模具畢業(yè)設(shè)計(jì)——汽車表盤注塑模動(dòng)模的銅電極設(shè)計(jì)與加工

1、目錄引言1一、電極設(shè)計(jì)的概述1（一）電極設(shè)計(jì)的思路分析1（二）電極設(shè)計(jì)的原則2 （三）電極的命名3二、電極設(shè)計(jì)的工藝4（一）電極材料的選取4（二）零件的放置和圖層設(shè)置5（三）電極的評(píng)審與出圖5（四）電極設(shè)計(jì)、下料尺寸的規(guī)定6 三、銅電極的加工9（一）銅電極的加工工藝分析9（二）銅電極加工時(shí)注意的事項(xiàng)10總結(jié)11引言 當(dāng)塑料注射模的型腔和型和芯的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，材料比較硬，模具型腔或型腔上有深孔，柱， 小圓角，復(fù)雜曲面以及尖角時(shí)，受刀具的硬度和規(guī)格尺寸等特性的限制，無法使用數(shù)控加工出全部的余量是，此時(shí)需要設(shè)計(jì)與加工出電火花加工用的電極，用電火花進(jìn)行加工。電火花加工通常會(huì)使用容易加工的銅料做放電電極

2、，俗稱銅電極。一、銅電極設(shè)計(jì)的概述隨著時(shí)代的高速發(fā)展,塑料產(chǎn)品越來越多的被人們所使用,在生活中無處不在，塑料模具行業(yè)隨之也得到飛快的發(fā)展，汽車行業(yè)在塑料產(chǎn)品中有著非常重要的地位。見圖1-1，汽車表盤的塑料模具模仁圖。如果只靠單純的CNC加工，基本上是不可能加工出所需的外型與工藝的。比如有直角和圓角等，因?yàn)榈毒咝螤钆c長(zhǎng)度等因素加工不出的，就需要電火花加工，電極設(shè)計(jì)隨之而來。圖1-1汽車表盤的塑料模具模仁圖（一）電極設(shè)計(jì)的思路分析1. 首先要查看整套模具的裝配文檔，區(qū)分出模具零件的靠破面以及成品區(qū)域，按照加工工藝確認(rèn)鑲件、斜頂、滑塊等是否需要配合放電。2. 根據(jù)零件要求和CNC加工能力判斷需設(shè)計(jì)電

3、極的區(qū)域，同時(shí)考慮零件配作的放電區(qū)域。能CNC加工的盡量要CNC加工，紋面除外。電極設(shè)計(jì)時(shí)要考慮CNC的加工能力，CNC的加工能力初步定義為直徑小于8mm的刀具加工深度為其直徑的5倍，如加工時(shí)間小于0.5小時(shí)的加工深度可以適當(dāng)加長(zhǎng)到7倍。直徑大于8mm的刀具加工深度為其直徑的7倍，如加工時(shí)間小于1.5小時(shí)的加工深度可以適當(dāng)加長(zhǎng)到其直徑10倍。3. 優(yōu)先設(shè)計(jì)零件單獨(dú)的放電區(qū)域，再設(shè)計(jì)零件配合的加工區(qū)域。設(shè)計(jì)電極時(shí)應(yīng)依照“先整體后局部”、“由內(nèi)往外”或“由外往內(nèi)”、“由左向右”或“由右向左”等順序設(shè)計(jì)電極，千萬別東一個(gè)、西一個(gè)的設(shè)計(jì)電極會(huì)導(dǎo)致遺漏設(shè)計(jì)電極。4. 電極設(shè)計(jì)應(yīng)該優(yōu)先設(shè)計(jì)主要的模具零件和

