摘要：機殼是手搖發電機的重要結構零件，適合生產率較高的壓鑄生產，采用中心澆口進料方式所成形的鑄件致密度高。針對二處軸承室和止口留有加工余量且外形不規則的機殼鑄件，可經車削加工方法滿足左機殼與右機座內外止口、軸承與軸承室的精度配合要求。

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

1. 機殼結構分析、壓鑄模結構、工作原理和特點分析

1.1.機殼結構分析

(a) 手搖發電機左機殼零件圖   (b) 手搖發電機右機殼零件圖

圖1：手搖發電機機殼零件圖

圖1是手搖發電機機殼零件圖。左、右機殼按Φ64 mm止口組裝為一體。機殼有上下兩個軸孔，機殼內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緊配帶稀土磁鋼的外轉子，上孔軸兩端伸出機殼外30 mm,以便分別安裝方孔搖手柄。值得關注的是當完成裝配左、右端蓋合攏時,上下二軸起到一面二銷的定位效果，此時左右端蓋已無相對活動的自由度，在側面的4-Φ4.5 mm孔中塞入4個M4螺釘反面鎖上螺母即可。

1.2.模具結構

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

圖2：左（右）機殼壓鑄模

1. 動模底板 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導套12.定模板 13、23.導柱 15.手搖軸軸承室型芯 16.動模型芯 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.復位桿 25.動模型芯固定板 26.動模蓋板 28.推板導柱 29.推板導套

由圖1可知，機殼零件呈8字形。從圖2看出，若將動模型芯16左側固定端設計成傳統的臺階形，那么銑刀加工81 mm長的型芯必定會因剛性不足而讓刀，導致出現錐度使尺寸超差而無法裝配，利用圖3 結構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。將機殼4-Φ4.5安裝孔型芯18設置在定模，既改善了動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推出，見圖4。

圖3：動模型芯

圖4：定模型腔

1.3模具工作原理

將鋁合金液(YL102)從J1113B臥式壓鑄機冷壓室加料口注入，在壓射沖頭推進下進入螺旋槽澆口套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，經過增壓冷卻后開模，在澆口套內壁3條7°斜槽反作用下，澆口套內余料與包緊在動模型芯16上的鑄件共同實施反向力，導致機殼鑄件強度最薄弱的內澆口Φ8 mm處發生斷裂，Ⅰ-Ⅰ分型面首先被打開；繼續開模Ⅱ-Ⅱ分型面被打開，依托動模型芯16的包緊力，4-Φ4.5 mm型芯脫離機殼鑄件，啟動壓鑄機頂出缸，14根推桿可順利推出鑄件并取件，再次啟動壓射缸，以便壓射沖頭高速推動螺旋澆口套內的鋁合金余料，使其在Ⅰ-Ⅰ分型面沿上述7°斜槽脫落掉地。重復上述操作,可進入下一個壓鑄循環。

特別指出的是,用好中心澆口的關鍵是如何運用最簡單的機構確保在開模后使壓室余料和直澆道在內澆口處順利斷裂，其中拉斷機構中螺旋槽澆口套是最廉價最簡捷的，并且螺旋角度值及螺旋槽深度的確定對成功與否至關重要。

1.4 特點分析

左、右機殼套用同一套模具，在后道車削加工中巧妙地將左機殼改車成右機殼，從而節省了一套壓鑄模具；機殼底部的2-Φ4.5 mm整機安裝孔采用鉆夾具鉆出，這樣的工藝既避免模具復雜的抽芯機構，又提升了機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，省去了機殼壓鑄件軸承室車削時的倒角工序。

2. 機殼鑄件鉆、車夾具結構與工作原理、特點分析

為了使鑄件軸承室和止口精度達到圖紙要求并且保證左、右機殼內安裝軸承和上下軸等零部件后能順利吻合裝配，必須對機殼鑄件的這些關鍵部位進行機床切削精加工。

左機殼鑄件需要鉆出2個Φ4.5 mm底座機架安裝孔、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架安裝孔鉆夾具和機殼車夾具很重要。

