適用于塑料模具頂桿高效切割的線切割夾具設計

賈秋霜

(濰坊職業學院，山東濰坊261031)

目前，我國模具的總產值已躍居世界第三，其中塑料模約占30%左右，2000年以來，我國模具制造業的產值年平均增長15%～20%左右。在未來的模具市場中，塑料模具在模具總量中的比例還將逐步提高，從日常生活中也不難發現，塑料制品幾乎隨處可見，數量也越來越多。在模具的質量、交貨周期、價格、服務4 要素中，越來越多的用戶將交貨周期放在首位，因此必須著手研究如何提高生產效率，來縮短交貨周期，而設計出更多的適用于模具制造的高效的工裝夾具無疑是解決這一問題的途徑之一。

頂桿(又名推桿、頂針)推出機構是塑料模具最常用的推出機構，其作用是在注射完成，塑料制品充分保壓、冷卻、開模后將塑料制品從模具中頂出。頂桿頭部的形狀雖有所不同，但是尾部通常為圓柱形加設掛臺結構。一套塑料模具因塑件形狀、尺寸的不同，常設有多根頂桿，有的模具甚至設計有上百根或者更多。頂桿一般由專業生產模具標準件的廠家按直徑系列和長度系列向塑料模具生產廠家供貨，塑料模具生產廠家則根據每套模具的具體尺寸將頂桿切割成需要的長度。鑒于頂桿的工作要求，要求它具備良好的表面耐磨性、較高的整體硬度、芯部具有足夠的機械性能。常用的頂桿材料有T8、T12、45、40Cr、50B、65Mn、65MnV以及其他高性能合金材料等，其熱處理工藝一般為淬火加中溫或低溫回火，也有滲N處理的，硬度一般在HRC50以上。目前應用較為廣泛的頂桿材料為65Mn，硬度在HRC60 左右。傳統的頂桿切割方式采用砂輪機截斷，效率較低，且對工人的操作技術要求較高。目前，多數企業采用電火花線切割機床來切斷頂桿，因為電火花線切割加工方法不受硬度影響，幾乎沒有切削力，不會導致頂桿在切斷過程中彎曲變形且斷面表面質量好，但是線切割加工存在效率較低的難題。

電火花線切割機床一般適用于板件裝夾，切割圓柱形零件時，工件裝夾難度較大，找正工作量大，對刀困難，如想提高效率，必須設計專用夾具。目前模具生產企業里這方面的夾具比較欠缺，急需適用性強、效率高、成本低、操作簡單方便的專用夾具。

1 設計思路

針對上述情況，結合電火花線切割機床結構及其加工特點，作者決定設計一套適用于頂桿切割的電火花機床專用簡易夾具。該夾具不僅要能實現塑料模具頂桿的切斷要求，重點是能夠實現一次裝夾、多件切割，提高加工效率，且最好能適用于不同直徑的頂桿裝夾。同時根據工裝夾具設計原則，該夾具還應滿足操作方便、加工制作難度小、成本較低等要求。

2 夾具結構

經過方案研究、結構設計、三維制圖、實物制作、實踐驗證，以及方案改進、圖紙修正等環節，最終確定的夾具結構如圖1所示，該夾具由夾具主體1、活動壓板2、鎖緊螺釘3組成。夾具主體1為方框形狀，上下框的內側都設計有V形槽，但V形槽的尺寸不同，且上下框均設計有兩個螺紋孔，也就是說該夾具可根據頂桿直徑要求，上下翻轉使用。活動壓板2 一側設計有與夾具主體1 下框V形槽尺寸相對應的V形凸起，凸起頂面切平，細節如圖1右下角放大視圖所示，這樣的設計可以滿足直徑較細的頂桿裝夾需要。

圖1 夾具結構示意圖

文中未對該夾具的具體尺寸進行標注，是因為讀者可根據單位所采用的線切割機床工作臺的具體尺寸，以及常用頂桿的直徑范圍，來具體設計該夾具的整體尺寸及V形槽的尺寸和數量。