4、放電工作量大的零件，如上、下模仁等。（二）電極設(shè)計(jì)的原則1. 零件的成品面和靠破面的電極必須分開來設(shè)計(jì)電極，特殊情況也可以設(shè)計(jì)在一起，如果成品面和靠破面是同一個(gè)面，或成品面和靠破面是圓弧相切連接的。2. 電極設(shè)計(jì)前需了解工件以及成品的加工工藝，如表面粗糙度有要求的，零件配合放電加工的等。3. 當(dāng)一個(gè)電極加工多個(gè)位置時(shí)，盡量要避免平移和旋轉(zhuǎn)，減少放電人員的工作量。電極設(shè)計(jì)與加工應(yīng)該取消鏡像電極。4. 電極設(shè)計(jì)時(shí)必須要便于CNC加工。如CNC加工比較困難可以考慮拆分電極。5. 關(guān)鍵尺寸的控制區(qū)域的電極必須要單獨(dú)設(shè)計(jì)，便于零件尺寸的控制。 6. 電極設(shè)計(jì)的時(shí)候，如果多處放電區(qū)域相鄰比較近而且深度相差

5、沒有多少的時(shí)候，那么多處放電區(qū)域的電極可以聯(lián)合設(shè)計(jì)。見圖1-2： 圖1-2聯(lián)合電極7. 整體區(qū)域有外觀和平整度要求的，則應(yīng)該設(shè)計(jì)整體電極。整體電極無法CNC加工全部完成的可以采用線割、銅打銅、鉗工修整等方式。8. 電極設(shè)計(jì)時(shí)，兩電極相交的地方須要各自延伸23mm，用R角過渡。電極設(shè)計(jì)和CNC刀路相交的地方也須要延伸23mm，用R角過渡。 9. 電極設(shè)計(jì)的時(shí)候必須要考慮電極基準(zhǔn)臺(tái)和電極裝夾夾具是否與工件發(fā)生干涉。如果干涉則必須采取相應(yīng)的對(duì)策或注明需要拆除夾具后再放電。 10. 設(shè)計(jì)電極的時(shí)候必須要考慮CNC的加工因素，對(duì)于單薄的電極則需設(shè)計(jì)加強(qiáng)特征，以防止加工時(shí)發(fā)生變形。見圖1-3： 圖1-3加

6、強(qiáng)肋電極11. 零件區(qū)域的面積較大，CNC加工之后余量不是分布的很均勻。電極設(shè)計(jì)的時(shí)候可以考慮局部余量比較多的地方可以設(shè)計(jì)粗工電極，整體的區(qū)域可以設(shè)計(jì)精工電極。 12. 電極設(shè)計(jì)時(shí)的時(shí)候Z方向必須要按曲率延向上延伸23mm。13. 電極設(shè)計(jì)完成候，必須要檢查是否發(fā)生干涉和遺漏，干涉檢查的范圍包括電極的本體干涉、電極基準(zhǔn)臺(tái)的干涉、電極夾具的干涉和零件配作放電干涉等。遺漏的檢查必須要結(jié)合零件的CNC加工程序，明確CNC加工不到位的區(qū)域是否電極設(shè)計(jì)發(fā)生遺漏。 14. 電極放電時(shí)間隙的設(shè)置，需要根據(jù)電極放電的面積大小以及零件表面的要求來設(shè)置。電極粗、精工的設(shè)置則需要根據(jù)放電去除CNC殘料的多少來判斷的

7、。15. 電極放電火花放電間隙設(shè)置的時(shí)候，應(yīng)該同時(shí)考慮電極的外形特征。外形上所有的特征應(yīng)該同時(shí)符合電極加工的合理性以及最大放電間隙的需要。如果其中的個(gè)別特征不能達(dá)到要求的，則電極需分別來設(shè)計(jì)。（三）電極的命名1. 零件電極文檔的命名有如下幾個(gè)部分組成：零件名_電極編號(hào)_電極屬性。 10v024_2001 _0dj01_m 零件編號(hào)+下劃線+電極序號(hào)+下劃線+電極狀態(tài)2. 電極序號(hào)的定義： xdjxx前面的一位數(shù)代表設(shè)計(jì)設(shè)變得次數(shù) 后面的二位數(shù)代表電極的編號(hào)（01-99）3. 電極屬性是指在電極加工的整個(gè)流程中，某些用字母代表的具體含義。（正常加工無字母）電極裝夾方式：q代表EROWA撬板裝夾加

