打印机通纸导板型芯电极设计与加工

古瑞兴

（中山市技师学院， 广东 中山 528400）

1 塑件分析

打印机通纸导板如图1所示，长336.5 mm，宽106.9 mm，结构复杂，表面有若干通纸筋，打印机工作时，纸张要在通纸筋表面滑过，因此通纸筋的尺寸要精确，表面粗糙度要低，否则打印时有卡纸的风险。在模具上这些通纸筋是对应的小凹槽成型，CNC无法加工小凹槽，必须用电火花加工，因此打印机通纸导板的品质对打印机整机的品质影响较大，模具制造过程中其工艺的合理性尤为重要。打印机上导轮的卡扣位、感知开关的安装位、模具设计时的擦穿位与碰穿位以及结构需要的配合位都无法用CNC加工，都要用电火花加工。

图1 打印机通纸导板

2 型芯结构分析

型芯长390 mm，宽180 mm，长度方向的两端要与滑块装配，平面处的4个孔是螺纹孔，型芯中央顶部的2个长方形凸台用作与型腔板的定位，如图2所示。型芯有大量90°内角结构，如图3（a）所示，CNC无法加工，需要电极清角加工，型芯内部有大量的型腔镶件与之配合，配合面如图3（b）所示，都具有斜度，也需要设计电极加工，而且电极加工时，需要多个精加工电极加工，以弥补电极损耗。加强筋与通纸筋如图3（c）所示，也无法用CNC加工，亦要设计电极放电加工。

图2 型 芯

图3 型芯细节

3 电极设计要点

电火花加工一般是针对对粗糙度、尺寸等要求严格的模具零件，特别是模具零件的封胶位、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，封胶位、插穿位、碰穿位按工件图纸要求加工时留0.05 mm研磨余量；胶位面按工件图纸要求加工时没有特别说明不需要留加工余量。

3.1 工件定位

1副模具有较多电极，电极设计前必须选择一个大平面作为Z轴高度方向的放电基准。放电基准要尽量和其它的加工工艺基准一致，同时也要考虑放电时碰数（工件坐标）的便利性。型芯CNC加工时XY四面分中（设定工件坐标），Z方向底面为零，因此电极设计时也要和其一致。用星空外挂的【工件定位】命令，【选实体控制点】功能，选取工件底面中心为电极设计基准，如图4所示。

图4 工件定位

3.2 清角电极设计

模具零件加工中需要加工成直角或钝角的部位，因为加工时刀具的原因，加工后留有小R角或不规则的台阶，需要电极放电去除的加工方法叫清角，这种电极称为清角电极。

由图5（a）所示的测量可知，此处位置不大，2个角可以做成整体电极一起清角。用星空外挂【自动电极】命令，选用【常规电极】功能，选取3个侧面，如图5（b）所示，并设定2 mm扩展尺寸，软件将自动生成放电部位的形状，用星空外挂【电极基座】命令生成电极基座，如图5（c）所示。

图5 清角电极放电部位

用星空外挂【电极基座】命令，生成电极基座，如图6（a）所示，再用【电极刻名称】命令在电极3D上刻上电极名称，如图6（b）所示，完成电极形状如图6（c）所示。

图6 清角电极

3.3 骨位电极设计

较多情况下拆分电极会遇到又薄又深的骨位电极(成型制品的肋或加强筋部位），这些骨位电极唯一的问题就是如何预防加工时产生的变形，设计时要考虑如何加强电极的强度，加强电极强度的方式有多种，常见的是在一端、两端或者侧面设计一个小凸台。

由图7（a）所示的测量可知，此处是厚度不足2 mm的骨位，用CNC加工效果不佳，必须设计电极用电火花加工。用星空外挂【自动电极】命令，选用【常规电极】功能，选取3个侧面和1个底面，如图7（b）所示，并设定2 mm扩展尺寸，软件将自动生成放电部位的形状，如图7（c）所示。

图7 骨位电极放电部位

修整电极至合适尺寸，用星空外挂【骨位加强】命令生成加强柱凸台，如图8（a）所示；再用星空外挂【电极基座】命令生成电极基座，最后用【电极刻名称】命令在电极3D上刻上电极名称，如图8（b）所示，完成电极形状如图8（c）所示。

图8 骨位加强电极

3.4 多位置骨位电极设计

如图9所示，2个方框内的骨位形状和尺寸一致，若把2个方框内的位置做成整体电极，浪费电极材料，同时电极尺寸过长，CNC加工后受残余应力等影响，电极两端会翘曲变形，因此合理的方案是将1个方框内的骨位设计为1个电极，另1个方框内的位置通过移位来放电。