另外，由于該夾具主體1 上框V形槽尺寸較大，夾具上下翻轉使用時，不僅可以切割大直徑頂桿，還可以應用于復位桿、澆口套、導柱等零件的切割加工。

為進一步提高生產效率，還可以將該夾具設計方案進行優化升級，在圖1所示的活動壓板2的上面增設一塊如圖2所示的活動V形板4 和一塊活動壓板2，這樣可以將一次切割的頂桿數量提高一倍，當然也可以增加兩層或更多。

圖2 改進后夾具結構示意圖

3 夾具的制作

該夾具設計巧妙，效果顯著，而且制作起來非常簡單:用一塊六面磨平的鋼板，厚度20～30 mm 左右，不要太薄，以免不能有效限制頂桿自由度，也不必太厚，操作人員搬上搬下不方便。然后使用線切割機床先割下中間的活動壓板和活動V形板，再割出夾具主體的內部輪廓，最后在上下邊框上鉆孔攻絲后即可投入使用。

由于線切割加工方法幾乎沒有切削力，因此對夾具的材料要求也不高，普通Q235 鋼板或45#鋼板均可，也可使用報廢的塑料模具模板來制作。因此該夾具的制作成本不高。

4 夾具的使用方法

圖3為應用三維設計軟件創建的夾具三維模型圖，圖4為該夾具的工作示意圖，圖4所示夾具左右兩側為線切割機床工作臺示意圖，頂桿尾部所接觸的矩形板為定位板(另外配備，需要六面磨平)。切割頂桿時，先將定位板和夾具裝夾在線切割機床的工作臺上，根據所切頂桿的長度調整定位板與夾具之間的距離，用百分表找正定位板和夾具，然后緊固標準件，固定夾具和定位板，若定位板長度與夾具不匹配，也可通過其他方式裝夾定位板。

圖3 夾具三維模型圖

圖4 夾具工作示意圖

夾具與定位板裝夾找正后，將需要切割的頂桿逐一擺放在夾具的V形槽內，所有的頂桿尾部均需緊靠定位板，然后將活動壓板放在頂桿上面，盡量使其與夾具四周平齊，最后擰緊夾具上部的兩個鎖緊螺釘，便可以進行切割加工了，以上操作如圖4所示。

根據設計要求的頂桿長度尺寸，通過線切割自動編程或手工編程方法，在垂直于頂桿軸線的方向上，讓線切割的電極絲 (一般為鉬絲)切過所有頂桿，割一條直線，便可以一次性完成夾具上所安裝的所有頂桿的等長度切割。對刀(確定切割長度)方法有兩種:一種是先量出切割前頂桿的實際長度，通過計算得出需要切去的長度，此時使用頂桿頭部對刀;另一種方法是直接按頂桿設計長度，以定位板與頂桿尾部接觸面對刀。相對來說，第二種對刀方式更為精確一些。

5 結束語

綜上所述，該夾具具有高效、簡易、成本低、適應性強、操作方便、制作簡單等特點，充分發揮機床的潛力，解決了電火花線切割加工方法效率低的難題。該夾具一旦在模具生產行業中得到推廣，將大大提高頂桿的切割效率，減小工人勞動強度，縮短模具制造周期和模具交貨期，提高企業競爭力。另外該夾具也可適用于其他小直徑圓柱形零件的裝夾和切割，因此也可以用于其他加工場合。

【1】李英娣.淺談模具工業與技術的發展現狀分析[EB/OL].[2010－08－09].http://articles.e-works.net.cn/manufacturing/article80221.htm.

【2】賈立新.電火花加工實訓教程[M].西安:西安科技大學出版社，2007:79－82.

【3】李華.機械制造技術[M].北京:高等教育出版社，2000:354－374.

【4】朱金衛，李明輝.圓周均布窄槽的線切割夾具[J].職業，2009(27):172－173.

【5】馮輝英，熊毅.一種簡易線切割夾具的設計[J].電加工與模具，2006(6):69－70.