8、工，D代表單獨(dú)撬板裝夾加工。電極加工方式：c代表電極車床加工，w代表線割加工電極，e代表需cn二次加工的電極。 電極使用方式：j代表借用電極放電加工，x代表需裝入鑲件后放電的電極。電極后處理要求：b代表需避空后放電，w代表需線割后放電，x代表需鉗工修正后放電，g代表鉗工或編程等需跟蹤放電電極。如有多項(xiàng)要求的可同時(shí)存在，如電極需鏡像加工又需線割的可表示為（mw），又如撬板加工電極即需要線割后處理加工有需要跟蹤放電的可表示（qwg），依此類推。二、電極設(shè)計(jì)的工藝（一）電極材料的選取電火花加工型腔常用的的電極材料主要有紫銅和石墨，在比較特殊的情況下也可以采用銅鎢合金與銀鎢合金等材料。紫銅是目前在電火

9、花加工領(lǐng)域使用最多的電極材料。1. 紫銅材料塑性好，可以機(jī)械加工成型，鍛造成型，電鑄成型以及電火花線割成形,能制造成各種復(fù)雜的電極形狀,但難于磨削加工.用于電火花加工的電極必須是無雜質(zhì)的的電解銅,最好經(jīng)過鍛打.2. 紫銅加工穩(wěn)定性好,在電火花加工的過程中,穩(wěn)定的物理性能,能比較容易獲得穩(wěn)定的加工狀態(tài),不容易產(chǎn)生電弧的不良現(xiàn)象,在比較困難的情況下也能穩(wěn)定地加工.精加工采用低損規(guī)準(zhǔn)可以獲得輪廓清晰的型腔,因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)組織比較致密,加工表面的光潔度比較高,配合一點(diǎn)的工藝手段和電源后,表面加工粗糙度可以達(dá)到Ra0.025um的鏡面超光加工，但是因?yàn)椴牧媳旧淼娜埸c(diǎn)比較低，不宜承受較大的電流密度，一般情況下不

10、能使用超過30A的電流加工，否則會(huì)使電極表面出現(xiàn)嚴(yán)重的受損和龜裂，嚴(yán)重影響加工的效果。紫銅熱膨脹系數(shù)較大，在加工深窄和筋位部分，較大的電流會(huì)使局部高溫，這樣的情況下電極很容易發(fā)生變形。3. 紫銅電極適用較高精度模具的電火花加工，像加工中，小型型腔，花紋圖案，細(xì)微部位等均非常合適。 一般不使用石墨作電極材料的原因如下：1. 對(duì)石墨的切削加工中，刀具很容易發(fā)生磨損，這無形之中增加了加工的成本。2. 石墨電極在CNC加工的時(shí)候產(chǎn)生地粉塵比較多，粉塵也有一定的毒性。這就要求工廠有專門加工石墨電極的機(jī)床，但在一般情況下是沒有的。所以電極的材料較多的會(huì)選取紫銅，其外紫銅加工之后還可以再利用，這樣無形之中節(jié)

11、約了很多資源和成本。其外很多時(shí)候也會(huì)用黃銅去代替紫銅，黃銅較紫銅的價(jià)格會(huì)便宜很多，如果不是有特別的工藝要求，很多時(shí)候回優(yōu)先選擇黃銅去加工電極的。（二）零件的放置和圖層設(shè)置1. 零件擺放和放電加工基準(zhǔn)應(yīng)符合模具零件基準(zhǔn)規(guī)范，首選基準(zhǔn)方向靠近身的一側(cè)，其次再考慮零件裝夾和員工操作方便性，最后考慮機(jī)床適用性。2. 電極基準(zhǔn)方向應(yīng)該與零件基準(zhǔn)方向保持一致，旋轉(zhuǎn)和移動(dòng)等電極應(yīng)明確標(biāo)注其基準(zhǔn)方向。3. 電極設(shè)計(jì)層的控制，第1層放置符合加工基準(zhǔn)的原始文檔，第2-5層放置需要放入模仁配合放電加工的零件，第69層放置輔助電極設(shè)計(jì)的相關(guān)文檔。第10-200層放置電極。第254層放置與出圖相關(guān)的內(nèi)容。（三）電極的評(píng)

