模具毕业设计——汽车表盘注塑模动模的铜电极设计与加工

1、目录引言1一、电极设计的概述1（一）电极设计的思路分析1（二）电极设计的原则2 （三）电极的命名3二、电极设计的工艺4（一）电极材料的选取4（二）零件的放置和图层设置5（三）电极的评审与出图5（四）电极设计、下料尺寸的规定6 三、铜电极的加工9（一）铜电极的加工工艺分析9（二）铜电极加工时注意的事项10总结11引言 当塑料注射模的型腔和型和芯的结构比较复杂，材料比较硬，模具型腔或型腔上有深孔，柱， 小圆角，复杂曲面以及尖角时，受刀具的硬度和规格尺寸等特性的限制，无法使用数控加工出全部的余量是，此时需要设计与加工出电火花加工用的电极，用电火花进行加工。电火花加工通常会使用容易加工的铜料做放电电极

2、，俗称铜电极。一、铜电极设计的概述随着时代的高速发展,塑料产品越来越多的被人们所使用,在生活中无处不在，塑料模具行业随之也得到飞快的发展，汽车行业在塑料产品中有着非常重要的地位。见图1-1，汽车表盘的塑料模具模仁图。如果只靠单纯的CNC加工，基本上是不可能加工出所需的外型与工艺的。比如有直角和圆角等，因为刀具形状与长度等因素加工不出的，就需要电火花加工，电极设计随之而来。图1-1汽车表盘的塑料模具模仁图（一）电极设计的思路分析1. 首先要查看整套模具的装配文档，区分出模具零件的靠破面以及成品区域，按照加工工艺确认镶件、斜顶、滑块等是否需要配合放电。2. 根据零件要求和CNC加工能力判断需设计电

3、极的区域，同时考虑零件配作的放电区域。能CNC加工的尽量要CNC加工，纹面除外。电极设计时要考虑CNC的加工能力，CNC的加工能力初步定义为直径小于8mm的刀具加工深度为其直径的5倍，如加工时间小于0.5小时的加工深度可以适当加长到7倍。直径大于8mm的刀具加工深度为其直径的7倍，如加工时间小于1.5小时的加工深度可以适当加长到其直径10倍。3. 优先设计零件单独的放电区域，再设计零件配合的加工区域。设计电极时应依照“先整体后局部”、“由内往外”或“由外往内”、“由左向右”或“由右向左”等顺序设计电极，千万别东一个、西一个的设计电极会导致遗漏设计电极。4. 电极设计应该优先设计主要的模具零件和

4、放电工作量大的零件，如上、下模仁等。（二）电极设计的原则1. 零件的成品面和靠破面的电极必须分开来设计电极，特殊情况也可以设计在一起，如果成品面和靠破面是同一个面，或成品面和靠破面是圆弧相切连接的。2. 电极设计前需了解工件以及成品的加工工艺，如表面粗糙度有要求的，零件配合放电加工的等。3. 当一个电极加工多个位置时，尽量要避免平移和旋转，减少放电人员的工作量。电极设计与加工应该取消镜像电极。4. 电极设计时必须要便于CNC加工。如CNC加工比较困难可以考虑拆分电极。5. 关键尺寸的控制区域的电极必须要单独设计，便于零件尺寸的控制。 6. 电极设计的时候，如果多处放电区域相邻比较近而且深度相差

5、没有多少的时候，那么多处放电区域的电极可以联合设计。见图1-2： 图1-2联合电极7. 整体区域有外观和平整度要求的，则应该设计整体电极。整体电极无法CNC加工全部完成的可以采用线割、铜打铜、钳工修整等方式。8. 电极设计时，两电极相交的地方须要各自延伸23mm，用R角过渡。电极设计和CNC刀路相交的地方也须要延伸23mm，用R角过渡。 9. 电极设计的时候必须要考虑电极基准台和电极装夹夹具是否与工件发生干涉。如果干涉则必须采取相应的对策或注明需要拆除夹具后再放电。 10. 设计电极的时候必须要考虑CNC的加工因素，对于单薄的电极则需设计加强特征，以防止加工时发生变形。见图1-3： 图1-3加

