吳光明，王天乙

（1，東莞市高技能公共實(shí)訓(xùn)中心，廣東東莞，523016；2，青海模具制造科技有限公司，青海西寧，810000）

1 產(chǎn)品分析

塑料鉛筆刨的3D圖如圖1所示。由主殼體、面殼、底板和電池板四部分組成。為方便清潔鉛筆刨碎屑，前面的外殼設(shè)計(jì)成能單獨(dú)裝拆，外殼的兩邊設(shè)計(jì)了兩條長條形卡槽凸筋，和主殼體上的凹槽對應(yīng)。外殼和主殼體配合的直邊沒有設(shè)計(jì)拔模斜度。裝配時，用手壓外殼兩邊的凹圓弧槽即可。

鉛筆刨外殼塑件3D圖如圖2所示，產(chǎn)品形狀結(jié)構(gòu)不算復(fù)雜，表面質(zhì)量要求高，曲面過渡圓滑，曲面之間的圓角半徑小，壁厚要求均勻2.5mm，表面要求蝕紋處理，材料為ABS，收縮率為5‰。

2 模具結(jié)構(gòu)分析

塑件的外觀曲面雖然比較復(fù)雜，但分型面是平面，外殼的外表面要求高，為便于模具出模，將光滑的外表面設(shè)計(jì)成前模，有長條卡槽的內(nèi)部曲面部分設(shè)計(jì)成后模。設(shè)計(jì)了半圓枕位面成型外殼的半圓缺口，保證缺口的成型質(zhì)量。外殼表面的兩凹圓弧槽雖然看似復(fù)雜，模具設(shè)計(jì)時并不需要過多考慮。為保證塑件的美觀，模具的頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在外殼內(nèi)表面上，裝配后可隱藏。

圖2 外殼3D圖

根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對模具進(jìn)行分模設(shè)計(jì)，分模圖如圖3所示。

塑料卡件的零件尺寸不大，從注塑、加工及經(jīng)濟(jì)角度綜合考慮，一模設(shè)計(jì)出兩個不同產(chǎn)品，澆口位置設(shè)計(jì)在兩塑件的中間，設(shè)計(jì)側(cè)澆口進(jìn)料。采用標(biāo)準(zhǔn)模架，零件要求較高，模具型芯材料選用高性能的模具鋼。

圖3 鉛筆刨外殼模具的分模圖

3 前模結(jié)構(gòu)及工藝分析

圖4為設(shè)計(jì)好的前模加工3D圖。將前模圖形坐標(biāo)原點(diǎn)放在XY方向的中心處，分型面后部的小平面的Z方向尺寸為0.0mm。

3.1 前模型腔的加工工藝分析

前模的分型面是一平面，前模成型外殼的外表面，型腔曲面為凹面，曲面復(fù)雜，曲面間圓角過渡圓滑，光潔度要求高。型腔深度較大，曲面間的圓弧半徑較小，最小圓弧半徑是R1.507mm，難于清角加工，設(shè)計(jì)銅電極進(jìn)行電火花清角。成型外殼的凹圓弧槽時，在前模型腔形成了凸圓弧臺，圓弧臺和型腔曲面尖角相交，無法直接加工成型，也需設(shè)計(jì)銅電極進(jìn)行電火花清角。

粗加工后，為降低生產(chǎn)成本，只設(shè)計(jì)加工一個精加工電極。為盡量減少前模型腔的電加工余量，粗加工前模型腔時，要采取合適的數(shù)控工藝，以提高電加工的加工效率。

枕位面的內(nèi)凹圓弧半徑較大，可直接加工出來。

設(shè)計(jì)加工前模型腔時，首先利用銑、平面磨等通用設(shè)備先加工出120×110×80的標(biāo)準(zhǔn)毛坯，要求保證上下面的平行度及四周面之間的相互垂直度,之后，以產(chǎn)生分型面曲線為依據(jù)。選擇相互垂直的三個面作為加工和定位的基準(zhǔn)面。在零件的底面鉆四個孔并攻牙M8，用螺釘固定在布滿孔陣的裝夾固定板上，再將裝夾固定板用壓板固定在數(shù)控機(jī)床的工作臺上進(jìn)行加工。

