典型電動機外殼鋁型材擠壓模的設計與制造
鄖鵬，鄧汝榮
（廣州科技職業(yè)技術學院，廣東廣州510550）
摘要：鋁型材電動機外殼的使用越來越多。分析了典型鋁合金電動機外殼的產品特征，傳統的電動機外殼鋁型材擠壓模的設計與制造方法。介紹了經改進后的設計與制造方法。改進后的模具設計與制造方法具有便于制造加工、模具使用壽命長、制造成本低及制造周期短的特點。
關鍵詞：電動機外殼；鋁型材；設計；制造；前置分流板
鋁合金具有密度低、良好的抗腐蝕性、可焊接性和較高的比強度等特性。很多機器、機床及儀器儀表的結構件用鋁合金件替代了鋼鐵件，用擠壓鋁型材替代了鋁合金鑄造件，大大提高了生產效率，降低了成本，如電動機的外殼就是一個實例。而要實現這些工件的擠壓生產，模具是關鍵。在電動機外殼的鋁型材生產過程中，常常因為模具的原因，使得產品的內腔出現橢圓的情況，或出現內腔偏心即產品壁厚不均勻現象，同時，模具的壽命不長，出現模具過早失效的現象。模具失效后，電機外殼的可互換性能差。本文介紹的典型電動機外殼鋁型材模具的設計與制造，能有效地解決該型材生產過程中模具常出現的問題，供同行參考。
1 電機外殼鋁型材的特征分析
圖1所示是典型的電動機外殼鋁型材斷面。從圖1可知，型材有一定的對稱性。其結構主要由內腔與支承腳、散熱片、螺釘安裝部位組成。內腔的面積很大表明其模具中對應部位的模芯很大，模具的受壓面積大。支承腳由于出于減少材料的原則設計成空心形式，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，容易在擠壓過程中折斷。散熱片的壁厚度較薄，在擠壓過程中金屬流速容易緩慢。而三處螺釘安裝位置的實體面積較大，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，則會影響產品的外觀質量，如起筋、出現黑線和尺寸精度差。
2 模具設計與制造
該型材的兩個支承腳具有空腔特征，因此要設計模芯來成形。在模具的設計上都應設法讓模芯由分流橋來支承，才能從強度上得到保證。同時，由于該型材具有對稱性，在金屬的成形過程中，對稱的部位金屬成形的狀態(tài)也應該是一致的，即在模具設計時，必須考慮到對稱部位的分流孔金屬供應、工作帶選擇應盡可能趨于一致，這樣才能達到各處金屬流動趨于一致，不出現因流速差而產生拉應力，從而保證產品的尺寸精度。這是至關重要的。
2.1 傳統的模具設計與制造方法
2.1.1傳統的模具設計要點
按傳統設計主要考慮兩個支承腳處的模芯位置。圖2所示的設計是用得較為普遍的一種形式，金屬的供料方式為5個分流孔并采用二件式的上模與下模的組成結構。這種形式，一方面使得三處實體面積較大的部位，在金屬供應與分配中處于不對稱的狀態(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，導致產品出現橢圓現象；另一方面，采用這種結構沒有充分利用內腔為圓形的特點。圓形的模芯如果設計在模具的中心位置上，采用車削或外圓磨削是獲得高質量的最好方式。而這種結構，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，這種傳統的模具結構，為了保證模具的強度，上模的厚度要取得較大，給加工會帶來很大的困難，而且在擠壓過程中，當兩個小模芯折斷或上模分流橋斷裂后，則整套模具都會報廢。因為，模芯是在下模未進行電火花加工工作帶的前提下，以下模型孔為基準，利用銅電極套打而成的。當下模工作帶加工后，以下模為基準的條件就沒有了。這樣，也使得完好、未失效的下模也無法重復使用。所以，傳統設計的模具壽命短、成形質量差、制造成本高且周期長。
2.1.2傳統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）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 改進后的模具設計與制造方法
2. 2.1 改進后的模具設計要點
根據產品的結構特征并考慮易于加工的因素，在模具結構上，增設前置分流板，采用三件組合式的分流模結構，如圖3所示。
1)增設一件前置分流板，這是與傳統結構的最大區(qū)別。采用前置分流板，金屬第一次分流時可以采用較大的分流比，從而降低了擠壓力，提高了模具的強度。
2)前置分流板設計3個分流孔，使得該型材對稱的部位在金屬供應分配中處于的狀態(tài)是一致的。前置分流板結構如圖4所示。
3)上模采取9個分流孔，即前置板的每一個分流孔處的金屬都對應單獨分配給上模的3個分流孔，這樣有利于保證對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，上模的分流橋寬度可以取得小一些。因為實踐表明，當分流橋寬度小于16 mm時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，從而可以使得內腔工作帶取得一致，更有利于保證各處金屬流動時的均勻性。改進后的上、下模結構分別如圖5、6所示。
4)兩支承腳處的模芯采用鑲嵌結構。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)采用鑲嵌結構后，大模芯可以用車削的方式加工，并在模芯中心設計工藝孔。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，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確性。
6)下模型孔的加工：在精車出內腔型孔尺寸后并以此為基準線切割其他型孔。大大減少了電加工的時間，從而，可以降低加工成本和縮短加工的周期。因為采用車削方式，所以產品內腔的內、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，當模芯折斷或上模分流橋斷裂時，前置板及下模均可重復利用和使用，只需配制一件上�；蚋鼡Q一個模芯，從而大大降低生產中的模具成本。
8)對于三處實體面積較大的部位，在擠壓過程中，其金屬流動容易出現流速快的現象。一方面，通過設計將其置于分流橋下；另一方面，采用阻流塊進行流速阻礙，避免了其工作帶與相鄰處因懸殊較大而過渡突然的現象，這樣可以避免產品出現凸筋現象。
2.2.2 改進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 結束語
通過對傳統的和改進后的模具設計要點與制造工藝的分析與對比，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，模具結構的設計是十分關鍵和重要的。
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