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　　电火花加工通常采用易于加工的铜料做放电电极，称为铜公。用于制作模具的材料比较硬，模具型腔中有深孔、窄槽及尖角，受刀具的硬度和规格尺寸等特性限制，无法用数控铣加工去除全部残料，尤其是前模(一般是凹槽)，此时用电火花加工。通常前、后模制造时需要与之配套的铜公。加工铜公时要设计加工分中面和校表面。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。对外形不规则的铜公，需在底部外围加工出用于确定铜公中心位置的垂直基准面，此为分中面。铜公用于电火花加工时校平后，除了要确定其中心位置，还必须要确定其高度值。在铜公上加工出用于确定深度的水平基准面，称为校表面。若铜公的表面有面积较大的平面，也可作为校表面。

　　2 前模铜公A的设计与加工

　　2.1 零件设计

　　塑料外壳的前模曲面铜公A分解图如图1所示。前模曲面是凹进去的型腔曲面，曲面之间过渡圆滑，最小圆弧半径是R0.503mm，两个凹缺口处多处直角相交。必须设计铜公进行清角加工。但无法在一个铜公中完成如此众多的曲面相交处的清角加工。此套模具中，我们将前模铜公分解成三个铜公进行加工，降低了铜公的加工难度。便于电火花加工。

　　综合考虑前模的结构，将两凹缺口处的曲面分解出来，首先设计了如图A所示的前模铜公A。在前模设计时，前模型腔中间的台阶孔碰穿位在前模型腔中形成了一个孤岛，孤岛和前模型腔直角相交，无法直接完成加工，而前模型腔尺寸较小，若直接在前模加工时预留此台阶孔的型腔，给加工增加了很大的难度。因此，前模采用了镶件，在加工前模时，将此孔修补好。

　　前模铜公A和零件的前模曲面的相应部分是相同的，只需将零件的相应前模曲面复制即可。在前视图将零件旋转180度(保证坐标及基准的统一)，将后模面隐藏，保留前模曲面，摆正图形。铜公A的3D图如图1所示，根据加工要求绘制了相应的切削曲线及加工边界。

图1 前模铜公A分解图

　　由于数控加工时，刀路是沿着Z方向的最大投影外形进行加工的，无须绘制铜公曲面以下的部位。因为前模铜公的图形是从前模3D图复制而来的，图形坐标原点和前模的3D图的坐标原点是重合的。铜公曲面顶部的Z方向尺寸为19.72mm。绘制图2中Chain1作为XY方向的分中面，其Z方向尺寸为Z-5.0mm。铜公的最大外形Z方向的尺寸为0.0mm。为避免电加工时，铜公曲面伤及分型面，加工时，要将铜公的最大外形Chain2向下延伸到Z-5.0mm。加工出来的平面可作为校表面，Z方向尺寸为Z-5.0mm。铜公零件的XY方向的坐标和前模的XY方向坐标是重合的。电火花加工时只需调整Z方向的尺寸。

　　2.2 工艺分析

　　模具是设计成一套模具出两件产品的，前模加工时，转角处留下的加工余量又很大。若条件许可，可设计加工两个铜公，粗公(放电间隙-0.2mm)，精公(放电间隙-0.1mm)。前模铜公的表面光洁度要求高，结构也较为复杂，曲面间圆角过渡圆滑，圆弧半径较小。加工时有以下的难点：

　　(1)前模铜公曲面较为复杂，曲面间圆角过渡圆滑，圆弧半径较小，最小圆弧半径是R1.509mm，加工时要采取合适的数控工艺。

　　(2)前模铜公上下曲面相交处是加工的难点，要独立设计刀路对此部分进行清角加工。

　　因铜材较贵，为节约成本，尽量减少铜公的高度。数控加工前，先用锯床锯出95×45×40的紫铜毛坯，用台钳装夹在数控机床的工作台上进行加工。紫铜材料较软，易于加工，使用锋利的白钢刀，采用较高的转速和进给量，使用切削液，精加工时使用新刀。

　　2.3 加工刀路

　　(1)首先选取Φ12平底白钢刀，用3D曲面挖槽刀路对前模铜公粗加工。最小加工深度为20.0mm，最大加工深度设置成-5.0mm。加工余量0.3mm。

　　(2)继续选取Φ12平底白钢刀，用2D外形加工刀路对铜公的分中外形进行粗加工，XY方向的加工余量为0.3mm，Z方向的加工余量为0.0mm。

　　(3)换取新的Φ12平底白钢刀，用2D外形加工刀路精加工铜公的分中外形。XYZ方向的加工余量都为0.0mm。

　　(4)选取的Φ12平底白钢刀，用曲面精加工等高外形加工刀路对铜公曲面半精加工。加工余量为0.1mm。将Minimum depth设置成20.0mm，Maximum depth设置成-5.0mm。

