吴广峰，吴盖桐
（东莞理工学院城市学院，广东东莞
523000）
摘要：塑料扒子注射模后模型芯与铜电极的设计与数控加工，是一种典型的塑料注射模加工案例。较为详尽地讲述了模具设计和加工时，
后模型芯及铜电极设计与数控加工的工艺步骤。关键词：塑料扒子；后模型芯；铜电极；数控加工中图分类号：TG76
文献标识码：A
文章编号：1009－9492(2019)06－0021－03
Designing and Processing of the Core and Copper Polar in a Plastic Rake
Injection Mould
WU Guang-feng ，WU Gai-tong
（City College of Dongguan University of Technology ，Dongguan 523000，China ）
Abstract:Designing and CNC processing of the injection mould core and copper polar is a typical example of injection mould.In this paper,the
processing technology and step of designing for the core and copper polar in injection mould are introduced in details.Key words:plastic rake ；core ；copper polar ；CNC processing
DOI:10.3969/j.issn.1009-9492.2019.06.007
收稿日期：2018－11－13
1后模结构分析
1.1后模图形绘制
后模是和前模相对应的，后模也采用了整体式的设计结构，一套模具两个型腔，对中分布。后模的分型面、扒齿部和前模型腔相应部位碰穿的曲面是一样的，复制过来即可。中间的圆孔处设计有碰穿面。选择中间圆孔处的圆边界，绘制出中间孔的修补平面。
绘制后模图形时，运用曲线的编辑手段，并根据后面拟定的数控加工工艺来绘制的曲面边界及加工曲线。后模单个型芯的图形中心点坐标到后模坐标原点中心Y 方向重合，X 方向的距离为-50.0mm 。顶部分型面平面的Z 方向尺寸为Z 58.0mm 。1.2后模加工工艺分析
图1为绘制好的后模加工3D 图。后模成型扒子的内表面，粗糙度要求比前模高。后模分为扒齿部型芯和柄部型腔两部分。和前模相对应，分型面有两部分是平面，一部分是斜面，还有一部分曲面。分型面也有两部分是平面，扒柄部位的最小圆角半径为R 1.25，扒子柄部型腔曲面与分型面直角相交，扒子齿部和柄部相交处的过渡圆角也很
小，无法直接在加工中心上加工完成此部分型腔，须设计柄部铜电极进行清角电加工。
采用后模碰穿前模的结构成型扒子齿部中间的圆形孔，在后模型芯腔上设计了圆形的碰穿孔凸台。扒子本体齿部型芯的加工余量很大，且Z 方向深度大，小直径刀具很难加工，要设计铜电极进行清角电加工。1.3后模加工要点
扒齿部的曲面复杂，齿部型芯要求和前模型腔碰穿，以成型十一个扒齿。十一个扒齿无法直接加工出来，也没有必要先进行粗加工，全部由电火花加工成型。后模齿部型芯与分型面之间的加工余量很大，要设计铜电极进行电加工。粗加工时，要采用小直径刀具进行清角。手柄处的型腔很浅，过渡圆角半径又很小，设计了铜电极进行电加工。
首先对扒齿处的曲面要进行修补，中间的孔处设计后模碰穿前模的凸台。扒齿部型芯要求和前模型腔碰穿，要采用合理的精加工工艺，并留有一定的余量。后模Z 27.256和Z 0.0处的分型平面要和前模对应的平面碰穿，要单独进行精加工。粗加工时，为提高加工效率，由于选用了直径较大的刀，基本上没有对此部位进行粗加工。精加工分型面的斜面部分时，可采用2D 框架刀路，以获得较好的加工效率和效果。
加工时，首先利用平米铣削和平面磨削等加工方式将前模毛坯加工至230mm ×112mm ×90mm ，尺寸和形位公差满足模具精度要求。必须保证毛坯上、下平面的平行度及其余周边四个平面之间的相互垂直度。选择精度较高的
相互垂直的三个面作为加工和定位的基准面。
图1
后模3D
图
·
·21
1.4后模加工刀路