12、審與出圖 模具零件的電極設(shè)計(jì)完畢后，電極設(shè)計(jì)人員應(yīng)該向主管提出評(píng)審的建議。由編程部門的主管召集設(shè)計(jì)、加工、鉗工等部門的相關(guān)人員進(jìn)行電極設(shè)計(jì)合理性的評(píng)審。評(píng)審合格方能電極出圖和加工。 電極設(shè)計(jì)完畢后的出圖原則如下：1. 零件放電加工基準(zhǔn)應(yīng)該選擇合理，基準(zhǔn)尺寸標(biāo)注要明確，加工零件的最大外形尺寸必須要標(biāo)注。2. 電極放電坐標(biāo)要標(biāo)注清晰、方向要明確、坐標(biāo)尺寸形式要區(qū)別于其它的尺寸。3. 電極的外形尺寸和電極形體以及關(guān)鍵尺寸必須要標(biāo)注正確，電極的特征形狀需要表達(dá)的很清楚，需要后續(xù)處理的區(qū)域盡量能指示明確。4. 有特殊要求的電極必須要在備注欄里面標(biāo)注清楚，如線割，鉗工修整，鏡面要求，皮紋要求，避空和側(cè)打等

13、。側(cè)打的電極需要注明側(cè)打的方向。5. 電極設(shè)計(jì)圖上應(yīng)注明設(shè)計(jì)人員，編程人員和出圖時(shí)間，以及借用電極的詳細(xì)名稱，加工基準(zhǔn)，精粗工火花位以及數(shù)量加工程序等基本的信息。電極設(shè)計(jì)出圖注意點(diǎn)：1. 電極標(biāo)注時(shí)如尺寸線和標(biāo)注中心基準(zhǔn)線靠的比較近，肉眼無法分辨出電極移動(dòng)的方向時(shí)，電極尺寸所在區(qū)域就是電極移動(dòng)的方向。2. 一張電極設(shè)計(jì)圖上標(biāo)注多個(gè)電極的時(shí)候，各電極尺寸標(biāo)注線應(yīng)該靠近電極區(qū)域，尺寸線較多的情況下，會(huì)用不同顏色來標(biāo)注。3. 電極靠數(shù)原則是四面分中和底面抬高。需要檢查零件的外形X，Y兩側(cè)方向標(biāo)數(shù)值是否是一樣的，底面標(biāo)數(shù)的基準(zhǔn)是否與底面發(fā)生重合。因?yàn)榱慵?shù)模問題導(dǎo)致基準(zhǔn)出錯(cuò)的情況經(jīng)常會(huì)發(fā)生。4. 一張

14、電極加工單據(jù)上標(biāo)注有多處放電位置的，如放電位置大于2處的必須另行出圖，并注明此電極的總出圖數(shù)及第幾頁。電極設(shè)計(jì)出圖示意圖，見圖2-1： 圖2-1電極示意圖 （四）電極設(shè)計(jì)、下料尺寸的規(guī)定1. 電極的類別電極設(shè)計(jì)可以分為側(cè)固式EROWA的裝夾電極、撬板EROWA的裝夾電極、線割電極、車床電極和特殊電極。電極設(shè)計(jì)的原則上都需要使用EROWA夾具加工余放電，如無法使用EROWA夾具的都需要向主管匯報(bào)。 普通EROWA裝夾電極通常指常規(guī)電極：1) 電極cnc加工完成的，經(jīng)簡(jiǎn)單拋光的、修正的、檢測(cè)以后即可以放電加工的電極。2) 電極本體的長(zhǎng)度尺寸不得超過200mm，寬度不得超過45mm，高度不得超過60

