摘要：機(jī)殼是手搖發(fā)電機(jī)的重要結(jié)構(gòu)零件，適合生產(chǎn)率較高的壓鑄生產(chǎn)，采用中心澆口進(jìn)料方式所成形的鑄件致密度高。針對(duì)二處軸承室和止口留有加工余量且外形不規(guī)則的機(jī)殼鑄件，可經(jīng)車削加工方法滿足左機(jī)殼與右機(jī)座內(nèi)外止口、軸承與軸承室的精度配合要求。

在缺乏電源的環(huán)境下作為小功率的小型化應(yīng)急電源設(shè)備，便攜式手搖操作發(fā)電（或充電）的應(yīng)急電源，具有固定可靠、攜帶方便、雙手操作靈活輕便的特點(diǎn)。本課題所述帶底座8字形雙軸承室鑄鋁合金機(jī)殼為雙手柄便攜式手搖發(fā)電機(jī)的重要零件，機(jī)殼產(chǎn)品滿足圖紙要求是整機(jī)組裝成功的首要保證。

1. 機(jī)殼結(jié)構(gòu)分析、壓鑄模結(jié)構(gòu)、工作原理和特點(diǎn)分析

1.1.機(jī)殼結(jié)構(gòu)分析

(a) 手搖發(fā)電機(jī)左機(jī)殼零件圖   (b) 手搖發(fā)電機(jī)右機(jī)殼零件圖

圖1：手搖發(fā)電機(jī)機(jī)殼零件圖

圖1是手搖發(fā)電機(jī)機(jī)殼零件圖。左、右機(jī)殼按Φ64 mm止口組裝為一體。機(jī)殼有上下兩個(gè)軸孔，機(jī)殼內(nèi)部上端孔所安裝軸左端配有大齒輪，下孔軸左端裝配小齒輪右側(cè)緊配帶稀土磁鋼的外轉(zhuǎn)子，上孔軸兩端伸出機(jī)殼外30 mm,以便分別安裝方孔搖手柄。值得關(guān)注的是當(dāng)完成裝配左、右端蓋合攏時(shí),上下二軸起到一面二銷的定位效果，此時(shí)左右端蓋已無(wú)相對(duì)活動(dòng)的自由度，在側(cè)面的4-Φ4.5 mm孔中塞入4個(gè)M4螺釘反面鎖上螺母即可。

1.2.模具結(jié)構(gòu)

壓鑄工藝具有高效高產(chǎn)少切削加工的特點(diǎn)。圖2是適合于生產(chǎn)左、右機(jī)殼的壓鑄模具，一模兩腔。鑒于機(jī)殼本身偏狹長(zhǎng)，若采用側(cè)澆口底部進(jìn)料，即使機(jī)殼頂部能充滿但會(huì)出現(xiàn)組織疏松甚至開裂現(xiàn)象，此外沿外輪廓去除澆口廢料難度較大，因而選擇中心澆口，其優(yōu)勢(shì)在于：①在分流錐19的作用下熔融的鋁合金沿360°擴(kuò)散，填充力強(qiáng)，阻力小，鑄件外觀質(zhì)量好；②采用車削工藝切除澆口，切面光潔美觀，工作效率高。采用設(shè)置在內(nèi)緣軸承室和靠近外緣的全推桿推出機(jī)構(gòu)，避免了若采用推件板機(jī)構(gòu)所必須動(dòng)用的二次推出機(jī)構(gòu)；機(jī)殼底部2-Φ4.5 mm不在模具中鑄出，而是將機(jī)殼鑄件置于鉆床夾具鉆出，這樣模具可不加設(shè)抽芯機(jī)構(gòu)，又提高了機(jī)殼鑄件在車床夾具中的定位精度。