　　(5)继续选取Φ12平底白钢刀，用2D外形加工刀路对铜公的曲面外形进行精加工。XY方向的加工余量为-0.1mm，Z方向的加工余量为0.0mm。

　　(6)选取Φ8R4合金球头刀，用曲面精加工平行铣削刀路对前模铜公的曲面精加工。加工余量为-0.1mm。

　　(7)选取Φ12平底白钢刀，用2D外形加工刀路对铜公的曲面上下台阶相交处进行清角精加工。XYZ方向的加工余量都为-0.1mm。

　　前模铜公的加工模拟效果如图2所示。

图2 前模铜公A的3D图

图3 实体加工模拟效果图

　　3 前模铜公B的设计与加工

　　3.1 零件设计与工艺分析

　　前面已经分解出前模铜公A来加工前模两缺口处的曲面。但仍然很难在一个铜公中完成上下台阶交接处的曲面的加工，仍须将铜公继续进行分解。如图4所示，将上下台阶分解开来加工，虽然增加了铜公的设计和加工时间，但降低了铜公的加工难度，有效地提高了铜公的表面质量。综合考虑前模的结构，将上下台阶处曲面分解出来，首先设计了如图5所示的前模铜公B。

图4 前模铜公B分解图

图5 前模铜公B的3D图

　　铜公B和零件的前模曲面的相应部分是相同的，只需将零件相应的前模曲面复制即可。分解铜公时将曲面分解成了左右两部分，要绘制中间的连接曲面。为避免电加工时伤及铜公A所加工的两缺口处的台阶曲面，设计铜公时，要将前后缺口部分向内凹进一定的尺寸。根据加工要求绘制了相应的切削曲线及加工边界，前模铜公的最小圆弧半径是R0.503mm。铜公两缺口处的小圆角是加工的难点。

　　铜公B图形的坐标原点和前模的3D图形的坐标原点重合，铜公的顶部为曲面，Z方向尺寸为Z19.72mm。绘制图5中Chain1作为XY方向的分中面，其Z方向尺寸为Z0.0mm。铜公的最大外形Z方向的尺寸为0.0mm。铜公底部Z方向的尺寸为6.73mm。为避免电加工时，铜公的曲面伤及分型面，加工时，要将铜公的最大外形Chain2向下延伸到Z0.0mm。加工出来的平面可作为校表面，Z方向尺寸为Z0.0mm。铜公零件XY方向的坐标和前模的XY方向坐标是重合的。电火花加工时只需调整Z方向的尺寸。

　　3.2 加工刀路

　　(1)首先选取Φ12平底白钢刀，用3D曲面挖槽刀路对前模铜公B粗加工。最小加工深度为21.0mm，最大加工深度设置成0.0mm。加工余量0.3mm。

　　(2)继续选取Φ12平底白钢刀，用2D外形加工刀路对铜公的分中外形进行粗加工，XY方向的加工余量为0.3mm，Z方向的加工余量为0.0mm。

　　(3)换取新的Φ12平底白钢刀，用2D外形加工刀路精加工铜公的分中外形。XYZ方向的加工余量都为0.0mm。

　　(4)选取Φ12平底白钢刀，用曲面精加工等高外形加工刀路对铜公曲面半精加工。加工余量为0.0mm。将Minimum depth设置成21.0mm，Maximum depth设置成0.0mm。

　　(5)选取Φ8R4合金球头刀，用曲面精加工平行铣削刀路对前模铜公的曲面精加工。加工余量为-0.1mm。

　　(6)继续选取Φ10平底白钢刀，用2D外形加工刀路对铜公的曲面外形进行精加工(同时精加工校表面)。XY方向的加工余量为-0.1mm，Z方向的加工余量为0.0mm。

　　加工模拟效果如图6所示。

图6 实体加工模拟效果图

图7 前模铜公C分解图

　　4 前模铜公C的设计与加工

　　4.1 零件设计与工艺分析

　　前面已经分解出前模铜公A和B，只剩下下部的曲面。将上下台阶曲面分解开来加工，但降低了铜公的加工难度，有效地提高了铜公的表面质量。综合考虑前模的结构，参照图7的前模铜公C分解图，设计了如图8所示的前模铜公C。

