氣缸頭是摩托車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的一個(gè)非常重要的關(guān)鍵零件，其作用是形成氣缸的工作容積和為活塞運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，在高溫、高壓、潤(rùn)滑不良、交變載荷和腐蝕等條件下工作。為增加冷卻面積，保證散熱充分，在其外表面鑄有許多散熱片，并有大量的支撐筋。葉片、筋等在模具上就形成小的深而復(fù)雜凹槽，無(wú)法用刀具切削加工，必須制作電極用電火花加工來(lái)成型。因此，電火花加工在氣缸頭模具制造中有重要的作用。

散熱葉片特點(diǎn)是環(huán)繞氣缸頭四周、量大(5～14片不等)、厚度較小(3mm左右)、片間距較小(10～12mm)。模具結(jié)構(gòu)采取三向抽芯(見(jiàn)圖3)。每個(gè)模具型芯有大量的深槽(見(jiàn)圖4)。三向抽芯的主要部分采取數(shù)控機(jī)床或線切割加工出基本形狀，而刀具加工不到的位置采取電火花最終成形。我們采取CAD/CAM/NC加工集成技術(shù)，用UG軟件作為產(chǎn)品和模具設(shè)計(jì)、數(shù)控編程的平臺(tái)，以HV45加工中心作為主要的加工手段加工模具型面和葉片電極，采用北京阿奇電火花機(jī)床加工葉片溝槽。下面介紹散熱葉片電極設(shè)計(jì)與加工方法。

二、葉片電極傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)加工方法

我們以XX90氣缸頭為例。為保證散熱充分，該氣缸頭共有6片散熱葉片，片間隔12mm，其外邊緣厚度為2mm，為脫模方便，必須加上拔模角。而各葉片外邊緣距離中心遠(yuǎn)近不同，因此，葉片型面為變拔模角的曲面模型，拔模角從1°到3°不等。

模具采取三側(cè)抽芯的分型結(jié)構(gòu)，三側(cè)抽芯均需電極。如果每個(gè)抽芯采用整體電極的話，只能用直徑5mm以下而長(zhǎng)度達(dá)100mm的細(xì)長(zhǎng)刀具，根本無(wú)法切削。因此，通常采用單片電極組合的方法。圖5是第一個(gè)葉片的模具和電極模型。圖中標(biāo)號(hào)為1、2和3處是三個(gè)方向的抽芯，標(biāo)號(hào)為11、22和33處為相對(duì)應(yīng)的電極(右圖為左抽芯的電極11的三維幾何模型)。每一個(gè)葉片需要三個(gè)電極，6個(gè)散熱葉片的XX90氣缸頭(見(jiàn)圖2)模具就需要18塊電極，同理，有12個(gè)散熱葉片的XX250的氣缸頭需要36塊電極。

制造時(shí)為加工方便，通常采取同樣形狀大小的毛坯。先鍛造18個(gè)相同的長(zhǎng)方體毛坯，銑削毛坯六面，保證厚度12mm，每個(gè)毛坯鉆鉸兩個(gè)直徑相等位置一致的定位安裝孔。然后在UG中編制數(shù)控加工程序，在數(shù)控機(jī)床上分別加工每個(gè)葉片，最終將三個(gè)方向的各六片電極通過(guò)定位孔裝夾形成三個(gè)電極組合，在電加工機(jī)床上分別加工不同的三個(gè)抽芯。

設(shè)計(jì)編程時(shí)，XX90氣缸頭需要建立18個(gè)三維幾何模型和18個(gè)毛坯模型，XX250氣缸頭需要36個(gè)三維幾何模型和36個(gè)毛坯模型。每塊葉片電極需要3個(gè)程序，僅XX90氣缸頭就有54個(gè)程序，數(shù)控編制和數(shù)控加工時(shí)間長(zhǎng)，而且煩瑣易出錯(cuò)。因此葉片電極的設(shè)計(jì)加工極大地影響了模具的加工周期和成本。

三、改進(jìn)的葉片電極設(shè)計(jì)和加工方法

1.葉片電極設(shè)計(jì)

基于氣缸頭的特點(diǎn)，我們將每一層的三個(gè)電極改進(jìn)成圖6所示的一個(gè)整體葉片電極。圖中矩形輪廓為12mm厚的毛坯，在其中間部分制作一個(gè)圓臺(tái)并鉆鉸4個(gè)直徑相等的定位夾緊孔，孔心線分別與抽芯方向平行或垂直。每個(gè)型面加工完成后通過(guò)定位夾緊孔形成一個(gè)完整的組合電極，如圖7所示。當(dāng)電加工左抽芯時(shí)，用與抽芯方向垂直的2個(gè)定位孔來(lái)定位夾緊。加工結(jié)束，旋轉(zhuǎn)90°加工下抽芯，最后旋轉(zhuǎn)90°加工右抽芯。

為什么可以這樣呢？首先氣缸頭葉片的中間部分為氣缸頭基體，在模具上是空腔，實(shí)際并不需電極成型，只有葉片電極四周部分才起作用；再者，葉片四周環(huán)繞，三個(gè)方向的抽芯各利用整體電極的一部分，在分型線處相連，各部分互不干涉。電加工時(shí)，相互并不發(fā)生干涉和電腐蝕，即使在分型線附近有少量腐蝕，由于這個(gè)區(qū)域的模具葉片槽是開(kāi)放的，也可以采取鉗工方法來(lái)彌補(bǔ)，實(shí)踐證明腐蝕量非常小。

這樣，對(duì)于6個(gè)散熱葉片的XX90氣缸頭模具需要6塊電極，而有12個(gè)散熱葉片的XX250的氣缸頭僅需要12塊電極。在電加工時(shí)只要注意電極的正確定位，用這個(gè)整體組合葉片電極分別加工三個(gè)抽芯是完全可以的。電極材料大大減少，而且電極三維模型的設(shè)計(jì)建模工作量大大減輕。

2.葉片電極的加工

數(shù)控加工之前，電極毛坯的預(yù)加工工藝與原來(lái)工藝一樣，采取鍛造→銑削6面→鉆鉸4個(gè)直徑相等的孔。但必須注意，除厚度為12mm外，電極的大小和4個(gè)直徑相等的孔及圓臺(tái)的位置必須在CAD軟件中準(zhǔn)確確定。其原則為：電極最小的長(zhǎng)和寬尺寸必須包容所有葉片的最大輪廓，圓臺(tái)的直徑必須在所有葉片最小工作輪廓之內(nèi)，4個(gè)直徑相等的孔必須在圓臺(tái)范圍之內(nèi)。最后利用4個(gè)直徑相等的孔作為安裝定位基準(zhǔn)，安裝在設(shè)計(jì)的夾具上，在HV45立式加工中心上加工葉片電極型面。

與原來(lái)圖5右圖所示的電極立式安裝方式不同，改進(jìn)后的葉片電極采取水平放置(見(jiàn)圖7)，先加工一面，結(jié)束后反面安裝加工另一面。由于6個(gè)葉