典型电动机外壳铝型材挤压模的设计与制造

郧鹏，邓汝荣

（广州科技职业技术学院，广东广州510550）

摘要：铝型材电动机外壳的使用越来越多。分析了典型铝合金电动机外壳的产品特征，传统的电动机外壳铝型材挤压模的设计与制造方法。介绍了经改进后的设计与制造方法。改进后的模具设计与制造方法具有便于制造加工、模具使用寿命长、制造成本低及制造周期短的特点。

关键词：电动机外壳；铝型材；设计；制造；前置分流板

  铝合金具有密度低、良好的抗腐蚀性、可焊接性和较高的比强度等特性。很多机器、机床及仪器仪表的结构件用铝合金件替代了钢铁件，用挤压铝型材替代了铝合金铸造件，大大提高了生产效率，降低了成本，如电动机的外壳就是一个实例。而要实现这些工件的挤压生产，模具是关键。在电动机外壳的铝型材生产过程中，常常因为模具的原因，使得产品的内腔出现椭圆的情况，或出现内腔偏心即产品壁厚不均匀现象，同时，模具的寿命不长，出现模具过早失效的现象。模具失效后，电机外壳的可互换性能差。本文介绍的典型电动机外壳铝型材模具的设计与制造，能有效地解决该型材生产过程中模具常出现的问题，供同行参考。

1  电机外壳铝型材的特征分析

图1所示是典型的电动机外壳铝型材断面。从图1可知，型材有一定的对称性。其结构主要由内腔与支承脚、散热片、螺钉安装部位组成。内腔的面积很大表明其模具中对应部位的模芯很大，模具的受压面积大。支承脚由于出于减少材料的原则设计成空心形式，空心面积较小，意味着模具在此处的模芯较小，模芯的刚性差，容易在挤压过程中折断。散热片的壁厚度较薄，在挤压过程中金属流速容易缓慢。而三处螺钉安装位置的实体面积较大，金属在此处的成形阻力小，金属流速容易变快，如果金属的分配与流速控制不合理，则会影响产品的外观质量，如起筋、出现黑线和尺寸精度差。

2  模具设计与制造

  该型材的两个支承脚具有空腔特征，因此要设计模芯来成形。在模具的设计上都应设法让模芯由分流桥来支承，才能从强度上得到保证。同时，由于该型材具有对称性，在金属的成形过程中，对称的部位金属成形的状态也应该是一致的，即在模具设计时，必须考虑到对称部位的分流孔金属供应、工作带选择应尽可能趋于一致，这样才能达到各处金属流动趋于一致，不出现因流速差而产生拉应力，从而保证产品的尺寸精度。这是至关重要的。

2.1  传统的模具设计与制造方法

2.1.1传统的模具设计要点

按传统设计主要考虑两个支承脚处的模芯位置。图2所示的设计是用得较为普遍的一种形式，金属的供料方式为5个分流孔并采用二件式的上模与下模的组成结构。这种形式，一方面使得三处实体面积较大的部位，在金属供应与分配中处于不对称的状态，因此，这三处的工作带选择难于取得一致，因而容易造成这三处的金属流速难于趋于一致，导致产品出现椭圆现象；另一方面，采用这种结构没有充分利用内腔为圆形的特点。圆形的模芯如果设计在模具的中心位置上，采用车削或外圆磨削是获得高质量的最好方式。而这种结构，模芯加工的最后成形是由铜电极电火花加工成形，显然增加了制造的成本和周期。同时，这种传统的模具结构，为了保证模具的强度，上模的厚度要取得较大，给加工会带来很大的困难，而且在挤压过程中，当两个小模芯折断或上模分流桥断裂后，则整套模具都会报废。因为，模芯是在下模未进行电火花加工工作带的前提下，以下模型孔为基准，利用铜电极套打而成的。当下模工作带加工后，以下模为基准的条件就没有了。这样，也使得完好、未失效的下模也无法重复使用。所以，传统设计的模具寿命短、成形质量差、制造成本高且周期长。

2.1.2传统的模具加工工艺路线

  1)上模：毛坯锻造一退火一粗车（外圆、端面、止口、模芯凸台）一粗配（螺孔、销孔位置）一划线一铣削（分流孔、模芯）一热处理一精车一配装一平面磨削套打（电火花加工模芯）一拆开模具一电火花加工导流槽、工作带一研磨工作带一抛光分流孔及分流桥一总装模具。