　　前模铜公的外表面，光洁度要求高，结构较为复杂。曲面间圆角过渡圆滑，圆弧半径较小，最小圆弧半径是R0.503mm，且各圆角成圆周分布，加工时要采取合适的数控工艺来保证加工精度。铜公两缺口处是加工的难点。为避免电加工时伤及前模的分型面，设计加工铜公时，要将铜公的外形曲面向下延伸一定的尺寸。

　　铜公C图形坐标原点和前模的3D图形的坐标原点重合，铜公的顶部为平面，Z方向尺寸为Z6.734mm。顶面加工后可作为校表面。绘制图8中Chain1作为XY方向的分中面，其Z方向尺寸为Z-5.0mm。铜公的最大外形Z方向的尺寸为0.0mm。为避免电加工时，铜公的曲面伤及分型面，加工时，要将铜公的最大外形Chain2向下延伸到Z-5.0mm。Z方向尺寸为Z-5.0mm。铜公零件的XY方向坐标和前模的XY方向坐标是重合的。电火花加工时只需调整Z方向的尺寸。

　　4.2 加工刀路

　　(1)因为零件的顶部平面是毛坯面，首先选取Φ16的四刃平底刀，用面铣削刀路对零件的顶部平面粗、精加工。加工余量0.0mm。(根据毛坯的不同，要灵活地改变加工参数)，Top of stock设置成7.0， Depth设置成6.734。

　　(2)铜公的曲面大部分是垂直面，为提高加工效率，选取Φ16平底白钢刀，用2D外形加工刀路对铜公的曲面进行粗加工，XY方向的加工余量为0.3mm，Z方向的加工余量为0.1mm。

　　(3)继续选取Φ16平底白钢刀，用2D外形加工刀路粗加工铜公的分中外形。XY方向的加工余量为0.3mm，Z方向的加工余量为0.0mm。

　　(4)换取新的Φ12平底白钢刀，用曲面精加工等高外形加工刀路对铜公曲面半精加工。加工余量为0.0mm。将Minimum depth设置成6.734mm，Maximum depth设置成-5.0mm。

　　(5)继续选取Φ12平底白钢刀，用2D外形加工刀路对铜公的曲面外形进行精加工。XY方向的加工余量为-0.1mm，Z方向的加工余量为0.0mm。

　　(6)选取Φ12平底白钢刀，用2D外形加工刀路精加工铜公的分中外形。XYZ方向的加工余量都为0.0mm。

　　(7)选取Φ8平底白钢刀，用2D外形加工刀路对铜公前部的缺口清角精加工。XY方向的加工余量为-0.1mm，Z方向的加工余量为0.0mm。

　　(8)选取Φ8平底白钢刀，用2D外形加工刀路对铜公后部的缺口清角精加工。XY方向的加工余量为-0.1mm，Z方向的加工余量为0.0mm。

　　(9)选取Φ8R4合金球头刀，用曲面精加工平行铣削刀路对前模铜公C的曲面精加工。加工余量为-0.1mm。将Minimum depth设置成6.8mm，Maximum depth设置成-5.0mm。

　　(10)因加工角度的原因，铜公前、后部的加工效果不尽人意，继续选取Φ8R4合金球头刀，变化加工角度，用曲面精加工平行铣削刀路对前模铜公C的前部曲面精加工。

　　(11)同样，继续选取Φ8R4合金球头刀，变化加工角度，用曲面精加工平行铣削刀路对前模铜公C的后部曲面精加工。加工模拟效果如图9所示。

　　此套模具的加工中，还有一些细小的铜公，限于篇幅关系，这里就不讲述了。

图9 实体加工模拟效果图

　　5 结束语

　　现代模具生产中，随着模具型腔的复杂化，要频繁采用电火花加工。由于电火花加工过程中，铜公和钢料之间没有直接的作用力，即使所需加工的孔或槽尺寸小、深度大、加工材料硬度高，也可采用电火花加工的方法。电火花加工提高了模具加工的精度和效率，也使复杂的型腔结构能够得以实现。如对型腔表面粗糙度要求较高，需经过抛光工序，以去除型腔表面的火花纹，火花纹也经常用作型腔表面的装饰纹。电火花加工已成为模具行业必不可少的加工手段。