吴光明
（东莞市高技能公共实训中心，广东东莞，523106）
摘要：本文以塑料小盆注射模具前模铜公的设计为例，较为详尽地讲述了运用CAD\CAM软件进行塑料模具铜公设计的工艺步骤及注意事项。
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关键词 ：塑料小盆，注射模具，数控加工，前模铜公
Design of the copper polar for a small plastic basin
in its injection mould cavity
Wu Guangming
(Dongguan Public Training Center for Hi-skilled Workers, Dongguan, Guang Dong ，523016)
Abstract: In this paper, with the example of Designing the copper polar in small plastic basininjection mould cavity, we introduce the technology step and important notices of Designing the copperpolar in injection mould with CAD\CAM software in details.
Keywords: small plastic basin , injection mould, CNC processing, cavity copper polar
一、引言
电火花加工利用电腐蚀的原理工作。加工时，铜公和钢料分别连接电源两极，在铜公和钢料之间充入绝缘液体。通电后，铜公移近，接近钢料，间隙减少到一定值时，铜公和钢料之间发生放电现象，放电电弧使放电间隙处产生高温，引起放电部位局部的钢料熔化，熔化产生的残渣被绝缘液体冲刷并带走。
电火花加工结束时，模坯上的材料即被除去。也称为电腐蚀。电火花加工过程中，铜公和钢料间没有直接的加工作用力，即使所需加工的孔或槽的尺寸小、深度大、加工材料硬度高，也可采用电火花加工。电火花加工提高了模具的加工精度和效率，也使复杂的型腔结构能够地以实现。
当模具型芯、型芯的结构比较复杂，材料比较硬，模具型腔或型芯上有深孔、柱位、窄槽、小圆角、复杂曲面及尖角时，受刀具的硬度和规格尺寸等特性限制，无法用数控机床加工出全部的余量时，此时需要加工出电火花加工用的铜公，用电火花进行加工。
二、设计铜公时的注意事项
铜公的加工方法一般为数控铣或线切割。当铜公上有较复杂的凹凸曲面时，只能采用数控铣削加工。有时侯，铜公不能整体加工出来，就需要把整体铜公分拆成两个或多个铜公才能加工出来。这种为了完成模具各个部位的放电加工而把铜公各个部位分拆开来组成各种各样的组合，分别成各个铜公的过程称为分拆铜公。
拆分铜公应考虑到加工的可行性、实用性、不变形、加工方便、铜公成本和外形美观等，拆分的铜公越少越好。
1、设计制作整体铜公
能够拆分整体铜公的，尽量拆分。但需要考虑加工的可行性，尽量一道工序加工完成，无法一道工序加工完成的，拆分多个铜公。但有些整体铜公比较特殊，需要多道工序加工。
2、拆分散铜公
有时整体铜公加工困难，有加工不到的死角，或者是不好加工，所需刀具太长或太小，就可以考虑多拆一个铜公。有时局部需要清角铜公，这种铜公的加工并不困难，但一定要搞清楚打火花时的偏数及校表基准。拆分散铜公首要前提是拆分后必须能够加工。
3、拆分骨位铜公
为增加塑胶产品前段时间所设计的薄片状结构称之为骨位。骨位既窄又深，很难直接加工出来，一般都须设计骨位铜公。骨位铜公加工时容易变形，加工时特别注意。