加工后模型芯时，只需加工后模型芯的3D 曲面和模具的分型面。由于加工余量较大，要采用大直径镶合金刀粒刀具。这里选取ϕ25R 5圆鼻刀，用3D 曲面挖槽刀路粗
加工对后模型芯3D 曲面，加工余量设置为0.25~35mm 。Z 方向步距0.25~0.4mm 。继续选取同一把刀具，继续用3D 挖槽刀路对后模Z 27.256和Z 0.0处的分型面平面精加工，不留加工余量。
选取ϕ12平底合金刀，用曲面精加工等高外形刀路对扒子后模齿部型芯与分型面之间的余量进行清角半精加工，加工余量0.25~0.35mm ，Z 方向步距0.15~0.25mm 。
选取ϕ16R 0.8镶合金刀粒圆鼻刀，用等高外形刀路精加工后模齿部型芯曲面的上、下部分，Z 方向步距选取0.15~0.25mm 。用直纹铣削刀路精加工后模分型面的斜面部分。用平行铣削刀路精加工另一部分曲面分型面和型芯顶部的圆孔碰穿面。
图2是工件的实体模拟加工效果图。
2扒子齿部铜电极的设计与加工
2.1后模齿部铜电极的设计
扒子齿部的曲面比较复杂，齿部型芯要求和前模型腔碰穿，以成型11个扒齿，故扒齿的型腔全部都设计在后模的齿部。扒齿的型腔无法直接加工出来，加工后模时，考虑到后模齿部成型11个扒齿的型腔曲面的特殊性，没有针对性地设计刀路预先进行粗加工，全部由电火花加工成型。电加工余量大，要设计加工粗、精两个铜电极，粗、精电极的加工工艺是相同的，只是加工余量不同，这里只讲述精公的设计与加工。
根据后模的加工特点，设计扒子齿部铜电极的3D 图。后模扒齿部铜电极和零件相应部位的曲面是相同的，只需复制零件此部位的3D 图即可。选择后模铜电极扒齿部的外形曲面，绘制扒齿的曲面边界。此边界可作为后续的编程加工曲线。
数控加工铜电极时，由于加工刀路是沿着Z 方向的最大投影外形进行的，而最大外形是由铜电极曲面形成的。所以绘制铜电极图形时，无须绘制铜电极曲面以下的部位。
为避免电加工时，铜电极校表面会伤及到后模曲面，在设计铜电极时，将其最大外形向下延伸到45~55mm 。沿Z 方向投影，设计了桐电极的最大外形曲线作为XY 方向分中面。
根据铜电极的最大外形，设计铜电极的分中外形，根据铜电极的最大外形，将外形有选择地向外平移，得到铜
电极的加工边界。分中面和校表面的加工只须绘制2D 曲线。如图3所示。
此铜电极是沿X 轴方向对称的，铜电极3D 图形的坐标原点与扒子3D 图形的设计坐标原点重合。此零件中，可选取此铜电极顶部平面作为电极的校表面。
由于铜电极的坐标中心与前模型腔坐标中心的X 方向重合。电火花加工时只需调整Y 和Z 方向的尺寸。
图3为设计好的后模齿部铜电极的3D 图。2.2后模铜电极加工工艺分析
由于齿部电加工余量比较大，放电加工时，电极损耗大，须设计加工粗、精铜电极各一个。
后模铜电极加工的难点是11个扒齿部位的曲面，扒齿之间的距离很小，加工时要使用小直径的刀具，采取高转速、少切削深度、快进给进行清角加工。铜电极中间的圆孔部位要加工成通孔，避免电加工伤及后模顶部的碰穿面。扒齿中间部位的凹面大致成半凹球状，可采用放射状曲面精加工刀路进行精加工。
数控加工时，采用2D 线框刀路加工要比3D 曲面刀路效率高很多，加工程序也简单很多。所以，在加工中心上加工铜电极时，可绘制扒齿部位的曲线，选用2D 线框刀路精加工11个扒齿部位的曲面，提高加工效率。2.3扒子齿部铜电极加工刀路
首先选取ϕ16平底白钢刀，用3D 挖槽刀路粗加工对后模扒齿部铜电极。加工余量设置为0.25~0.4mm 。Z 方向步距选0.45~0.6mm 。选用同一把刀具，用2D 外形加工刀路粗加工电极的分中外形，加工余量0.2~0.3mm 。用2D 外形加工刀路对铜电极校表面和分中外形进行精加工，XYZ 方向的加工余量0.0mm 。
选取ϕ6平底合金刀，用加工等高外形刀路半精加工扒齿部位，用2D 挖槽刀路半精加工铜电极中间的圆孔，
XY 方向的加工余量选取0.25~0.35mm 。用2D 外形加工刀路精加工铜电极中间的圆孔，按放电加工的要求，XY 方向的加工余量都设置为-0.1mm 。
选取ϕ4平底合金刀，用曲面精加工等高外形刀路对扒齿部位进行粗加工，加工余量0.25~0.35mm 。Z 方向步距0.15~0.25mm 。
制钢
