一種典型電動(dòng)機(jī)外殼鋁型材擠壓模
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作者：張毅
在電動(dòng)機(jī)外殼的鋁型材生產(chǎn)過(guò)程中，常常因?yàn)槟＞叩脑�，使得產(chǎn)品的內(nèi)腔出現(xiàn)橢圓的情況，或出現(xiàn)內(nèi)腔偏心即產(chǎn)品壁厚不均勻現(xiàn)象，同時(shí)，模具的壽命不長(zhǎng)，出現(xiàn)模具過(guò)早失效的現(xiàn)象。模具失效后，電機(jī)外殼的可互換性能差。本文介紹的典型電動(dòng)機(jī)外殼鋁型材模具的設(shè)計(jì)與制造，能有效地解決該型材生產(chǎn)過(guò)程中模具常出現(xiàn)的問(wèn)題，供同行參考。
1 電機(jī)外殼鋁型材的特征分析
圖1所示是典型的電動(dòng)機(jī)外殼鋁型材斷面。從圖1可知，型材有一定的對(duì)稱性。其結(jié)構(gòu)主要由內(nèi)腔與支承腳、散熱片、螺釘安裝部位組成。內(nèi)腔的面積很大表明其模具中對(duì)應(yīng)部位的模芯很大，模具的受壓面積大。支承腳由于出于減少材料的原則設(shè)計(jì)成空心形式，空心面積較小，意味著模具在此處的模芯較小，模芯的剛性差，容易在擠壓過(guò)程中折斷。散熱片的壁厚度較薄，在擠壓過(guò)程中金屬流速容易緩慢。而三處螺釘安裝位置的實(shí)體面積較大，金屬在此處的成形阻力小，金屬流速容易變快，如果金屬的分配與流速控制不合理，則會(huì)影響產(chǎn)品的外觀質(zhì)量，如起筋、出現(xiàn)黑線和尺寸精度差。
2 模具設(shè)計(jì)與制造
該型材的兩個(gè)支承腳具有空腔特征，因此要設(shè)計(jì)模芯來(lái)成形。在模具的設(shè)計(jì)上都應(yīng)設(shè)法讓模芯由分流橋來(lái)支承，才能從強(qiáng)度上得到保證。同時(shí)，由于該型材具有對(duì)稱性，在金屬的成形過(guò)程中，對(duì)稱的部位金屬成形的狀態(tài)也應(yīng)該是一致的，即在模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮到對(duì)稱部位的分流孔金屬供應(yīng)、工作帶選擇應(yīng)盡可能趨于一致，這樣才能達(dá)到各處金屬流動(dòng)趨于一致，不出現(xiàn)因流速差而產(chǎn)生拉應(yīng)力，從而保證產(chǎn)品的尺寸精度。這是至關(guān)重要的。
2.1 傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與制造方法
2.1.1傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)
按傳統(tǒng)設(shè)計(jì)主要考慮兩個(gè)支承腳處的模芯位置。圖2所示的設(shè)計(jì)是用得較為普遍的一種形式，金屬的供料方式為5個(gè)分流孔并采用二件式的上模與下模的組成結(jié)構(gòu)。這種形式，一方面使得三處實(shí)體面積較大的部位，在金屬供應(yīng)與分配中處于不對(duì)稱的狀態(tài)，因此，這三處的工作帶選擇難于取得一致，因而容易造成這三處的金屬流速難于趨于一致，導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)橢圓現(xiàn)象；另一方面，采用這種結(jié)構(gòu)沒(méi)有充分利用內(nèi)腔為圓形的特點(diǎn)。圓形的模芯如果設(shè)計(jì)在模具的中心位置上，采用車削或外圓磨削是獲得高質(zhì)量的最好方式。而這種結(jié)構(gòu)，模芯加工的最后成形是由銅電極電火花加工成形，顯然增加了制造的成本和周期。同時(shí)，這種傳統(tǒng)的模具結(jié)構(gòu)，為了保證模具的強(qiáng)度，上模的厚度要取得較大，給加工會(huì)帶來(lái)很大的困難，而且在擠壓過(guò)程中，當(dāng)兩個(gè)小模芯折斷或上模分流橋斷裂后，則整套模具都會(huì)報(bào)廢。因?yàn)椋Ｐ臼窃谙履Ｎ催M(jìn)行電火花加工工作帶的前提下，以下模型孔為基準(zhǔn)，利用銅電極套打而成的。當(dāng)下模工作帶加工后，以下模為基準(zhǔn)的條件就沒(méi)有了。這樣，也使得完好、未失效的下模也無(wú)法重復(fù)使用。所以，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的模具壽命短、成形質(zhì)量差、制造成本高且周期長(zhǎng)。
2.1.2傳統(tǒng)的模具加工工藝路線
1)上模：毛坯鍛造一退火一粗車（外圓、端面、止口、模芯凸臺(tái)）一粗配（螺孔、銷孔位置）一劃線一銑削（分流孔、模芯）一熱處理一精車一配裝一平面磨削套打（電火花加工模芯）一拆開模具一電火花加工導(dǎo)流槽、工作帶一研磨工作帶一拋光分流孔及分流橋一總裝模具。
2)下模：毛坯鍛造一退火。粗車（外圓、端面、焊合室工藝孔）_劃線。鉆削沉孔、銷孔一粗配（確定上模螺孔及銷孔位置）一拆開模具→銑削一熱處理一精車→平面磨削端面→線切割型孔一與上模裝配套打上模模芯一拆開模具一電火花加工工作帶一研磨、拋光工作帶、焊合室一總裝模具。
