适用于塑料模具顶杆高效切割的线切割夹具设计

贾秋霜

(潍坊职业学院，山东潍坊261031)

目前，我国模具的总产值已跃居世界第三，其中塑料模约占30%左右，2000年以来，我国模具制造业的产值年平均增长15%～20%左右。在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例还将逐步提高，从日常生活中也不难发现，塑料制品几乎随处可见，数量也越来越多。在模具的质量、交货周期、价格、服务4 要素中，越来越多的用户将交货周期放在首位，因此必须着手研究如何提高生产效率，来缩短交货周期，而设计出更多的适用于模具制造的高效的工装夹具无疑是解决这一问题的途径之一。

顶杆(又名推杆、顶针)推出机构是塑料模具最常用的推出机构，其作用是在注射完成，塑料制品充分保压、冷却、开模后将塑料制品从模具中顶出。顶杆头部的形状虽有所不同，但是尾部通常为圆柱形加设挂台结构。一套塑料模具因塑件形状、尺寸的不同，常设有多根顶杆，有的模具甚至设计有上百根或者更多。顶杆一般由专业生产模具标准件的厂家按直径系列和长度系列向塑料模具生产厂家供货，塑料模具生产厂家则根据每套模具的具体尺寸将顶杆切割成需要的长度。鉴于顶杆的工作要求，要求它具备良好的表面耐磨性、较高的整体硬度、芯部具有足够的机械性能。常用的顶杆材料有T8、T12、45、40Cr、50B、65Mn、65MnV以及其他高性能合金材料等，其热处理工艺一般为淬火加中温或低温回火，也有渗N处理的，硬度一般在HRC50以上。目前应用较为广泛的顶杆材料为65Mn，硬度在HRC60 左右。传统的顶杆切割方式采用砂轮机截断，效率较低，且对工人的操作技术要求较高。目前，多数企业采用电火花线切割机床来切断顶杆，因为电火花线切割加工方法不受硬度影响，几乎没有切削力，不会导致顶杆在切断过程中弯曲变形且断面表面质量好，但是线切割加工存在效率较低的难题。

电火花线切割机床一般适用于板件装夹，切割圆柱形零件时，工件装夹难度较大，找正工作量大，对刀困难，如想提高效率，必须设计专用夹具。目前模具生产企业里这方面的夹具比较欠缺，急需适用性强、效率高、成本低、操作简单方便的专用夹具。

1 设计思路

针对上述情况，结合电火花线切割机床结构及其加工特点，作者决定设计一套适用于顶杆切割的电火花机床专用简易夹具。该夹具不仅要能实现塑料模具顶杆的切断要求，重点是能够实现一次装夹、多件切割，提高加工效率，且最好能适用于不同直径的顶杆装夹。同时根据工装夹具设计原则，该夹具还应满足操作方便、加工制作难度小、成本较低等要求。

2 夹具结构

经过方案研究、结构设计、三维制图、实物制作、实践验证，以及方案改进、图纸修正等环节，最终确定的夹具结构如图1所示，该夹具由夹具主体1、活动压板2、锁紧螺钉3组成。夹具主体1为方框形状，上下框的内侧都设计有V形槽，但V形槽的尺寸不同，且上下框均设计有两个螺纹孔，也就是说该夹具可根据顶杆直径要求，上下翻转使用。活动压板2 一侧设计有与夹具主体1 下框V形槽尺寸相对应的V形凸起，凸起顶面切平，细节如图1右下角放大视图所示，这样的设计可以满足直径较细的顶杆装夹需要。

图1 夹具结构示意图

文中未对该夹具的具体尺寸进行标注，是因为读者可根据单位所采用的线切割机床工作台的具体尺寸，以及常用顶杆的直径范围，来具体设计该夹具的整体尺寸及V形槽的尺寸和数量。

另外，由于该夹具主体1 上框V形槽尺寸较大，夹具上下翻转使用时，不仅可以切割大直径顶杆，还可以应用于复位杆、浇口套、导柱等零件的切割加工。

为进一步提高生产效率，还可以将该夹具设计方案进行优化升级，在图1所示的活动压板2的上面增设一块如图2所示的活动V形板4 和一块活动压板2，这样可以将一次切割的顶杆数量提高一倍，当然也可以增加两层或更多。

图2 改进后夹具结构示意图

3 夹具的制作

该夹具设计巧妙，效果显著，而且制作起来非常简单:用一块六面磨平的钢板，厚度20～30 mm 左右，不要太薄，以免不能有效限制顶杆自由度，也不必太厚，操作人员搬上搬下不方便。然后使用线切割机床先割下中间的活动压板和活动V形板，再割出夹具主体的内部轮廓，最后在上下边框上钻孔攻丝后即可投入使用。

由于线切割加工方法几乎没有切削力，因此对夹具的材料要求也不高，普通Q235 钢板或45#钢板均可，也可使用报废的塑料模具模板来制作。因此该夹具的制作成本不高。

4 夹具的使用方法

图3为应用三维设计软件创建的夹具三维模型图，图4为该夹具的工作示意图，图4所示夹具左右两侧为线切割机床工作台示意图，顶杆尾部所接触的矩形板为定位板(另外配备，需要六面磨平)。切割顶杆时，先将定位板和夹具装夹在线切割机床的工作台上，根据所切顶杆的长度调整定位板与夹具之间的距离，用百分表找正定位板和夹具，然后紧固标准件，固定夹具和定位板，若定位板长度与夹具不匹配，也可通过其他方式装夹定位板。

图3 夹具三维模型图

图4 夹具工作示意图

夹具与定位板装夹找正后，将需要切割的顶杆逐一摆放在夹具的V形槽内，所有的顶杆尾部均需紧靠定位板，然后将活动压板放在顶杆上面，尽量使其与夹具四周平齐，最后拧紧夹具上部的两个锁紧螺钉，便可以进行切割加工了，以上操作如图4所示。

根据设计要求的顶杆长度尺寸，通过线切割自动编程或手工编程方法，在垂直于顶杆轴线的方向上，让线切割的电极丝 (一般为钼丝)切过所有顶杆，割一条直线，便可以一次性完成夹具上所安装的所有顶杆的等长度切割。对刀(确定切割长度)方法有两种:一种是先量出切割前顶杆的实际长度，通过计算得出需要切去的长度，此时使用顶杆头部对刀;另一种方法是直接按顶杆设计长度，以定位板与顶杆尾部接触面对刀。相对来说，第二种对刀方式更为精确一些。

5 结束语

综上所述，该夹具具有高效、简易、成本低、适应性强、操作方便、制作简单等特点，充分发挥机床的潜力，解决了电火花线切割加工方法效率低的难题。该夹具一旦在模具生产行业中得到推广，将大大提高顶杆的切割效率，减小工人劳动强度，缩短模具制造周期和模具交货期，提高企业竞争力。另外该夹具也可适用于其他小直径圆柱形零件的装夹和切割，因此也可以用于其他加工场合。

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【4】朱金卫，李明辉.圆周均布窄槽的线切割夹具[J].职业，2009(27):172－173.

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