选取ϕ6R 3合金球头刀，用曲面精加工等高外形刀路对扒齿部位，用平行铣削刀路对扒齿靠近柄部的曲面，用
放射状曲面刀路扒齿中间的曲面，用直纹铣削刀路依次精
图2
实体模拟加工效果图
图3后模铜电极的3D
图
·
·22
穴盘
加工铜电极第一个扒齿的左半部分，右半部分及其他10个扒齿进行精加工，加工余量都为-0.1mm 。
零件结构复杂，加工刀路规划较多，这里不一一细述。后模铜电极的加工模拟效果如图4所示。
3扒子后模分型面铜电极的设计与加工
3.1后模分型面铜电极的设计及工艺分析
加工后模时，由于扒子后模齿部型芯与分型面之间的加工余量很大，虽然采用了小直径刀具进行清角，仍然要设计铜电极进行电加工，且电加工余量大，电极损耗大，设计加工了粗、精两个铜电极。
（1）模具左右两边的铜电极是对称的，设计时，将左右铜电极设计成一个整体。加工铜电极时，可节约材料，提高加工效率。电加工时，加工完左边，可根据图纸尺寸的要求，平移至右边进行加工。
（2）为避免电加工时铜电极曲面外部的校表面部分伤及后模的曲面，设计和加工时，将图5中铜电极的分中外形（最大外形）向下延伸到Z -45.0mm ，即曲面外部大平面的Z 方向尺寸为-45.0mm 。铜电极用于电火花加工时要校平，并确定其中心位置和高度值。
（3）根据铜电极的最大外形，设计铜电极的分中外形，根据铜电极的最大外形，将外形有选择地向外平移，得到铜电极的加工边界。如图5所示。
（4）铜电极底部Z -45处的平面可作为铜电极的校表面。图形中的分中外形可作为XY 方向的分中面，零件中心到后模坐标中心位置X 方向距离为70.0mm ，Y 方向距离为-55.0mm 。
图5所示为设计好的后模分型面铜电极的3D 图，图6所示为后模分型面铜电极的分解图。虹吸式咖啡壶
3.2后模分型面铜电极加工工艺分析
数控加工时，采用2D 线框刀路编写的加工程序比采
用3D 曲面刀路编写的加工程序要简化很多，加工效率也高很多。此例中，适合根据此铜电极的特点，绘制分型面曲面曲线，用2D 线框刀路来精加工分型面部位的曲面。
首先选取ϕ16平底白钢刀，用3D 曲面挖槽刀路粗加工铜电极。加工余量选取0.25~0.35mm 。用2D 外形加工刀路分别粗、精加工对铜电极的最大外形和校表面。
然后选取ϕ10R 5合金球头刀，用直纹铣削刀路精加工铜电极的大曲面。用平行铣削刀路精加工铜电极左、右侧部的曲面。加工余量都设置为-0.1mm 。后模分型面铜
异形模板
电极的加工模拟效果如图7所示。
4结论
后模型芯成型产品的内表面，表面粗糙度的要求没有前模型腔高。模具的后模型芯一般采取整体设计，附带一些结构镶件。模具的滑块抽芯机构、枕位、顶出机构都设计在后模，要根据塑件结构特点进行合理设计。
模具装配时，模具枕位及分型面是模具的合模封闭免，为避免模具注塑成型时产品漏胶，前、后模枕
位及分型面必须要保证无缝隙的接触。一般数控加工时，分型面要留有0.1mm 的余量，模具装配时，模具钳工打磨至要求。模具的顶出位置一般都均布在后模型芯各个部分。后模的一些内凹曲面和特征很难加工完成，高速加工工艺对机床和刀具的要求很高，一般企业很难满足，通常是加工铜电极进行电加工，铜电极加工余量为-0.1mm 。参考文献：
［1］潘宝权.模具制造工艺手册［M ］.北京：机械工业出
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［3］杨欋，陈国香.机械制造与模具制造工艺学［M ］.北
京：清华大学出版社，2006.
［4］梁庆，田佩林，金祖峰.模具铣削加工［M ］.北京：
化学工业出版社，2007.
［5］支伟.塑料模具制造［M ］.北京：化学工业出版社，2008.
［6］胡仁喜，刘昌丽，董荣荣.Mastercam X4中文版标准
实例教程［M ］.北京：机械工业出版社，2010.第一作者简介：吴广峰，男，1976年生，安徽滁州人，技师。研究领域：塑料模具设计与加工、CAD\CAM 数控技术的实践教学与研究。
立体电视(编辑：阮毅
)
图4
扒子后模齿部铜电极实体加工模拟效果图
图6后模分型面铜电极曲面分解图
图5后模分型面铜电极的3D
图
防盗图7
后模分型面铜电极实体加工模拟效果图
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