表面带有胶位的行位，镶件，斜顶等工件则需要在模具完全装配好的情况下再制作电极，EDM的坐标基准则必须参照装配图。

     五、延伸位的相关要求
      一般电极都必须按照起曲面法向做延伸位，其目的是为了防止在加工电极时候侧向的火花位过大而导致某些合模边未加工到数。其次是为了得到更好的曲面效果。这一点在外观电极中很重要。(如图28和图30）

      2.电极若是带有斜度也需要做延伸位。直身则不需要。
      3.如做配合电极，如CNC余留下的拐角,以及各工件之间的配合处,未加工的槽位也是如此。(如图29)

一般延伸位的大小根据工件形状和曲面质量可以参考下列原则：火花位<延伸位<5mm,一般情况下不考虑做得太大，防止在放电过程中由于无视电极深度方向磨损继续再加工理论深度时而产生的过切。(如图30)

5.胶位边若是圆角，则不需要做延伸。(如图31)

     六、直身位的相关要求
   1. 可根据NC编程选刀的半径大小来定义，如常规的使用球刀精加工，假设直身位高度不够则会被加工面就会切削到基准台而无法直接到数，而使用平底刀和小R值的圆鼻刀则不存在这个问题。(如图32)

2. 最主要的依据是根据基准台的大小来设计直身高度起到避空作用，防止基准台碰撞到工件。(如图33、34)

3. 直身位的另外一个作用就是EDM的冲水作用，因为电极在做放电加工时需要用火花油进行溶解排渣，否则会造成积碳而损坏工件！所以基准台的表平面需要和工件之间产生一定的间隙进行避空，防止过切。一般电极都做3mm以上。(如图35)

4. 直身位是最起码，最直接的电极NC加工完成后的QC检查标准；所以说无特殊情况，强调电极必须做直身位。(如图36)

   七、基准台的相关要求
      1. 基准台宽度大小必须成整数。其原因是为了防止分中时出现小数坐标点,其次是为了材料的定制。大小以胶位为准,单边加大3mm-5mm以上。过大则浪费材料。(如图37)

2. 基准台的四个角其中之一必须相对于模具基准做成c角,一般做到3mm以上。其它三个角做R0.5mm圆角处理,避免尖角割伤操作者。(如图38)

3. 电极基准相对于模具基准(X、Y、Z）必须取整数基准台的高度一般做到10mm,方便校表通过。不宜太短,否则会影响火花机夹持。(如图39、40)

   4. 基准台必须相对于模具周边平行垂直关系。基准的Z平面必须参考模仁或工件的最大或最精确平面设计成整数，确保操作方便和绝对精度。
   5. 制做行位,斜顶电极,如果基准台偏心或者单边取数,必须在电极图纸上重点表示出取数面。(如图41)

6. 如为了加工方便或者节省材料，基准台允许制做成非标。但是必须考虑适当的机器夹持和手工校表位置。(如图42、43、44）

      7. 采购的铜料规格多数为5的倍数，因此基准台的设计尽量取靠近5和0的偶数。如18mm和24mm.避免铜料浪费。
      8. 最小的铜材规格一般为15*15*25MM，因此在设计小胶位的电极均以此为标准。
      9. 多个相同胶位设计在一个基准台的情况必须考虑材料大小强度，加工时间，损耗，成本以及后期修改等多方面因素，确保工作的质量。
其它要求：
   （1）设计过程中遵循先主体后散件，先胶位后毂位，先大后小等相关原则，在保证效率的同时确保工作进度。
   （2）不合理的胶位（如未拔模，倒扣等）要及时和相关的产品，模具技术人员协调沟通，确保产品精度。
   （3）重要的电极或非标准的电极要在图纸中重点突出标明，同时要有跟踪指导工作。
   （4）电极在基准台的背面要有编号注明，可使用图层或装配进行管理，方便查找和存档。（如图45）
   （5）电极开料原则：以基准长宽大小单边加1MM-3MM取5的倍数。电极尾部必须保证有效的15MM装夹位置（多数企业是采取电极尾部钻孔攻牙的方式固定装夹）。
   （6）在CNC无法加工完成的死角，如取线切割的方式，那么在图纸中，需要严格注明线割区域火花位大小，特别是有斜度的电极，则需要取一个整数基准线。（如图46）

八、总结
如今的制造行业越来越重视电极技术了，形状复杂的产品结构往往会带来大量的电极设计工作，因此，很多企业专门设立了电极设计师的职位，由此可见，电极技术的理论和标准在现行的制造生产中具有相当的指导意义。企业和个人可参考此文并结合实际定制适合自身发展的标准。做为西门子公司旗下重头产品--NX软件，能够满足大多数模具电极设计工作的需要，同时其强大的建模功能与相关的图纸功能，可以为用户快速提供最优化，最完整的立体解决方案。本文中的电极全部以NX4.0为平台设计.实践证明，采用NX软件平台在电子、电脑、家电、汽车等相关行业的模具制造中是非常可行的。

zhouhui920 · 发表于 2012-9-7 20:06

这个为什么没人顶呢，难道看看就走了

靳世水 · 发表于 2012-9-7 20:15

楼主总结的真是太好了

hongyingok9919 · 发表于 2013-3-4 19:36

顶顶顶顶

pigcheng · 发表于 2013-3-4 20:58

好帖子啊，顶了

黑色视觉 · 发表于 2013-3-7 11:13

狂顶啊啊啊啊

gejihuei02 · 发表于 2013-6-18 23:44

膜拜神贴，后面的请保持队形~

2899958355 · 发表于 2013-6-23 18:49

楼主辛苦了，好东西啊！！！！！！！！

qq305275874 · 发表于 2013-6-23 19:30

啥也不说了，楼主就是给力！

尹定 · 发表于 2013-9-14 11:20

啥也不说了，楼主就是给力！

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