氣缸頭是摩托車發(fā)動機的一個非常重要的關(guān)鍵零件，其作用是形成氣缸的工作容積和為活塞運動導(dǎo)向，在高溫、高壓、潤滑不良、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，無法用刀具切削加工，必須制作電極用電火花加工來成型。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(見圖3)。每個模具型芯有大量的深槽(見圖4)。三向抽芯的主要部分采取數(shù)控機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、數(shù)控編程的平臺，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床加工葉片溝槽。下面介紹散熱葉片電極設(shè)計與加工方法。

二、葉片電極傳統(tǒng)的設(shè)計加工方法

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。如果每個抽芯采用整體電極的話，只能用直徑5mm以下而長度達100mm的細長刀具，根本無法切削。因此，通常采用單片電極組合的方法。圖5是第一個葉片的模具和電極模型。圖中標號為1、2和3處是三個方向的抽芯，標號為11、22和33處為相對應(yīng)的電極(右圖為左抽芯的電極11的三維幾何模型)。每一個葉片需要三個電極，6個散熱葉片的XX90氣缸頭(見圖2)模具就需要18塊電極，同理，有12個散熱葉片的XX250的氣缸頭需要36塊電極。

制造時為加工方便，通常采取同樣形狀大小的毛坯。先鍛造18個相同的長方體毛坯，銑削毛坯六面，保證厚度12mm，每個毛坯鉆鉸兩個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)控機床上分別加工每個葉片，最終將三個方向的各六片電極通過定位孔裝夾形成三個電極組合，在電加工機床上分別加工不同的三個抽芯。

設(shè)計編程時，XX90氣缸頭需要建立18個三維幾何模型和18個毛坯模型，XX250氣缸頭需要36個三維幾何模型和36個毛坯模型。每塊葉片電極需要3個程序，僅XX90氣缸頭就有54個程序，數(shù)控編制和數(shù)控加工時間長，而且煩瑣易出錯。因此葉片電極的設(shè)計加工極大地影響了模具的加工周期和成本。

三、改進的葉片電極設(shè)計和加工方法

1.葉片電極設(shè)計

基于氣缸頭的特點，我們將每一層的三個電極改進成圖6所示的一個整體葉片電極。圖中矩形輪廓為12mm厚的毛坯，在其中間部分制作一個圓臺并鉆鉸4個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。每個型面加工完成后通過定位夾緊孔形成一個完整的組合電極，如圖7所示。當電加工左抽芯時，用與抽芯方向垂直的2個定位孔來定位夾緊。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，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，由于這個區(qū)域的模具葉片槽是開放的，也可以采取鉗工方法來彌補，實踐證明腐蝕量非常小。

這樣，對于6個散熱葉片的XX90氣缸頭模具需要6塊電極，而有12個散熱葉片的XX250的氣缸頭僅需要12塊電極。在電加工時只要注意電極的正確定位，用這個整體組合葉片電極分別加工三個抽芯是完全可以的。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)加工工藝與原來工藝一樣，采取鍛造→銑削6面→鉆鉸4個直徑相等的孔。但必須注意，除厚度為12mm外，電極的大小和4個直徑相等的孔及圓臺的位置必須在CAD軟件中準確確定。其原則為：電極最小的長和寬尺寸必須包容所有葉片的最大輪廓，圓臺的直徑必須在所有葉片最小工作輪廓之內(nèi)，4個直徑相等的孔必須在圓臺范圍之內(nèi)。最后利用4個直徑相等的孔作為安裝定位基準，安裝在設(shè)計的夾具上，在HV45立式加工中心上加工葉片電極型面。

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