圖2：左（右）機(jī)殼壓鑄模

1. 動(dòng)模底板 2.墊塊3.推板.4、9、14、27.緊固螺釘5.推桿固定板6.推桿7.外六角螺母 8.墊片 10.定模型腔固定板 11、22導(dǎo)套12.定模板 13、23.導(dǎo)柱 15.手搖軸軸承室型芯 16.動(dòng)模型芯 17.軸承室推桿 18.安裝孔型芯 19.分流錐 20.澆口套  21.定模型腔 24.復(fù)位桿 25.動(dòng)模型芯固定板 26.動(dòng)模蓋板 28.推板導(dǎo)柱 29.推板導(dǎo)套

由圖1可知，機(jī)殼零件呈8字形。從圖2看出，若將動(dòng)模型芯16左側(cè)固定端設(shè)計(jì)成傳統(tǒng)的臺(tái)階形，那么銑刀加工81 mm長(zhǎng)的型芯必定會(huì)因剛性不足而讓刀，導(dǎo)致出現(xiàn)錐度使尺寸超差而無(wú)法裝配，利用圖3 結(jié)構(gòu)便可采用線切割加工，另用4-M6尾部螺釘緊固（件14），克服上述弊端。將機(jī)殼4-Φ4.5安裝孔型芯18設(shè)置在定模，既改善了動(dòng)模要容納太多型芯的密集度，又因其脫模方向與鑄件頂出方向相同，故有助于鑄件的平穩(wěn)推出，見圖4。

圖3：動(dòng)模型芯

圖4：定模型腔

1.3模具工作原理

將鋁合金液(YL102)從J1113B臥式壓鑄機(jī)冷壓室加料口注入，在壓射沖頭推進(jìn)下進(jìn)入螺旋槽澆口套20，隨即鋁合金在分流錐作用下沿360°被有序壓入定模型腔21，經(jīng)過(guò)增壓冷卻后開模，在澆口套內(nèi)壁3條7°斜槽反作用下，澆口套內(nèi)余料與包緊在動(dòng)模型芯16上的鑄件共同實(shí)施反向力，導(dǎo)致機(jī)殼鑄件強(qiáng)度最薄弱的內(nèi)澆口Φ8 mm處發(fā)生斷裂，Ⅰ-Ⅰ分型面首先被打開；繼續(xù)開模Ⅱ-Ⅱ分型面被打開，依托動(dòng)模型芯16的包緊力，4-Φ4.5 mm型芯脫離機(jī)殼鑄件，啟動(dòng)壓鑄機(jī)頂出缸，14根推桿可順利推出鑄件并取件，再次啟動(dòng)壓射缸，以便壓射沖頭高速推動(dòng)螺旋澆口套內(nèi)的鋁合金余料，使其在Ⅰ-Ⅰ分型面沿上述7°斜槽脫落掉地。重復(fù)上述操作,可進(jìn)入下一個(gè)壓鑄循環(huán)。

特別指出的是,用好中心澆口的關(guān)鍵是如何運(yùn)用最簡(jiǎn)單的機(jī)構(gòu)確保在開模后使壓室余料和直澆道在內(nèi)澆口處順利斷裂，其中拉斷機(jī)構(gòu)中螺旋槽澆口套是最廉價(jià)最簡(jiǎn)捷的，并且螺旋角度值及螺旋槽深度的確定對(duì)成功與否至關(guān)重要。

1.4 特點(diǎn)分析

左、右機(jī)殼套用同一套模具，在后道車削加工中巧妙地將左機(jī)殼改車成右機(jī)殼，從而節(jié)省了一套壓鑄模具；機(jī)殼底部的2-Φ4.5 mm整機(jī)安裝孔采用鉆夾具鉆出，這樣的工藝既避免模具復(fù)雜的抽芯機(jī)構(gòu)，又提升了機(jī)殼鑄件在車夾具中的定位精度；軸承室型芯（即分流錐19）已在軸承室頭部作出1×45o倒角，省去了機(jī)殼壓鑄件軸承室車削時(shí)的倒角工序。