6、强肋电极11. 零件区域的面积较大，CNC加工之后余量不是分布的很均匀。电极设计的时候可以考虑局部余量比较多的地方可以设计粗工电极，整体的区域可以设计精工电极。 12. 电极设计时的时候Z方向必须要按曲率延向上延伸23mm。13. 电极设计完成候，必须要检查是否发生干涉和遗漏，干涉检查的范围包括电极的本体干涉、电极基准台的干涉、电极夹具的干涉和零件配作放电干涉等。遗漏的检查必须要结合零件的CNC加工程序，明确CNC加工不到位的区域是否电极设计发生遗漏。 14. 电极放电时间隙的设置，需要根据电极放电的面积大小以及零件表面的要求来设置。电极粗、精工的设置则需要根据放电去除CNC残料的多少来判断的

7、。15. 电极放电火花放电间隙设置的时候，应该同时考虑电极的外形特征。外形上所有的特征应该同时符合电极加工的合理性以及最大放电间隙的需要。如果其中的个别特征不能达到要求的，则电极需分别来设计。（三）电极的命名1. 零件电极文档的命名有如下几个部分组成：零件名_电极编号_电极属性。 10v024_2001 _0dj01_m 零件编号+下划线+电极序号+下划线+电极状态2. 电极序号的定义： xdjxx前面的一位数代表设计设变得次数 后面的二位数代表电极的编号（01-99）3. 电极属性是指在电极加工的整个流程中，某些用字母代表的具体含义。（正常加工无字母）电极装夹方式：q代表EROWA撬板装夹加

8、工，D代表单独撬板装夹加工。电极加工方式：c代表电极车床加工，w代表线割加工电极，e代表需cn二次加工的电极。 电极使用方式：j代表借用电极放电加工，x代表需装入镶件后放电的电极。电极后处理要求：b代表需避空后放电，w代表需线割后放电，x代表需钳工修正后放电，g代表钳工或编程等需跟踪放电电极。如有多项要求的可同时存在，如电极需镜像加工又需线割的可表示为（mw），又如撬板加工电极即需要线割后处理加工有需要跟踪放电的可表示（qwg），依此类推。二、电极设计的工艺（一）电极材料的选取电火花加工型腔常用的的电极材料主要有紫铜和石墨，在比较特殊的情况下也可以采用铜钨合金与银钨合金等材料。紫铜是目前在电火

9、花加工领域使用最多的电极材料。1. 紫铜材料塑性好，可以机械加工成型，锻造成型，电铸成型以及电火花线割成形,能制造成各种复杂的电极形状,但难于磨削加工.用于电火花加工的电极必须是无杂质的的电解铜,最好经过锻打.2. 紫铜加工稳定性好,在电火花加工的过程中,稳定的物理性能,能比较容易获得稳定的加工状态,不容易产生电弧的不良现象,在比较困难的情况下也能稳定地加工.精加工采用低损规准可以获得轮廓清晰的型腔,因为结构组织比较致密,加工表面的光洁度比较高,配合一点的工艺手段和电源后,表面加工粗糙度可以达到Ra0.025um的镜面超光加工，但是因为材料本身的熔点比较低，不宜承受较大的电流密度，一般情况下不

10、能使用超过30A的电流加工，否则会使电极表面出现严重的受损和龟裂，严重影响加工的效果。紫铜热膨胀系数较大，在加工深窄和筋位部分，较大的电流会使局部高温，这样的情况下电极很容易发生变形。3. 紫铜电极适用较高精度模具的电火花加工，像加工中，小型型腔，花纹图案，细微部位等均非常合适。 一般不使用石墨作电极材料的原因如下：1. 对石墨的切削加工中，刀具很容易发生磨损，这无形之中增加了加工的成本。2. 石墨电极在CNC加工的时候产生地粉尘比较多，粉尘也有一定的毒性。这就要求工厂有专门加工石墨电极的机床，但在一般情况下是没有的。所以电极的材料较多的会选取紫铜，其外紫铜加工之后还可以再利用，这样无形之中节

11、约了很多资源和成本。其外很多时候也会用黄铜去代替紫铜，黄铜较紫铜的价格会便宜很多，如果不是有特别的工艺要求，很多时候回优先选择黄铜去加工电极的。（二）零件的放置和图层设置1. 零件摆放和放电加工基准应符合模具零件基准规范，首选基准方向靠近身的一侧，其次再考虑零件装夹和员工操作方便性，最后考虑机床适用性。2. 电极基准方向应该与零件基准方向保持一致，旋转和移动等电极应明确标注其基准方向。3. 电极设计层的控制，第1层放置符合加工基准的原始文档，第2-5层放置需要放入模仁配合放电加工的零件，第69层放置辅助电极设计的相关文档。第10-200层放置电极。第254层放置与出图相关的内容。（三）电极的评

