打印機通紙導板型芯電極設計與加工

古瑞興

（中山市技師學院， 廣東 中山 528400）

1 塑件分析

打印機通紙導板如圖1所示，長336.5 mm，寬106.9 mm，結構復雜，表面有若干通紙筋，打印機工作時，紙張要在通紙筋表面滑過，因此通紙筋的尺寸要精確，表面粗糙度要低，否則打印時有卡紙的風險。在模具上這些通紙筋是對應的小凹槽成型，CNC無法加工小凹槽，必須用電火花加工，因此打印機通紙導板的品質對打印機整機的品質影響較大，模具制造過程中其工藝的合理性尤為重要。打印機上導輪的卡扣位、感知開關的安裝位、模具設計時的擦穿位與碰穿位以及結構需要的配合位都無法用CNC加工，都要用電火花加工。

圖1 打印機通紙導板

2 型芯結構分析

型芯長390 mm，寬180 mm，長度方向的兩端要與滑塊裝配，平面處的4個孔是螺紋孔，型芯中央頂部的2個長方形凸臺用作與型腔板的定位，如圖2所示。型芯有大量90°內角結構，如圖3（a）所示，CNC無法加工，需要電極清角加工，型芯內部有大量的型腔鑲件與之配合，配合面如圖3（b）所示，都具有斜度，也需要設計電極加工，而且電極加工時，需要多個精加工電極加工，以彌補電極損耗。加強筋與通紙筋如圖3（c）所示，也無法用CNC加工，亦要設計電極放電加工。

圖2 型 芯

圖3 型芯細節

3 電極設計要點

電火花加工一般是針對對粗糙度、尺寸等要求嚴格的模具零件，特別是模具零件的封膠位、插穿位、碰穿位等加工。在尺寸方面，不同的加工部位有不同的精度要求，封膠位、插穿位、碰穿位按工件圖紙要求加工時留0.05 mm研磨余量；膠位面按工件圖紙要求加工時沒有特別說明不需要留加工余量。

3.1 工件定位

1副模具有較多電極，電極設計前必須選擇一個大平面作為Z軸高度方向的放電基準。放電基準要盡量和其它的加工工藝基準一致，同時也要考慮放電時碰數（工件坐標）的便利性。型芯CNC加工時XY四面分中（設定工件坐標），Z方向底面為零，因此電極設計時也要和其一致。用星空外掛的【工件定位】命令，【選實體控制點】功能，選取工件底面中心為電極設計基準，如圖4所示。

圖4 工件定位

3.2 清角電極設計

模具零件加工中需要加工成直角或鈍角的部位，因為加工時刀具的原因，加工后留有小R角或不規則的臺階，需要電極放電去除的加工方法叫清角，這種電極稱為清角電極。

由圖5（a）所示的測量可知，此處位置不大，2個角可以做成整體電極一起清角。用星空外掛【自動電極】命令，選用【常規電極】功能，選取3個側面，如圖5（b）所示，并設定2 mm擴展尺寸，軟件將自動生成放電部位的形狀，用星空外掛【電極基座】命令生成電極基座，如圖5（c）所示。

圖5 清角電極放電部位

用星空外掛【電極基座】命令，生成電極基座，如圖6（a）所示，再用【電極刻名稱】命令在電極3D上刻上電極名稱，如圖6（b）所示，完成電極形狀如圖6（c）所示。

圖6 清角電極

3.3 骨位電極設計

較多情況下拆分電極會遇到又薄又深的骨位電極(成型制品的肋或加強筋部位），這些骨位電極唯一的問題就是如何預防加工時產生的變形，設計時要考慮如何加強電極的強度，加強電極強度的方式有多種，常見的是在一端、兩端或者側面設計一個小凸臺。

由圖7（a）所示的測量可知，此處是厚度不足2 mm的骨位，用CNC加工效果不佳，必須設計電極用電火花加工。用星空外掛【自動電極】命令，選用【常規電極】功能，選取3個側面和1個底面，如圖7（b）所示，并設定2 mm擴展尺寸，軟件將自動生成放電部位的形狀，如圖7（c）所示。

圖7 骨位電極放電部位

修整電極至合適尺寸，用星空外掛【骨位加強】命令生成加強柱凸臺，如圖8（a）所示；再用星空外掛【電極基座】命令生成電極基座，最后用【電極刻名稱】命令在電極3D上刻上電極名稱，如圖8（b）所示，完成電極形狀如圖8（c）所示。

圖8 骨位加強電極

3.4 多位置骨位電極設計

如圖9所示，2個方框內的骨位形狀和尺寸一致，若把2個方框內的位置做成整體電極，浪費電極材料，同時電極尺寸過長，CNC加工后受殘余應力等影響，電極兩端會翹曲變形，因此合理的方案是將1個方框內的骨位設計為1個電極，另1個方框內的位置通過移位來放電。