2. 機(jī)殼鑄件鉆、車夾具結(jié)構(gòu)與工作原理、特點(diǎn)分析

為了使鑄件軸承室和止口精度達(dá)到圖紙要求并且保證左、右機(jī)殼內(nèi)安裝軸承和上下軸等零部件后能順利吻合裝配，必須對(duì)機(jī)殼鑄件的這些關(guān)鍵部位進(jìn)行機(jī)床切削精加工。

左機(jī)殼鑄件需要鉆出2個(gè)Φ4.5 mm底座機(jī)架安裝孔、切除澆口錐形余料、將帶脫模斜度的二軸承室車和留有切削余量的止口至圖1尺寸， 因而具備一套底座機(jī)架安裝孔鉆夾具和機(jī)殼車夾具很重要。

2.1機(jī)殼底座機(jī)架安裝孔鉆床夾具結(jié)構(gòu)分析

圖5為相應(yīng)的鉆夾具，它利用了壓鑄件尺寸一致性好的優(yōu)點(diǎn)，將機(jī)殼中部的8字外形二圓相鄰部分作為定位（鉆模板4定位腔體用線切割割出，與機(jī)殼鑄件5相應(yīng)部分配作，間隙0.08）。該鉆夾具的特點(diǎn)是采用機(jī)殼外形兩個(gè)Φ68偏心圓的相鄰部分圓周面與鉆模板相應(yīng)部分形成間隙配合，該定位方式等同于一面兩銷定位，最后僅剩的一個(gè)軸向軸向自由度被手指捏緊消除。特別指出的是這種定位夾緊方式廣泛應(yīng)用于小型鉆削件的加工。

圖5：底座機(jī)架安裝孔鉆床夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

1.擋板 2.緊固螺釘 3.鉆套 4.鉆模板 5.機(jī)殼鑄件

2.2機(jī)殼車夾具結(jié)構(gòu)分析與工作原理

2.2.1機(jī)殼零件加工性分析

為了切除鑄件澆口廢料并將機(jī)殼壓鑄件（精度為IT10）兩處軸承室和一處止口的精度提高至IT7，合理的方案是在兩處軸承室和止口處留0.5mm的車削余量，通過(guò)車或銑加工的方式達(dá)到該精度，但因端蓋的兩個(gè)軸承室孔為偏心孔，必須依托一套機(jī)床夾具完成加工。

基于夾具設(shè)計(jì)所遵循的原則，應(yīng)保證一次裝夾完成盡可能多的加工要素。若考慮在加工中心上完成上述操作，為了在機(jī)殼背面完成中心澆口錐柄切除則必須使用兩套銑夾具，且鋸片銑刀切澆口錐柄既不順手切面又不美觀。

2.2.2車夾具結(jié)構(gòu)與工作原理分析

圖6：帶減速箱端蓋車床夾具

1.快速夾具 2.法蘭盤 3.矩形限位快 4.緊固螺釘 5.夾具母體 6.壓緊塊 7.定位銷 8.壓塊螺釘 9.墊圈、圓柱頭內(nèi)六角螺釘 10.機(jī)殼鑄件11.圓柱銷12.菱形銷

圖6為機(jī)殼車夾具。機(jī)殼上半部孔作為車加工的初始位置位于車床主軸中心，機(jī)殼以其底座的2-Φ4.5 mm孔一面兩銷定位于夾具母體5（見圖7）的A面；推動(dòng)緊固于夾具母體5大平面上的快速夾具1的手柄至垂直位置，此時(shí)聯(lián)接于快速夾具1下壓桿的壓緊塊6下行壓緊機(jī)殼零件的上Φ68 mm圓弧面，至此機(jī)殼零件的自由度被限制；利用外圓刀和鏜孔刀（圖6右側(cè)的刀1）、刀2））分別車出左機(jī)殼的Φ64 mm外止口（若是右機(jī)殼，就先車平外止口再按圖用盲孔鏜刀車出內(nèi)止口）。