15、mm的電極規(guī)格。3) 使用EROWA側(cè)固定式的夾具裝夾進(jìn)行cnc加工和edm放電的電極。撬板EROWA裝夾的電極指:電極通過螺紋連接EROWA夾具的方式進(jìn)行加工的、放電的電極.1) 電極下料的尺寸長(zhǎng)度和寬度兩個(gè)方向均超過45mm的電極需要作撬板電極處理。2) 電極高度超過60mm的但不高于75mm的，長(zhǎng)度方向超過45mm的需要作撬板電極處理，如果長(zhǎng)度方向未達(dá)到45mm以上的，電極設(shè)計(jì)時(shí)可以適當(dāng)?shù)募哟箅姌O長(zhǎng)度值。3) 撬板電極的螺紋孔分布為撬板中心位置,長(zhǎng)和寬正負(fù)方向各18mm，共四螺紋孔，規(guī)格為M8*10mm。如電極本體尺寸長(zhǎng)和寬都大于70mm的需撬4螺紋孔。4) 當(dāng)電極下料的長(zhǎng)度超過200m

16、m的，寬度超過150mm的，高度超過75mm的視為特殊電極處理，不可以使用EROWA撬板夾具加工。線割電極是指:電極需線割加工的電極。線割電極包括完成線割電極與cnc加工后線割電極。線割電極的設(shè)計(jì)需向主管匯報(bào)和申請(qǐng)，主管同意后才能下發(fā)。車床電極是指:使用車床加工完成的電極。車床電極需要使用EROWA車床專用夾具來裝夾放電。特殊電極是指無法使用EROWA夾具裝夾加工和放電的電極，包括一些特殊的要求、特殊的加工方式、特殊的放電方式的一些電極。2. 電極相關(guān)尺寸的定義，以及特殊電極的相關(guān)規(guī)定圖2-2電極相關(guān)尺寸的示意圖圖2-1中尺寸A、B是電極設(shè)計(jì)的碰數(shù)臺(tái)長(zhǎng)和寬的實(shí)際尺寸，尺寸F是電極本體高度的尺寸

17、加上碰數(shù)臺(tái)高度G的兩者之和，尺寸是電極本體到碰數(shù)臺(tái)階邊緣之間距離，尺寸E和D是電極下料毛坯的尺寸，尺寸H是電極裝夾尺寸。各個(gè)尺寸的普遍定義如下：1) 尺寸AB的值應(yīng)比電極本體的長(zhǎng)的和寬的尺寸單邊各大2mm到3mm，即C的值為2mm到3mm，如電極設(shè)計(jì)的過程中，無法滿足A和B尺寸的值要比電極本體長(zhǎng)和寬的尺寸單邊各大2mm到3mm的情況，那么至少長(zhǎng)和寬的各一邊需要滿足C值，以便于校準(zhǔn)、碰數(shù)和檢測(cè)所用。為了防止電極發(fā)生變形，銅料電極A和B的尺寸的數(shù)值比，不能超過15倍，以及最大的長(zhǎng)度不能超過250mm。同時(shí)為防止電極無法辨別鏡像的電極尺寸，A和B的值不允許設(shè)一樣。如果電極尺寸A和B符合撬板電極的尺寸

18、范圍則電極須要按撬板電極來設(shè)計(jì)。車床電極的A和B 的值為電極本體直徑的向外延伸的圓柱體，A、B是相同圓柱的直徑值，尺寸規(guī)格的取值應(yīng)該符合如下的幾個(gè)規(guī)格：D4、D6、D8、D10、D12。如果尺寸不在此范圍內(nèi)的或者無法使用車床的EROWA專用夾具的，要向主管匯報(bào)并且征得主管同意之后再下發(fā)。2) 尺寸G值的定義如下，普通EROWA夾具的裝夾電極的G值為5mm，需要線割電極的為方便鉬絲好靠數(shù)，故而G值需要加大到10mm，撬板加工的電極G值為通常都為10mm，以便于連接螺紋孔用來加工，但是如果電極的本體區(qū)域已經(jīng)存在螺紋孔加工的位置，那么則G值取為5mm。車床電極的G值最少要達(dá)到35mm，如果車床的專用