4、铜公直身位取2～5mm，方便火花机冲水，XY轴校表位预设单边3～8mm左右，基准高5mm以上。5、铜公的基准通常取3个圆角1个斜角，斜角对准模具型腔的基准，铜公中心数对模具型腔的基准取整数。
6、高低落差较大的铜公要尽量拆分多个铜公，以节省铜公材料。
7、左右对称的铜公经常做在一起进行偏移尺寸加工，形状相似的铜公要注意区别（如多加1个斜角或圆角），两铜公相接处要延长1mm。
8、拆好的铜公要套进工件中仔细检查是否干涉，近似和对称的铜公要检查是否拆分合理，平移或旋转出来的铜公要检查平移距离和旋转中心点是否正确。
9、常常由产品外观要求决定粗、精铜公。有时为节省铜料，铜公打完后，将铜公的整体曲面想下降低设计，精铣削铜公后，再进行电火花精加工。
10、模具的狭窄及深腔部位，刀具粗加工不到的地方往往要局部或整体做粗、精铜公。
11、设计骨位铜公时，为加强铜公的强度，防止加工变形，骨位可改斜度及做底部加强设计。
12、型腔、型芯的胶位面要与枕位面分开拆分铜公，保证模具型腔的利角。
13、拆分设计铜公时，建议不要轻易改变铜公的坐标系，采用装配拆分铜公，1个铜公1个图档，也可以使用图层来区分铜公。
三、小盆前模铜公A的加工
小盆模具中，前模盆体四周的裙边设计有宽度为6.6mm的加强筋，其深度为2.23mm，裙边深度大，宽度窄，无法直接加工出来，要设计铜公进行电火花加工。图1为前模铜公A分解图。考虑到前模铜公曲面的形状窄高，为避免加工变形，须在铜公曲面的内、外部分别设计相关辅助平面。
依次点击File/Read file读入前模的3D图形文件。打开所有图层，将图形在前视图旋转180度。关闭无关的层，打开前模曲面的层，因为前模铜公A和零件的前模曲面是一模一样的，所以只需用零件的3D图即可。依次点选前模铜公A的曲面进行平移复制，将此曲面放置在新层surfaceforcut中，并沿Z方向移回原位置。选择前模铜公A外部四周的曲面，绘制曲面边界。因为此边界要作为后续的加工曲线，所以必须将此曲线修剪圆顺，不能有断点和重复的曲线。在Z-1处绘制286*146的矩形。选择矩形的两条边，绘制出所须的平面。选择所绘制的平面和曲面边界，用投影剪切对平面进行剪切。得到前模铜公A的外部平面。选择前模铜公A内部四周的曲面，在Z-5.588处绘制的曲面边界。加工中要对曲面型腔的顶部进行精加工，按加工的要求，绘制了四个加工边界。
图形图素较多，为便于管理，绘图进行了分层管理，前模铜公A的3D图如图2。
因为零件是左右对称的，图形坐标原点放在X方向的中心处，为避免电加工时铜公曲面外部的校表面部分伤及前模的分型面，设计和加工时，将铜公的最大外形向下延伸到Z-1.0mm，即曲面外部大平面的Z方向尺寸为-1.0mm。
铜公用于电火花加工时要校平，并确定其中心位置和高度值。此大平面可作为铜公的校表面。设计了图3中的Chain1作为XY方向的分中面，零件的坐标中心到前模的坐标中心位置Y方向距离为23.62mm，X方向重合。电火花加工时需调整Y和Z方向的尺寸。前模铜公A位置尺寸图如图3。
精加工曲面时，针对曲面的形状特点，为获得较好的加工表面光洁度，要采用小直径的刀具，将曲面分为四块进行精加工。
铜公的加工模拟效果如图4所示。
四、小盆前模铜公B的加工
前模中，肥皂台四周也设计了有宽度为6.6mm的裙边加强筋， 深度上分为两个台阶， 最深为5.025mm，深度大，宽度窄，同样无法直接加工出来，要设计铜公进行电火花加工。图5为前模铜公B分解图，铜公B的曲面形状窄高，为避免加工变形，在铜公曲面的内、外部分别设计了相关辅助平面。