圖9 多位置骨位

用星空外掛【自動電極】命令，選用【常規電極】功能，選取其中一個骨位的所有曲面，如圖10（a）所示，并設定2 mm擴展尺寸，軟件將自動生成放電部位的形狀，如圖10（b）所示，用同樣的方法生成另一個骨位的放電部位的電極，如圖10（c）所示。

圖10 多位置骨位電極放電部位

再用星空外掛【電極基座】命令生成電極基座，最后用【電極刻名稱】命令在電極3D上刻上電極名稱，如圖11（a）所示，完成電極形狀如圖11（b）所示。因骨位電極較薄，為避免CNC加工和放電加工時電極變形，要加強電極的強度，如圖11（c）所示。

圖11 多位置骨位電極

最后用星空外掛【移動對象】命令將現有位置的電極復制移動到另外一個位置，用相同的電極放電加工不同的位置，設計2D放電圖時，要把2個位置的電極放電圖紙同時設計，以免放電時漏掉加工位置，如圖12所示。

圖12 移位電極

3.5 復雜骨位電極設計

電極多處共用時，在銅料不浪費的情況下，盡量加工成整體電極，電極多處使用時盡量采用平移，其次使用旋轉，盡量避免鏡像。在空間許可不會干涉的情況下，在1個電極上設計形狀的一半，另一半鏡像。基準設計在中心，這樣的電極即可平移又能旋轉，能節約一半的設計成本。加工精密模具零件時，粗加工電極盡量組合在一起，精加工電極應拆分為分體電極。如圖13所示，型芯上有大量的復雜骨位，設計電極時可將長度一致的骨位設計為整體電極，既避免了銅料的浪費，又提升了放電效率。

圖13 復雜骨位

用星空外掛【自動電極】命令，選用【常規電極】功能，選取其中1個骨位的所有曲面，如圖14（a）所示，并設定2 mm擴展尺寸，軟件將自動生成放電部位的形狀，如圖14（b）所示，用同樣的方法生成另2個骨位的放電部位的電極，如圖14（c）所示。

圖14 復雜骨位電極放電部位

再用星空外掛【電極基座】命令生成電極基座，最后用【電極刻名稱】命令在電極3D上刻上電極名稱，如圖15（a）所示，完成電極形狀如圖15（b）所示。此類骨位電極形狀復雜，CNC加工和放電加工時電極變形的可能性較大，用星空外掛【骨位加強】命令無法得到理想的骨位加強效果，需要手工設計加強凸臺，如圖15（c）所示。

圖15 復雜骨位電極

4 電極2D圖紙設計

電極2D圖紙是電火花加工的依據，1張完整的電極圖紙至少包括型芯與電極裝配圖的3個視圖，3個視圖要能清楚表達電極所在的位置，放電時XY方向的基準和Z方向的基準以及電極相對于型芯的XYZ三個方向的位置尺寸，電極的擺放方位一般用電極基準臺的C角方位辨別。

圖紙的標題欄要標明型芯名稱、電極名稱、電火花加工間隙、放電位置是配合位還是一般的膠位等，以便在放電時決定要不要留加工余量，備注中還有必要說明電極是否需要二次加工或鉗工加工，是否需要線切割、刻字、避空和修整等，電極圖如圖16所示。

圖16 電極圖

5 電極設計驗證

電極設計完成后，將電極圖紙交給制造部門，制造部門按照電極設計的開料單備料，定制加工方案，編制加工工藝，編寫數控加工程序，完成電極的粗加工、半精加工和精加工，骨位電極厚度薄，電火花加工時有火花間隙，加工電極時必須要將電極縮小一定的量，一般粗加工用電極單邊要縮小0.2～0.5 mm，精加工用電極單邊要縮小0.05～0.1mm，如此電極會變得更薄。粗加工和半精加工時必須要留較多的加工余量，以免加工時的切削力導致更薄的電極變形。精加工時，刀具路徑的行距要合理，盡量采用小切削量快進給的方式加工。加工好的電極經檢測，尺寸精度合格，表面粗糙度良好，電極沒有變形，以該電極電火花加工的型芯尺寸精度合格，通過客戶的檢測驗收。

6 結束語

電極設計和電火花加工是模具制造中不可缺少的環節，電極設計是否合理會影響模具制造的效率、質量和成本。當整體電極加工困難或不好加工時，所需刀具太長或太小，就可以考慮多設計1個電極，有時局部需要清角電極，這種電極的設計加工不難，但一定要了解電極的火花間隙和校表基準。電火花加工時冷卻液噴淋位高度的預設也需注意，要設定在工件最高處5 mm以上，這樣方便電火花機加工時沖除殘渣，以免出現二次放電造成工件損壞。電極設計時還要注意拔模斜度，否則模具注射生產時會出現粘模現象。