19、EROWA夾具與工件發(fā)生干涉則還需要提高車床電極的G值。如遇到零件的形體面高、底落差的比較大，電極本體的高度不能防止電極夾具避讓零件特征的,可以適當(dāng)提高G值。見圖2-3： 圖2-3撬板避空?qǐng)D3. 電極下料尺寸的規(guī)定和注意點(diǎn) 電極下料時(shí),尺寸D和E方向的兩個(gè)尺寸應(yīng)該要比A和B的尺寸單邊大2mm到3mm。電極下料的高度尺寸可以分為以下幾類：1) 普通的EROWA夾具裝夾的電極,下料高度應(yīng)該為電極實(shí)際的高度尺寸F再加上裝夾高度H之和，H值定義為15mm。2) 撬板EROWA夾具裝夾的電極的下料高度為電極實(shí)際高度的尺寸F再加上2mm到3mm。3) 電極下料的尺寸長(zhǎng)、寬和高的三個(gè)值盡可能不要同時(shí)都大于6

20、0mm，為達(dá)到這個(gè)目的可以優(yōu)化電極設(shè)計(jì)之類的方法。如果必須三個(gè)值都大于60mm的,需要向主管匯報(bào)，因?yàn)槿齻€(gè)值都大于60mm的電極胚料需要鍛打加工.鍛打電極的胚料的尺寸值，長(zhǎng)和寬分別為200mm和60mm，高度值可以通過與電極實(shí)際下料的尺寸體積換算而得到。4) 車床電極直徑不大于30mm的不用開下料單，如過大于30mm的車床電極，按照撬板電極下料的規(guī)范下料。5) 特殊電極的下料可以部門之間協(xié)商而定奪。三.電極的數(shù)控加工 圖3-1動(dòng)模銅電極視圖（一）銅電極的加工工藝分析動(dòng)模的銅電極對(duì)表面的光潔度要求比較高,結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜,在加工過程中應(yīng)該注意以下幾點(diǎn):1. 曲面間的圓角過度圓滑,圓弧的半徑比較小,

21、四面有一定的錐度.要使用比較鋒利的硬質(zhì)合金四刃銑刀來進(jìn)行加工，設(shè)置合理的加工參數(shù)。2. 銅電極的頂部加工比較困難，頂部和四周的曲面相交的地方有尖角，頂部的四周有圓角，要使用小刀來進(jìn)行數(shù)控加工的清角，采用合適的數(shù)控工藝來進(jìn)行加工。3. 為了使頂部光潔度變的更好，可以考慮變換刀具路徑的角度，來進(jìn)行曲面精加工。4. 銅電極的深度比較大，在加工時(shí)為了避免彈刀而保證銅電極斜面的加工質(zhì)量，每一刀的切削深度和進(jìn)給量都要合理的設(shè)計(jì)。5. 因?yàn)榱慵耐庑纬叽绫容^大，為了節(jié)約資源，從加工成本這一方面考慮，只加工一個(gè)精工電極，精工電極電火花加工時(shí)，會(huì)有很大的損耗，放電的電流要相應(yīng)的控制。 數(shù)控加工前，要用鋸床先鋸出

22、150x60x100mm的銅電極毛坯，在數(shù)控機(jī)床上裝夾加工。紫銅的材質(zhì)比較軟，很容易加工。使用鋒利的白鋼刀來進(jìn)行加工，必須要有較高的轉(zhuǎn)數(shù)和一定的進(jìn)給量以及切削液，其外精加工時(shí)一定要使用新刀。加工完銅電極以后，在銅電極上要寫上電極編號(hào)，以免與相似的電極發(fā)生混合，造成不必要的麻煩。（二）銅電極加工時(shí)的注意事項(xiàng)1. 加工前要檢查刀具是否齊全，銅電極的長(zhǎng)度是否符合裝夾要求。銅料硬度不高，很容易加工，刀走的速度比較快。表面的加工質(zhì)量為了得到保證，加工時(shí)要打開切削液和最大可能的使用新刀。2. 銅電極粗加工時(shí)，加工余量一般在0.2mm左右，精加工在0.01mm左右，3. 加工銅電極的刀路順序：1) 較大直徑的刀具粗加工。2) 較小直徑的刀具粗加工與清角。3) 較大直徑