读入前模的3D图形文件。打开所有图层，将图形在前视图旋转180度。因为前模铜公B和零件的前模肥皂台裙边加强筋处的曲面是一模一样的，所以只需用零件的曲面即可。选择前模铜公B外部四周的曲面，绘制的曲面边界。为避免铜公变形，保证铜公的强度，设计了铜公的校表面，同时要避免电加工时铜公曲面外部的校表面部分伤及前模的分型面。将铜公的校表面设计在Z-2深度。前模中，肥皂台的中间高度为Z4.572，设计和加工铜公时，为避免电加工时铜公曲面内部平面部分伤及前模的肥皂台曲面，设计加工时，要将铜公的此部分外形向下延伸到Z-6.5mm。根据加工工艺，选择前模铜公B相关部分的曲面，绘制其它的曲面加工边界。
绘图进行了分层管理，图6为设计好的前模铜公B的3D图。前模铜公B的位置尺寸图如前图4所示。
零件是左右对称的，图形坐标原点放在X方向的中心处，铜公用于电火花加工时要校平，并确定其中心位置和高度值，铜公曲面外部的平面可作为铜公的校表面，其Z方向尺寸为Z2.0。设计了图6中的Chain1作为XY方向的分中面，零件的坐标中心到前模的坐标中心位置Y方向距离为60.0mm，X方向重合。电火花加工时需调整Y和Z方向的尺寸。
加工前模铜公B时要注意以下几点：
1、 由于粗加工时采用的刀具直径较大，而曲面内部转角处成直角相交，粗加工时会留下很大的加工余量，精加工时，使用的刀具直径很小，为避免断刀，为先用较小直径的刀具进行清角。
2、 由于铜公曲面在高度上分为两个台阶，为保证铜公强度，避免加工时变形，在铜公曲面的外部设计了Z-2.0的辅助平面。辅助平面的两断出也要进行清角精加工。
3、 铜公前部设计有8个R1.5的半圆柱，它们和曲面的相交处也要应用小直径的刀具进行清角。
4、 要精加工曲面时，针对曲面的形状特点，为获得较好的加工表面光洁度，要采用小直径的刀具，将曲面分为两块进行精加工。
图7是铜公实体模拟加工效果图。
五、小盆前模铜公C的加工
前模中，前模型腔两端的过度圆角是逐渐减小的， 而前模型的深度较大， 无法直接加工出来，要设计铜公进行电火花加工。图8为前模铜公C 分解图， 铜公C 的曲面形状窄高， 长宽高为39×22×87.75，且曲面没有可作为校表面的平面，加工时较难装夹。考虑到电加工时铜公的定位，须设计出分中面和校表面。
因为电加工时，实际起作用的是铜公的前部，铜公曲面和校表面相交的部位并不起作用，所以加工时，无须对此部位进行清角。
前模两端的此部分曲面是一样的，故只须加工一个铜公，电加工时将铜公旋转即可。
读入前模的3D图形文件。将图形在前视图旋转180度。关闭无关的层，打开前模曲面的层，因为前模铜公C和的前模两端的曲面过度处的曲面是一模一样的，所以只需用零件的曲面即可。选择前模铜公C外部四周的曲面，绘制的曲面边界。关闭其它图层，只保留铜公曲面和曲面边界，将构图面设置为前视图，以坐标原点为旋转中心，将图形逆时针旋转90度。在Z0处绘制铜公的分中外形，如图10中的Chain1。考虑到电加工时，避免铜公曲面下部的此部分曲面伤及前模型腔。将铜公的分中外形向下加工到Z-5深度。
绘图进行了分层管理。图9为设计好的前模铜公C的3D图。为便于加工，加工时将铜旋转90度平放。实际加工时铜公C的3D图如图10所示。前模铜公C的位置尺寸图如前图11。
零件是上下对称的，图形坐标原点放在Y方向的中心处，铜公用于电火花加工时，首先要旋转90度，然后校平，并确定其中心位置和高度值。加工时，铜公曲面前部的外形平面可作为铜公的校表面，其Z方向尺寸为Z44.06。设计了图10中的Chain1作为Y方向的分中面，加工了铜公的顶部平面作为X方向的校表面，铜公X方向中心到前模的坐标中心位置X方向距离为140.5mm，即铜公曲面前部的外形平面到X方向距离为（104.5-19=85.5mm）。电火花加工时需调整X和Z方向的尺寸。
铜公曲面在高度上的曲率变化是不同的，加工时要采取合理的加工刀路。铜公的加工模拟效果如图12所示。