图9 多位置骨位

用星空外挂【自动电极】命令，选用【常规电极】功能，选取其中一个骨位的所有曲面，如图10（a）所示，并设定2 mm扩展尺寸，软件将自动生成放电部位的形状，如图10（b）所示，用同样的方法生成另一个骨位的放电部位的电极，如图10（c）所示。

图10 多位置骨位电极放电部位

再用星空外挂【电极基座】命令生成电极基座，最后用【电极刻名称】命令在电极3D上刻上电极名称，如图11（a）所示，完成电极形状如图11（b）所示。因骨位电极较薄，为避免CNC加工和放电加工时电极变形，要加强电极的强度，如图11（c）所示。

图11 多位置骨位电极

最后用星空外挂【移动对象】命令将现有位置的电极复制移动到另外一个位置，用相同的电极放电加工不同的位置，设计2D放电图时，要把2个位置的电极放电图纸同时设计，以免放电时漏掉加工位置，如图12所示。

图12 移位电极

3.5 复杂骨位电极设计

电极多处共用时，在铜料不浪费的情况下，尽量加工成整体电极，电极多处使用时尽量采用平移，其次使用旋转，尽量避免镜像。在空间许可不会干涉的情况下，在1个电极上设计形状的一半，另一半镜像。基准设计在中心，这样的电极即可平移又能旋转，能节约一半的设计成本。加工精密模具零件时，粗加工电极尽量组合在一起，精加工电极应拆分为分体电极。如图13所示，型芯上有大量的复杂骨位，设计电极时可将长度一致的骨位设计为整体电极，既避免了铜料的浪费，又提升了放电效率。

图13 复杂骨位

用星空外挂【自动电极】命令，选用【常规电极】功能，选取其中1个骨位的所有曲面，如图14（a）所示，并设定2 mm扩展尺寸，软件将自动生成放电部位的形状，如图14（b）所示，用同样的方法生成另2个骨位的放电部位的电极，如图14（c）所示。

图14 复杂骨位电极放电部位

再用星空外挂【电极基座】命令生成电极基座，最后用【电极刻名称】命令在电极3D上刻上电极名称，如图15（a）所示，完成电极形状如图15（b）所示。此类骨位电极形状复杂，CNC加工和放电加工时电极变形的可能性较大，用星空外挂【骨位加强】命令无法得到理想的骨位加强效果，需要手工设计加强凸台，如图15（c）所示。

图15 复杂骨位电极

4 电极2D图纸设计

电极2D图纸是电火花加工的依据，1张完整的电极图纸至少包括型芯与电极装配图的3个视图，3个视图要能清楚表达电极所在的位置，放电时XY方向的基准和Z方向的基准以及电极相对于型芯的XYZ三个方向的位置尺寸，电极的摆放方位一般用电极基准台的C角方位辨别。

图纸的标题栏要标明型芯名称、电极名称、电火花加工间隙、放电位置是配合位还是一般的胶位等，以便在放电时决定要不要留加工余量，备注中还有必要说明电极是否需要二次加工或钳工加工，是否需要线切割、刻字、避空和修整等，电极图如图16所示。

图16 电极图

5 电极设计验证

电极设计完成后，将电极图纸交给制造部门，制造部门按照电极设计的开料单备料，定制加工方案，编制加工工艺，编写数控加工程序，完成电极的粗加工、半精加工和精加工，骨位电极厚度薄，电火花加工时有火花间隙，加工电极时必须要将电极缩小一定的量，一般粗加工用电极单边要缩小0.2～0.5 mm，精加工用电极单边要缩小0.05～0.1mm，如此电极会变得更薄。粗加工和半精加工时必须要留较多的加工余量，以免加工时的切削力导致更薄的电极变形。精加工时，刀具路径的行距要合理，尽量采用小切削量快进给的方式加工。加工好的电极经检测，尺寸精度合格，表面粗糙度良好，电极没有变形，以该电极电火花加工的型芯尺寸精度合格，通过客户的检测验收。

6 结束语

电极设计和电火花加工是模具制造中不可缺少的环节，电极设计是否合理会影响模具制造的效率、质量和成本。当整体电极加工困难或不好加工时，所需刀具太长或太小，就可以考虑多设计1个电极，有时局部需要清角电极，这种电极的设计加工不难，但一定要了解电极的火花间隙和校表基准。电火花加工时冷却液喷淋位高度的预设也需注意，要设定在工件最高处5 mm以上，这样方便电火花机加工时冲除残渣，以免出现二次放电造成工件损坏。电极设计时还要注意拔模斜度，否则模具注射生产时会出现粘模现象。