數(shù)控加工時，以粗加工和半精加工為主，輔以局部曲面精加工。粗加工時，一般先選取鑲合金刀粒的大刀，采用曲面挖槽刀路進(jìn)行粗加工（留0.35mm的余量），然后選取合金刀，采用等高外形刀路進(jìn)行半精加工（留0.2mm的余量），精加工一般選取鑲合金刀粒的球頭刀，采用平行銑削來進(jìn)行（留0.1mm的余量）。

模具同時有分型面和枕位面，加工時，分型面、枕位面加工到位，不留余量。型腔部位留余量0.2~0.5mm，以便電火花加工。加工前模型腔曲面的刀具，多采用鑲合金刀粒的圓鼻刀。刀具直徑大、剛性好、經(jīng)濟(jì)耐用。多適用粗加工場合。精加工時也盡多采用。由于前模材料較硬，加工前要仔細(xì)檢查，減少差錯，不能輕易燒焊。

圖4 前模3D圖

3.2 前模銅電極的設(shè)計(jì)與工藝分析

前模曲面是內(nèi)凹的型腔曲面，曲面之間過渡圓滑，最小圓弧半徑是R1.507mm，必須設(shè)計(jì)銅電極進(jìn)行清角加工。前模型腔兩凸圓弧臺和前模型腔尖角相交，也無法清角加工，要采用電火花加工清角。

模具是設(shè)計(jì)成一套模具出兩件產(chǎn)品的，前模加工時，已經(jīng)對前模型腔進(jìn)行了粗加工，留下的加工余量不大。只須設(shè)計(jì)加工一個銅電極——精加工電極（放電間隙-0.1mm）。圖5所示為設(shè)計(jì)好的前模銅電極的3D圖。

由于數(shù)控加工時，刀路是沿著Z方向的最大投影外形進(jìn)行加工的，無須繪制銅電極曲面以下的部位。因?yàn)榍澳ｃ~電極的圖形是從前模3D圖復(fù)制而來的，圖形坐標(biāo)原點(diǎn)和前模的3D圖的坐標(biāo)原點(diǎn)是重合的。銅電極曲面頂部的Z方向尺寸為30.7mm。設(shè)計(jì)銅電極時，須考慮到電火花加工的裝夾與定位，須設(shè)計(jì)加工校表面和分中面。繪制一矩形外形作為XY方向的分中面，其Z方向尺寸為Z-11.0mm。銅電極的最大外形Z方向的尺寸為0.0mm。為避免電加工時，銅電極曲面?zhèn)胺中兔?，加工時，要將銅電極的最大外形向下延伸到Z-5.0mm。加工出來的平面可作為校表面，Z方向尺寸為Z-5.0mm。銅電極零件的XY方向的坐標(biāo)和前模的XY方向坐標(biāo)是重合的。電火花加工時只需調(diào)整Z方向的尺寸。

用精加工平行銑削刀路精加工銅電極外表時，為獲得好的表面粗糙度，須設(shè)計(jì)精加工區(qū)域邊界，變化加工角度進(jìn)行。前模銅電極的加工模擬效果如圖6所示。

圖5 前模銅電極的3D圖

圖6 前模銅電極實(shí)體加工模擬效果圖

4 后模結(jié)構(gòu)及工藝分析

前面已經(jīng)完成了外殼的分模處理，圖7為后模拆分爆炸圖。后模由后模型芯、后模框及枕位組成。模具的分型面是一平面，和前模相對應(yīng)。圖形坐標(biāo)原點(diǎn)放在前模XY方向的中心處，分型面和前模分型面相對應(yīng)部位的Z方向尺寸為0.0mm。

圖7 后模拆分爆炸圖

4.1 后模型芯的加工工藝分析

圖8所示為設(shè)計(jì)好的后模型芯加工3D圖。后模型芯底部加工有四個M8的螺釘孔，因型芯不好裝夾，安裝在后模框上加工。

圖8 后模型芯3D圖

后模成型外殼的內(nèi)表面，光潔度要求沒有前模高，模具的頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)在后模型芯處。加工時主要有以下的難點(diǎn)：

