电钻机壳压铸模的设计制造

J1Z- SD05-13A电钻是上海日立电动工具有限公司国内市场的主流产品之一。由于这种电钻的机壳零件采用了特种铝合金材料，故在我国华北几东北地区特别受欢迎。目前电动工具机壳材料普遍采用工程塑料，像增强尼龙、增强聚碳酸醋等。在北方寒冷的气候条件下，机壳采用工程塑料的电钻合格产品虽都能承受1.8m以下高度的跌落试验，但由于地域、气候、使用习惯和传统观念的影响，北方用户还是更喜欢机壳采用铝合金材料的电钻。

1产品零件的特点

在J1Z- SD05一13A电钻设计中，设计者充分考虑到工具的用途和操作人员的姿势，机壳采用曲线造型结构。机壳本体上除下方有把持手柄外，还在上方、后方设计了二个辅助手柄安装位置，操作人员在使用电钻时，可以借助辅助手柄增加推顶力。

机壳零件材料采用特种铝合金YOIT,铸件重量0.6kg。机壳上有多处侧孔、侧凹;安装定转子的主体与主手柄、辅助上手柄都成11度斜角;机壳铸件装有螺纹嵌件，实现上部辅助手柄与机壳的螺纹联接(见图2)。

图1 电钻外观

图2 电钻外壳示意图

2机壳压铸模设计

2.1传统设计方案

早期类似J1Z一SD05一13A电钻机壳压铸模有用立式压铸机中心浇口进料，型芯、型腔以镶拼为主，这是因为当时的模具加工设备只有车铣刨磨等常规机加工设备，线切割和电火花设备是自已设计制造的土设备。由于设备加工范围和精度的限制，机壳型腔有五大主模块组成(图3)。机壳上部手柄联接处螺纹芯轴安装于动模侧，并配以蜗杆、蜗轮传动系统，合模时，通过蜗杆、蜗轮传动带动螺纹芯前进;当螺纹芯进入型腔后，进行给料压铸;压铸完成，通过蜗杆、蜗轮传动退出螺纹芯，开模顶出铸件。这样设计的模具进行铸件压铸时，必须有专人负责螺纹芯的前进和后退，经济效益当然不能令人满意。

图3 电钻机壳压铸模结构示意图

2.2现模具结构特点

现在的J1Z- SD05- 13A电钻机壳压铸模(图4)，浇注系统和溢流排气系统作了重大调整，采用卧式压铸机侧浇口反弹式进料，在手柄斜碰面上增设溢流排气槽。模具冷却系统是采取在主型芯、浇口头设置特制冷却水管，利用集中供水块循环，利用自来水，这样对控制尺寸精度起了一定作用。压铸时，螺纹嵌件通过定位轴安装在静模靠近操作者一侧，由静模定位销控制安装位置。压铸完毕后，开模定位轴随铸件一同取出，人工旋出定位轴。这样的工艺应该是比较合理的。

图4 机壳压铸模三维示意图

当然该模具镶拼件仍然很多，特别是需要碰平的面多达50多处，有些碰面是斜面加曲面，制造上困难还是不少(图5)。

图5 机壳压铸模装配示意图
1-静模底板 2-静模板 3-静模型腔垫板 4-溢流槽镶件A 5-溢流槽镶件B 6-静模型芯 7-型芯镶件 8-型腔镶件A 9-主型芯 10-型腔 11-成型推杆 12-动模板 13-动模垫板 14-推杆限位件 15-推杆固定板 16-推板 17-动模底板 18-支承柱 19-手柄型芯 20-手柄管型腔 21-型腔镶件B 22-型腔镶件C 23-限位销 24-嵌件定位轴 25-浇口套 25-浇口头

2.3浇注系统分析

铸件壁厚2.5--4mm，重量0.6kg，加上溢流槽、浇道重量0.18kg,最大投影面积为220cm2。根据铝合金液态时的压铸流速快、填充时间短的特点，通过计算，求出的内浇口截面积为120mm2，因此内浇口厚度设计为1.8mm.

以前的中心浇口或普通侧浇口，液态铝合金在填充时直接冲击型腔内壁，流动方向改变，造成能量损失，延缓填充过程。由于压铸中容易出现飞溅现象，使铝合金填充方向紊乱，造成包裹气泡、表面蜗纹，影响铸件质量。由于直接冲击型腔、型芯内外壁，零件磨损快，缩短了模具寿命。采用反弹式侧浇口(图6)，就可以在一定程度上避免以上的问题。同时，根据铸件机壳和手柄壁厚不均匀的情况，调整进浇口大小和方向，有利于机壳零件的压铸。

图6 机壳压铸模型芯零件反弹式浇口示意图

3工艺改进

3.1溢流槽和排气槽的设置

机壳铝铸件壁厚不均匀，形状结构复杂且不规则，模具镶件、斜碰面多，因此在液态铝合金的填充过程中产生局部涡流的部位很多，并且铸件容易产生缩孔、冷隔、气泡等缺陷。我们在布置溢流槽时，主要考虑机壳有装配要求的部位、手柄与机壳主体联接处、双耳手柄支架处。考虑到手柄处型腔、型芯是斜碰面，在分型碰面上，就开设在推杆上。

铸件双耳手柄支架处产生缩孔、冷隔、气泡等缺陷的概率最高，而此处正是产品辅助手柄安装部位，产品在使用时手柄机械受力最大。因此，我们在手柄支架的末端布置溢流槽和排气槽。溢流槽采用扁腰槽形，开设方向与液态铝合金填充方向以及模具开模方向一致，末端是排气槽。由于该溢流槽在机壳型腔深处，残留物去除困难，因此我们在没计中考虑，在模具压铸零件达到一定数量后，在压铸机上，模具合模并拆除机床固定静模部分的螺钉。机床开模后，就可以从静模底板中取出溢流槽镶块，人工去除残留物。

图7 双耳手柄处溢流槽示意图

3.2型芯、型腔的冷却

压铸模的冷却问题一般容易被忽视，铝合金在650℃高温状态下，要实现高效快速的冷却当然不现实，但是进行型芯和浇口头局部的冷却可以产生很好的效果。由于机壳头部安装轴承，轴承档尺寸虽然通过机加工来保证，但是铸件局部的不良应力残留，以及模具零件长期受液态高温铝合金冲击所产生的内应力，会逐渐影响到铸件质量。压铸模关键零件冷却也很重要，为了保证零件强度，我们不采用传统冷却水路系统，而是采用特制冷水管(图8)。零件就是一套简单的冷却循环水路，自来水通过我们自制的集中供水块，分配给模具上所有小型冷却水管，冷却水下进上出，对型芯、型腔、浇口头等重要零件进行局部冷却。