2.2 改進(jìn)后的模具設(shè)計(jì)與制造方法
2. 2.1 改進(jìn)后的模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)
根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征并考慮易于加工的因素，在模具結(jié)構(gòu)上，增設(shè)前置分流板，采用三件組合式的分流模結(jié)構(gòu)，如圖3所示。
1)增設(shè)一件前置分流板，這是與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最大區(qū)別。采用前置分流板，金屬第一次分流時(shí)可以采用較大的分流比，從而降低了擠壓力，提高了模具的強(qiáng)度。
2)前置分流板設(shè)計(jì)3個(gè)分流孔，使得該型材對(duì)稱的部位在金屬供應(yīng)分配中處于的狀態(tài)是一致的。前置分流板結(jié)構(gòu)如圖4所示。
3)上模采取9個(gè)分流孔，即前置板的每一個(gè)分流孔處的金屬都對(duì)應(yīng)單獨(dú)分配給上模的3個(gè)分流孔，這樣有利于保證對(duì)稱部位的成形一致性。另一方面，采取“一分為三”的分流形式，也兼顧考慮了兩支承腳處的模芯支承。同時(shí)，上模的分流橋?qū)挾瓤梢匀〉眯∫恍�。因�(yàn)閷?shí)踐表明，當(dāng)分流橋?qū)挾刃∮?6 mm時(shí)橋底下的金屬流速與相鄰非橋底下的金屬流速的差異可以忽略不計(jì)，從而可以使得內(nèi)腔工作帶取得一致，更有利于保證各處金屬流動(dòng)時(shí)的均勻性。改進(jìn)后的上、下模結(jié)構(gòu)分別如圖5、6所示。
4)兩支承腳處的模芯采用鑲嵌結(jié)構(gòu)。這樣可以在模芯折斷后，采用更換模芯的方式，從而提高了模具的使用壽命。
5)采用鑲嵌結(jié)構(gòu)后，大模芯可以用車削的方式加工，并在模芯中心設(shè)計(jì)工藝孔。工藝孔有兩方面的作用：一方面，提高模具的淬透性；另一方面，以此工藝孔為基準(zhǔn)，線切割割出支承腳模芯的鑲嵌孔，這樣可以保證位置尺寸的準(zhǔn)確性。
6)下模型孔的加工：在精車出內(nèi)腔型孔尺寸后并以此為基準(zhǔn)線切割其他型孔。大大減少了電加工的時(shí)間，從而，可以降低加工成本和縮短加工的周期。因?yàn)椴捎密囅鞣绞�，所以產(chǎn)品內(nèi)腔的內(nèi)、外表面的同軸度可以得到很好的保證。
7)由于模芯采用車削、鑲嵌的加工方式，當(dāng)模芯折斷或上模分流橋斷裂時(shí)，前置板及下模均可重復(fù)利用和使用，只需配制一件上模或更換一個(gè)模芯，從而大大降低生產(chǎn)中的模具成本。
8)對(duì)于三處實(shí)體面積較大的部位，在擠壓過(guò)程中，其金屬流動(dòng)容易出現(xiàn)流速快的現(xiàn)象。一方面，通過(guò)設(shè)計(jì)將其置于分流橋下；另一方面，采用阻流塊進(jìn)行流速阻礙，避免了其工作帶與相鄰處因懸殊較大而過(guò)渡突然的現(xiàn)象，這樣可以避免產(chǎn)品出現(xiàn)凸筋現(xiàn)象。
2.2.2 改進(jìn)后的模具加工工藝路線
1)上模：毛坯鍛造一退火→粗車（外圓、端面、止口、模芯、模芯工藝孔）一粗配（螺孔、銷孔位置）一劃線→銑削分流孔、分流橋、導(dǎo)流槽→熱處理一精車（模芯、模芯工藝孔、止口）一配裝一平面磨削端面一拆開模具一線切割模芯鑲嵌孔一鑲嵌模芯一總裝模具。
2)下模：毛坯鍛造一退火_粗車（外圓、止口、端面、內(nèi)腔型孔、焊合室工藝孔）一劃線_鉆削沉孔、銷孔一粗配（確定上模螺孔及銷孔位置）-拆開模具一銑削焊合室一熱處理一精車（止口、止口端面、內(nèi)腔型孔）一平面磨削端面一線切割其他型孔一電火花加工工作帶一研磨、拋光工作帶、焊合室一總裝模具。
3)前置分流板：毛坯鍛造→退火一粗車（外圓、止口、端面）一劃線-+鉆削沉孔→與上模粗配（確定上模螺孔位置）→拆開模具一銑削分流孔與倒橋位→熱處理一精車（止曰、止口端面與底面）→平面磨削端面→拋光分流孔及分流橋→總裝模具。
3 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的和改進(jìn)后的模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)與制造工藝的分析與對(duì)比，可以知道，要提高該型材的模具使用壽命和降低其制造成本、縮短其制造加工周期，模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是十分關(guān)鍵和重要的。
4摘要：鋁型材電動(dòng)機(jī)外殼的使用越來(lái)越多。分析了典型鋁合金電動(dòng)機(jī)外殼的產(chǎn)品特征，傳統(tǒng)的電動(dòng)機(jī)外殼鋁型材擠壓模的設(shè)計(jì)與制造方法。介紹了經(jīng)改進(jìn)后的設(shè)計(jì)與制造方法。改進(jìn)后的模具設(shè)計(jì)與制造方法具有便于制造加工、模具使用壽命長(zhǎng)、制造成本低及制造周期短的特點(diǎn)。
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