2.1機殼底座機架安裝孔鉆床夾具結構分析

圖5為相應的鉆夾具，它利用了壓鑄件尺寸一致性好的優點，將機殼中部的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，與機殼鑄件5相應部分配作，間隙0.08）。該鉆夾具的特點是采用機殼外形兩個Φ68偏心圓的相鄰部分圓周面與鉆模板相應部分形成間隙配合，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用于小型鉆削件的加工。

圖5：底座機架安裝孔鉆床夾具結構簡圖

1.擋板 2.緊固螺釘 3.鉆套 4.鉆模板 5.機殼鑄件

2.2機殼車夾具結構分析與工作原理

2.2.1機殼零件加工性分析

為了切除鑄件澆口廢料并將機殼壓鑄件（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，通過車或銑加工的方式達到該精度，但因端蓋的兩個軸承室孔為偏心孔，必須依托一套機床夾具完成加工。

基于夾具設計所遵循的原則，應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車夾具結構與工作原理分析

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、圓柱頭內六角螺釘 10.機殼鑄件11.圓柱銷12.菱形銷

圖6為機殼車夾具。機殼上半部孔作為車加工的初始位置位于車床主軸中心，機殼以其底座的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，此時聯接于快速夾具1下壓桿的壓緊塊6下行壓緊機殼零件的上Φ68 mm圓弧面，至此機殼零件的自由度被限制；利用外圓刀和鏜孔刀（圖6右側的刀1）、刀2））分別車出左機殼的Φ64 mm外止口（若是右機殼，就先車平外止口再按圖用盲孔鏜刀車出內止口）。

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）兩個圓柱頭內六角螺釘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，此時機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并擰緊兩個圓柱頭內六角螺釘9；啟動車床以Φ18麻花鉆3鉆通下孔，中心澆口錐柄隨之自動脫落（但邊緣殘留有飛邊余料）；調用鏜孔刀1粗、精鏜孔至Φ20₀^+0.015；調用內溝槽刀4穿過Φ20₀^+0.015孔（不得碰壁）使刀尖與機殼左端面平齊，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

扳轉法蘭盤2至快速夾具1手柄垂直向上位置，向外拉動快速夾具1手柄到底，壓緊塊6即刻脫離機殼約20 mm，朝上從2-Φ4.5 mm銷上拔出已完成車削的機殼，同理裝上待車新機殼，推動快速夾具1的手柄至垂直向上位置以便鎖緊機殼；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）兩個圓柱頭內六角螺釘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，夾具母體滑移回復到位，機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并擰緊兩個圓柱頭內六角螺釘9；啟動車床重復上述循環。值得注意的是，定位銷和菱形銷在配入夾具母體5時，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，以最大限度地適應機殼的套入。

2.3特點分析

采用一面二銷定位、快速夾具夾緊、T型槽滑動調整偏心距、剛性限位的車夾具精度高、操作簡便，拓展了偏心件精加工的傳統思路，提供了多孔加工時平穩可靠的切換與限位的全新方法。機殼底座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。選用了現成而廉價、規格齊全的快速夾具（GH-36060），在滿足夾具功能要求的前提下，極大簡化了設計、制造環節。將這種非標部件巧妙地應用于夾具實體實屬獨到之舉。用左機殼壓鑄件車出右機殼，不僅節省了一套壓鑄模和一套車夾具，更提高了生產效率。

3.結語

對壓鑄生產而言，為提高其在整機裝配中所必須達到的精度，著力研究壓鑄件的后續處理尤其是提升某些關鍵要素的尺寸精度至關重要，因而巧妙合理地運用好機床夾具這一有效手段不失為最經濟最快捷的工藝方案。

作者：成立
蘇州工業職業技術學院精密制造工程系

來源：特種鑄造雜志