  2)下模：毛坯锻造一退火。粗车（外圆、端面、焊合室工艺孔）_划线。钻削沉孔、销孔一粗配（确定上模螺孔及销孔位置）一拆开模具→铣削一热处理一精车→平面磨削端面→线切割型孔一与上模装配套打上模模芯一拆开模具一电火花加工工作带一研磨、抛光工作带、焊合室一总装模具。

2.2  改进后的模具设计与制造方法

2. 2.1  改进后的模具设计要点

根据产品的结构特征并考虑易于加工的因素，在模具结构上，增设前置分流板，采用三件组合式的分流模结构，如图3所示。

  1)增设一件前置分流板，这是与传统结构的最大区别。采用前置分流板，金属第一次分流时可以采用较大的分流比，从而降低了挤压力，提高了模具的强度。

2)前置分流板设计3个分流孔，使得该型材对称的部位在金属供应分配中处于的状态是一致的。前置分流板结构如图4所示。

3)上模采取9个分流孔，即前置板的每一个分流孔处的金属都对应单独分配给上模的3个分流孔，这样有利于保证对称部位的成形一致性。另一方面，采取“一分为三”的分流形式，也兼顾考虑了两支承脚处的模芯支承。同时，上模的分流桥宽度可以取得小一些。因为实践表明，当分流桥宽度小于16 mm时桥底下的金属流速与相邻非桥底下的金属流速的差异可以忽略不计，从而可以使得内腔工作带取得一致，更有利于保证各处金属流动时的均匀性。改进后的上、下模结构分别如图5、6所示。

  4)两支承脚处的模芯采用镶嵌结构。这样可以在模芯折断后，采用更换模芯的方式，从而提高了模具的使用寿命。

  5)采用镶嵌结构后，大模芯可以用车削的方式加工，并在模芯中心设计工艺孔。工艺孔有两方面的作用：一方面，提高模具的淬透性；另一方面，以此工艺孔为基准，线切割割出支承脚模芯的镶嵌孔，这样可以保证位置尺寸的准确性。

  6)下模型孔的加工：在精车出内腔型孔尺寸后并以此为基准线切割其他型孔。大大减少了电加工的时间，从而，可以降低加工成本和缩短加工的周期。因为采用车削方式，所以产品内腔的内、外表面的同轴度可以得到很好的保证。

  7)由于模芯采用车削、镶嵌的加工方式，当模芯折断或上模分流桥断裂时，前置板及下模均可重复利用和使用，只需配制一件上模或更换一个模芯，从而大大降低生产中的模具成本。

  8)对于三处实体面积较大的部位，在挤压过程中，其金属流动容易出现流速快的现象。一方面，通过设计将其置于分流桥下；另一方面，采用阻流块进行流速阻碍，避免了其工作带与相邻处因悬殊较大而过渡突然的现象，这样可以避免产品出现凸筋现象。

2.2.2  改进后的模具加工工艺路线

  1)上模：毛坯锻造一退火→粗车（外圆、端面、止口、模芯、模芯工艺孔）一粗配（螺孔、销孔位置）一划线→铣削分流孔、分流桥、导流槽→热处理一精车（模芯、模芯工艺孔、止口）一配装一平面磨削端面一拆开模具一线切割模芯镶嵌孔一镶嵌模芯一总装模具。

  2)下模：毛坯锻造一退火_粗车（外圆、止口、端面、内腔型孔、焊合室工艺孔）一划线_钻削沉孔、销孔一粗配（确定上模螺孔及销孔位置）-拆开模具一铣削焊合室一热处理一精车（止口、止口端面、内腔型孔）一平面磨削端面一线切割其他型孔一电火花加工工作带一研磨、抛光工作带、焊合室一总装模具。

  3)前置分流板：毛坯锻造→退火一粗车（外圆、止口、端面）一划线-+钻削沉孔→与上模粗配（确定上模螺孔位置）→拆开模具一铣削分流孔与倒桥位→热处理一精车（止曰、止口端面与底面）→平面磨削端面→抛光分流孔及分流桥→总装模具。

3  结束语

  通过对传统的和改进后的模具设计要点与制造工艺的分析与对比，可以知道，要提高该型材的模具使用寿命和降低其制造成本、缩短其制造加工周期，模具结构的设计是十分关键和重要的。