1）零件體積不大，但模具鋼材質(zhì)硬，加工余量大，加工時間長，刀具損耗多，要采用合理的加工參數(shù)；

2）后模型芯的毛坯是標(biāo)準(zhǔn)的立方體，頂部的加工余量大，底部四壁沒有拔模斜度，無須加工；

3）為保證枕位面處后模型芯的強(qiáng)度，枕位面采用了鑲嵌結(jié)構(gòu)，整體進(jìn)行加工；枕位面和后模型芯相交處無法直接加工出來，須設(shè)計(jì)加工銅電極進(jìn)行電火花清角加工；

4）后模曲面為凸面，曲面雖然復(fù)雜，曲面間圓角過渡圓滑，圓弧半徑雖然較小，但清角加工還是便利，加工后進(jìn)行人工拋光處理。

4.2 后模型芯框的數(shù)控加工

圖9 后模型芯框3D圖

圖9設(shè)計(jì)好的后模型芯框的3D圖。后?？虻慕Y(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，兩邊的長條卡槽須設(shè)計(jì)后?；瑝K行位進(jìn)行抽芯。加工時要注意以下幾點(diǎn)：

1）后模型芯框的深度不算大，但后模材質(zhì)較硬，加工時，選用的刀具和數(shù)控工藝須合理；

2）后模枕位是和后模型芯設(shè)計(jì)成一整體的，加工后模型芯框時，須將枕位面修補(bǔ)好；

3）后模型芯框四壁沒有設(shè)計(jì)拔模斜度，曲面間圓角過渡圓滑，圓弧半徑最小為R3.05，雖然較小，但清角加工還是便利，可采取合適的數(shù)控工藝直接加工，避免設(shè)計(jì)加工銅電極；

4）后模壁和分型面相交處的后模修飾裙邊的圓角半徑為R1.507，加工條件較好，可采用合適刀具，直接進(jìn)行加工；

5）首先，利用銑、平面磨等通用設(shè)備先加工出標(biāo)準(zhǔn)毛坯，要求保證上下面的平行度及四周面之間的相互垂直度。選擇相互垂直的三個面作為加工和定位的基準(zhǔn)面。為便于辨認(rèn)基準(zhǔn)，要打上字碼。在零件的底面鉆六個孔并攻牙，用螺釘固定在布滿孔陣的裝夾固定板上，再將裝夾固定板用壓板固定在數(shù)控機(jī)床的工作臺上進(jìn)行加工。

圖10 后模銅電極曲面分解圖

4.3 后模型腔銅電極的設(shè)計(jì)與加工

外殼枕位和后模型芯相交部位的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸很小，很多地方的面與面成尖角相交。在后模粗加工時一點(diǎn)兒都沒有加工到，必須設(shè)計(jì)銅電極進(jìn)行清角加工。

后模銅電極和后模枕位和后模型芯相交部位曲面是一樣的，參照圖10的銅電極分解圖，銅電極的圖形可從后模3D圖直接復(fù)制而來。銅電極圖形坐標(biāo)原點(diǎn)和后模的3D圖的坐標(biāo)原點(diǎn)是不重合。繪制圖中作為XY方向的分中面的加工邊界曲線。由于粗加工后模時，此部位留下的加工余量很大。因此，須設(shè)計(jì)加工粗、精兩個銅電極。圖11為設(shè)計(jì)好的后模銅電極的3D圖。

圖11 后模銅電極的3D圖

圖12 后模銅電極位置尺寸圖

圖13 后模銅電極實(shí)體加工模擬效果圖

設(shè)計(jì)銅電極圖形時，無須繪制銅電極曲面以下的部位。圖形坐標(biāo)原點(diǎn)和后模坐標(biāo)原點(diǎn)重合，銅電極曲面底部的Z方向尺寸為0.0mm。繪制圖11中分中曲線作為XY方向的分中面，其Z方向尺寸為Z-18.0mm，精加工完畢后此平面可作為校表面。銅電極零件的坐標(biāo)中心和前模的坐標(biāo)中心位置Y方向距離為-35.0mm，X方向重合，電火花加工時只需調(diào)整Z方向的尺寸。銅電極的位置尺寸圖如圖12所示。后模銅電極的加工模擬效果如圖13所示。