12、审与出图 模具零件的电极设计完毕后，电极设计人员应该向主管提出评审的建议。由编程部门的主管召集设计、加工、钳工等部门的相关人员进行电极设计合理性的评审。评审合格方能电极出图和加工。 电极设计完毕后的出图原则如下：1. 零件放电加工基准应该选择合理，基准尺寸标注要明确，加工零件的最大外形尺寸必须要标注。2. 电极放电坐标要标注清晰、方向要明确、坐标尺寸形式要区别于其它的尺寸。3. 电极的外形尺寸和电极形体以及关键尺寸必须要标注正确，电极的特征形状需要表达的很清楚，需要后续处理的区域尽量能指示明确。4. 有特殊要求的电极必须要在备注栏里面标注清楚，如线割，钳工修整，镜面要求，皮纹要求，避空和侧打等

13、。侧打的电极需要注明侧打的方向。5. 电极设计图上应注明设计人员，编程人员和出图时间，以及借用电极的详细名称，加工基准，精粗工火花位以及数量加工程序等基本的信息。电极设计出图注意点：1. 电极标注时如尺寸线和标注中心基准线靠的比较近，肉眼无法分辨出电极移动的方向时，电极尺寸所在区域就是电极移动的方向。2. 一张电极设计图上标注多个电极的时候，各电极尺寸标注线应该靠近电极区域，尺寸线较多的情况下，会用不同颜色来标注。3. 电极靠数原则是四面分中和底面抬高。需要检查零件的外形X，Y两侧方向标数值是否是一样的，底面标数的基准是否与底面发生重合。因为零件数模问题导致基准出错的情况经常会发生。4. 一张

14、电极加工单据上标注有多处放电位置的，如放电位置大于2处的必须另行出图，并注明此电极的总出图数及第几页。电极设计出图示意图，见图2-1： 图2-1电极示意图 （四）电极设计、下料尺寸的规定1. 电极的类别电极设计可以分为侧固式EROWA的装夹电极、撬板EROWA的装夹电极、线割电极、车床电极和特殊电极。电极设计的原则上都需要使用EROWA夹具加工余放电，如无法使用EROWA夹具的都需要向主管汇报。 普通EROWA装夹电极通常指常规电极：1) 电极cnc加工完成的，经简单抛光的、修正的、检测以后即可以放电加工的电极。2) 电极本体的长度尺寸不得超过200mm，宽度不得超过45mm，高度不得超过60

15、mm的电极规格。3) 使用EROWA侧固定式的夹具装夹进行cnc加工和edm放电的电极。撬板EROWA装夹的电极指:电极通过螺纹连接EROWA夹具的方式进行加工的、放电的电极.1) 电极下料的尺寸长度和宽度两个方向均超过45mm的电极需要作撬板电极处理。2) 电极高度超过60mm的但不高于75mm的，长度方向超过45mm的需要作撬板电极处理，如果长度方向未达到45mm以上的，电极设计时可以适当的加大电极长度值。3) 撬板电极的螺纹孔分布为撬板中心位置,长和宽正负方向各18mm，共四螺纹孔，规格为M8*10mm。如电极本体尺寸长和宽都大于70mm的需撬4螺纹孔。4) 当电极下料的长度超过200m

16、m的，宽度超过150mm的，高度超过75mm的视为特殊电极处理，不可以使用EROWA撬板夹具加工。线割电极是指:电极需线割加工的电极。线割电极包括完成线割电极与cnc加工后线割电极。线割电极的设计需向主管汇报和申请，主管同意后才能下发。车床电极是指:使用车床加工完成的电极。车床电极需要使用EROWA车床专用夹具来装夹放电。特殊电极是指无法使用EROWA夹具装夹加工和放电的电极，包括一些特殊的要求、特殊的加工方式、特殊的放电方式的一些电极。2. 电极相关尺寸的定义，以及特殊电极的相关规定图2-2电极相关尺寸的示意图图2-1中尺寸A、B是电极设计的碰数台长和宽的实际尺寸，尺寸F是电极本体高度的尺寸

17、加上碰数台高度G的两者之和，尺寸是电极本体到碰数台阶边缘之间距离，尺寸E和D是电极下料毛坯的尺寸，尺寸H是电极装夹尺寸。各个尺寸的普遍定义如下：1) 尺寸AB的值应比电极本体的长的和宽的尺寸单边各大2mm到3mm，即C的值为2mm到3mm，如电极设计的过程中，无法满足A和B尺寸的值要比电极本体长和宽的尺寸单边各大2mm到3mm的情况，那么至少长和宽的各一边需要满足C值，以便于校准、碰数和检测所用。为了防止电极发生变形，铜料电极A和B的尺寸的数值比，不能超过15倍，以及最大的长度不能超过250mm。同时为防止电极无法辨别镜像的电极尺寸，A和B的值不允许设一样。如果电极尺寸A和B符合撬板电极的尺寸