圖7

首先拔出與夾具母體5和法蘭盤2均為間隙配合的定位銷7，扳轉(zhuǎn)法蘭盤2（圖8）至快速夾具1手柄垂直向下位置，擰松（約2-3牙）兩個(gè)圓柱頭內(nèi)六角螺釘9，在重力作用下，夾具母體5依托背面的T型滑塊沿法蘭盤2的T型槽滑動(dòng)直至碰到緊配于法蘭盤2邊緣的矩形限位塊3（圖8中E面，起限位作用），夾具母體滑移到位，此時(shí)機(jī)殼下半部軸承孔軸線與車床主軸中心吻合，原位插入定位銷7并擰緊兩個(gè)圓柱頭內(nèi)六角螺釘9；啟動(dòng)車床以Φ18麻花鉆3鉆通下孔，中心澆口錐柄隨之自動(dòng)脫落（但邊緣殘留有飛邊余料）；調(diào)用鏜孔刀1粗、精鏜孔至Φ20₀^+0.015；調(diào)用內(nèi)溝槽刀4穿過(guò)Φ20₀^+0.015孔（不得碰壁）使刀尖與機(jī)殼左端面平齊，橫向退刀2 mm便可輕松切除澆口殘留飛邊余料。

圖8：法蘭盤

扳轉(zhuǎn)法蘭盤2至快速夾具1手柄垂直向上位置，向外拉動(dòng)快速夾具1手柄到底，壓緊塊6即刻脫離機(jī)殼約20 mm，朝上從2-Φ4.5 mm銷上拔出已完成車削的機(jī)殼，同理裝上待車新機(jī)殼，推動(dòng)快速夾具1的手柄至垂直向上位置以便鎖緊機(jī)殼；同理可先鉆、車削半部軸孔及切除澆口殘留飛邊余料，停車后扳轉(zhuǎn)法蘭盤2至快速夾具1手柄垂直向上位置，拔出定位銷7，擰松（約2-3牙）兩個(gè)圓柱頭內(nèi)六角螺釘9，在重力作用下，夾具母體5依托背面的T型滑塊沿法蘭盤2的T型槽下滑直至B面貼合于法蘭盤2的D面，夾具母體滑移回復(fù)到位，機(jī)殼上半部軸承孔軸線與車床主軸中心吻合，原位插入定位銷7并擰緊兩個(gè)圓柱頭內(nèi)六角螺釘9；啟動(dòng)車床重復(fù)上述循環(huán)。值得注意的是，定位銷和菱形銷在配入夾具母體5時(shí)，必須符合菱形銷短軸方向與兩銷中心線處于共線的位置要求，以最大限度地適應(yīng)機(jī)殼的套入。

2.3特點(diǎn)分析

采用一面二銷定位、快速夾具夾緊、T型槽滑動(dòng)調(diào)整偏心距、剛性限位的車夾具精度高、操作簡(jiǎn)便，拓展了偏心件精加工的傳統(tǒng)思路，提供了多孔加工時(shí)平穩(wěn)可靠的切換與限位的全新方法。機(jī)殼底座2-Φ4.5 mm安裝孔用鉆夾具鉆出，一致性好，具備一面二銷定位的基本條件。選用了現(xiàn)成而廉價(jià)、規(guī)格齊全的快速夾具（GH-36060），在滿足夾具功能要求的前提下，極大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)、制造環(huán)節(jié)。將這種非標(biāo)部件巧妙地應(yīng)用于夾具實(shí)體實(shí)屬獨(dú)到之舉。用左機(jī)殼壓鑄件車出右機(jī)殼，不僅節(jié)省了一套壓鑄模和一套車夾具，更提高了生產(chǎn)效率。

3.結(jié)語(yǔ)

對(duì)壓鑄生產(chǎn)而言，為提高其在整機(jī)裝配中所必須達(dá)到的精度，著力研究壓鑄件的后續(xù)處理尤其是提升某些關(guān)鍵要素的尺寸精度至關(guān)重要，因而巧妙合理地運(yùn)用好機(jī)床夾具這一有效手段不失為最經(jīng)濟(jì)最快捷的工藝方案。

作者：成立
蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院精密制造工程系

來(lái)源：特種鑄造雜志