注射模斜顶孔加工工艺设计与改进

马云鹏，孙宇晨，丁友生，任长春

（南京信息职业技术学院，江苏南京 210023）

1 引言

随着我国制造业水平的不断提高，传统机械加工格局发生了深刻的变化，特别是CAD/CAM/CAE等技术迅速普及，这些技术的应用将使得原本复杂难以操控的工艺大大简化，从而使生产效率得到提高，成本大为下降。注射模的制造较为复杂，主要原因首先是结构复杂，再就是装配、运动要求较高，还有流动成型等，因此对于注射模的制造工艺深入探究显得尤为重要，这里主要针对一典型注射模斜顶部分的加工工艺进行分析与优化设计，旨在提高加工质量及生产效率。

2 结构分析

该注射模总体结构如图1所示，型号为CI2020-A50B50C70，设计过程在这里略去，顶出采用司筒顶杆，双滑块结构，斜顶孔采用标准斜导方孔设计，如图1为其主要结构。本文主要针对其斜顶孔部分的加工工艺进行了重新设计及改进，斜顶原理如图2所示。传统加工可采用慢走丝线切割、电火花加工或其它一些特种方法，特点是：尺寸稳定、加工精度好，但设备昂贵、加工成本高及效率低，这对中小型模具厂是难以承受的，因此这里仍然采用快走丝线切割，快走丝线切割加工精度可达IT6级，表面粗糙度值可达Ra6.3μm，如能控制好，完全可达到模具加工、装配及生产之要求。

模具型腔坯料为110×110×40mm方料，要求在相应位置有一斜导孔（此处为方孔，斜度8°），工艺难点在于其方孔和底面有个8°的倾角如图3所示，以目前模具厂常用的加工方法基本采用线切割，而在线切割时必须解决两个工艺问题。

图1 注射模整体结构

图2 斜顶2D结构

图3 模具型腔坯料斜顶方孔及斜顶

（1）穿丝孔必须和斜孔的方向一致，如果采用钻床加工很难保证孔的方向和位置的准确性，这必然会产生较大的积累误差。

（2）理论上讲快走丝线切割机是能够加工斜孔的，即通过U、V轴（3～4轴）的联动实现斜度的补偿来实现，但是必须手动计算补偿量。如图4所示，由于H1、β已知，根据三角函数公式a＝H1×tanβ、b＝H3×tanβ计算出下导轮中心偏移到O1位置，上导轮中心偏移到O2位置，即为了保证加工锥度β，X轴在原编程面坐标值基础上实际位移到O1处；U轴在原编程面坐标值基础上实际位移到O2处。目前市面上绝大多数快走丝U、V轴的精确度和稳定性都比较差，同时在加工斜度时基准位置也很难精确找正，实际上U、V轴联动加工的精度并不高，达不到实际使用要求。

图4 线切割锥度加工

综上所述，工艺问题的关键在于穿丝孔的加工精度和斜孔加工的基本方法要得到解决，否则无法保证斜顶的正常配合和运动，使模具质量下降甚至达不到使用要求。

3 斜顶孔加工工艺设计与改进

第一步为保证加工的精度及工艺的稳定性，设计了一套线切割专用夹具，如图5所示，其中采用了“线切割斜垫铁”，斜垫铁底面与装夹平面为8°倾角，斜顶孔与斜垫铁底面垂直，线切割时斜垫铁置于工作台上，校正钼丝垂直度即可。模仁镶块为一方铁六面均磨削有较高精度（IT6以上，粗糙度值可达Ra0.8μm），也就是只要斜垫铁及线切割机精度足够即可保证斜度达到要求。

因此在工艺过程中获得合格的斜垫铁就显得尤为重要，其一斜垫铁为非标件必须自行设计加工；其二不同的模具工件尺寸及角度不尽相同。通过大量分析及实践，发现可先在模具CAD（Computer Aided Design）系统根据具体情况设计斜垫铁，这个环节在模具设计的过程中即可完成（或者模具设计后再补充设计），后用线切割加工斜垫铁，图6所示为斜垫铁加工图档（CAD直接导入线切割加工系统如：CAXA、AUTOCUT等）及加工后的实物，检验后发现斜度尺寸完全合格且误差较小。

第二步的关键问题是提高斜孔位置度（孔位的准确性），在这里为了兼顾加工精度和效率，采用划线投影法。孔位的尺寸数据可通过计算或在CAD系统中获取均可，如图7所示（本例L=19.57mm），通过划线找正穿丝孔，然后使用斜垫铁安装在电火花穿孔机上打一φ1mm孔，在此要注意，穿丝孔不可用台式钻床加工，原因是台式钻床加工精度较低（位置不准）还有此处为斜孔钻孔时很易把孔引偏，而电火花穿孔机在加工时没有切削力的限制，只需划线和对刀精确即可达到要求，再将整个工装及工件装在快走丝线切割机上穿入钼丝，后使用投影法精确定位，确认无误后即可完成加工。

4 结论

本例完成了斜顶孔的加工工艺设计与优化（模具加工的其余部分在这里略去）发现虽然斜顶及斜顶孔的加工难度比较大，但只要工艺合理并不断优化和改进，就可以加工出较为理想的产品，图8所示为镶块与夹具装配实物样件，最终完成了整副模具的装配并进行了生产证明此工艺可行。

图5 在线切割加工中的斜垫铁结构

图6 斜垫铁二维及实物

图7 CAD系统中孔位

图8 镶块与最终加工实物