18、范围则电极须要按撬板电极来设计。车床电极的A和B 的值为电极本体直径的向外延伸的圆柱体，A、B是相同圆柱的直径值，尺寸规格的取值应该符合如下的几个规格：D4、D6、D8、D10、D12。如果尺寸不在此范围内的或者无法使用车床的EROWA专用夹具的，要向主管汇报并且征得主管同意之后再下发。2) 尺寸G值的定义如下，普通EROWA夹具的装夹电极的G值为5mm，需要线割电极的为方便钼丝好靠数，故而G值需要加大到10mm，撬板加工的电极G值为通常都为10mm，以便于连接螺纹孔用来加工，但是如果电极的本体区域已经存在螺纹孔加工的位置，那么则G值取为5mm。车床电极的G值最少要达到35mm，如果车床的专用

19、EROWA夹具与工件发生干涉则还需要提高车床电极的G值。如遇到零件的形体面高、底落差的比较大，电极本体的高度不能防止电极夹具避让零件特征的,可以适当提高G值。见图2-3： 图2-3撬板避空图3. 电极下料尺寸的规定和注意点 电极下料时,尺寸D和E方向的两个尺寸应该要比A和B的尺寸单边大2mm到3mm。电极下料的高度尺寸可以分为以下几类：1) 普通的EROWA夹具装夹的电极,下料高度应该为电极实际的高度尺寸F再加上装夹高度H之和，H值定义为15mm。2) 撬板EROWA夹具装夹的电极的下料高度为电极实际高度的尺寸F再加上2mm到3mm。3) 电极下料的尺寸长、宽和高的三个值尽可能不要同时都大于6

20、0mm，为达到这个目的可以优化电极设计之类的方法。如果必须三个值都大于60mm的,需要向主管汇报，因为三个值都大于60mm的电极胚料需要锻打加工.锻打电极的胚料的尺寸值，长和宽分别为200mm和60mm，高度值可以通过与电极实际下料的尺寸体积换算而得到。4) 车床电极直径不大于30mm的不用开下料单，如过大于30mm的车床电极，按照撬板电极下料的规范下料。5) 特殊电极的下料可以部门之间协商而定夺。三.电极的数控加工 图3-1动模铜电极视图（一）铜电极的加工工艺分析动模的铜电极对表面的光洁度要求比较高,结构也比较复杂,在加工过程中应该注意以下几点:1. 曲面间的圆角过度圆滑,圆弧的半径比较小,

21、四面有一定的锥度.要使用比较锋利的硬质合金四刃铣刀来进行加工，设置合理的加工参数。2. 铜电极的顶部加工比较困难，顶部和四周的曲面相交的地方有尖角，顶部的四周有圆角，要使用小刀来进行数控加工的清角，采用合适的数控工艺来进行加工。3. 为了使顶部光洁度变的更好，可以考虑变换刀具路径的角度，来进行曲面精加工。4. 铜电极的深度比较大，在加工时为了避免弹刀而保证铜电极斜面的加工质量，每一刀的切削深度和进给量都要合理的设计。5. 因为零件的外形尺寸比较大，为了节约资源，从加工成本这一方面考虑，只加工一个精工电极，精工电极电火花加工时，会有很大的损耗，放电的电流要相应的控制。 数控加工前，要用锯床先锯出

22、150x60x100mm的铜电极毛坯，在数控机床上装夹加工。紫铜的材质比较软，很容易加工。使用锋利的白钢刀来进行加工，必须要有较高的转数和一定的进给量以及切削液，其外精加工时一定要使用新刀。加工完铜电极以后，在铜电极上要写上电极编号，以免与相似的电极发生混合，造成不必要的麻烦。（二）铜电极加工时的注意事项1. 加工前要检查刀具是否齐全，铜电极的长度是否符合装夹要求。铜料硬度不高，很容易加工，刀走的速度比较快。表面的加工质量为了得到保证，加工时要打开切削液和最大可能的使用新刀。2. 铜电极粗加工时，加工余量一般在0.2mm左右，精加工在0.01mm左右，3. 加工铜电极的刀路顺序：1) 较大直径的刀具粗加工。2) 较小直径的刀具粗加工与清角。3) 较大直径