花型镂空环形板材挤压成型结构件

　　日常做结构设计时，这类环形板材件的应用场景其实覆盖得很广，小到轻工生产线的物料承托工位，大到小型设备的端盖装饰与限位组合件，都能见到类似结构的身影。很多刚入行的设计师做这类件时容易陷入两个误区，要么直接用整块环形板切割，浪费材料不说，边缘应力集中的问题很难处理；要么把镂空造型做的过于复杂，后续挤压成型时脱模难度陡增，批量生产的良率根本上不去。

　　这次做这个花型环形件的时候，首先敲定的是挤压成型的工艺路线，毕竟板材类的等截面结构用挤压做，生产效率比铣削加工高太多，材料利用率也能提上来。先确定整体的环形基准，内孔的尺寸要匹配对应工位的转轴穿过需求，不能留太大间隙不然运转时会出现径向窜动，也不能做的太紧，不然装配时热胀冷缩的余量没留够，低温环境下容易出现抱轴的问题。外圆的尺寸要卡在安装位的限位槽边界内，单边留0.1mm的安装间隙，保证装进去之后不会出现周向晃动。

　　造型上的花型镂空不是单纯做装饰用，每一处内凹的弧面都是顺着挤压料流的方向做的顺滑过渡，没有直角拐点，这样挤压的时候材料流动不会出现滞流区，成型后的件内部应力分布更均匀，后续使用时不容易出现应力开裂的问题。而且这种花瓣式的镂空结构，在保证整体环形刚度的前提下，能减掉近三成的板材重量，对于需要随转轴做低速转动的工位来说，转动惯量能降不少，配套的驱动负载也能对应选小一个规格，整套机构的成本能压下来。

　　做三维建模的时候，先画好内外圆的基准草图，再把花型的轮廓线用样条曲线顺接，每一段弧的曲率都做连续检查，避免出现曲率突变的位置，不然挤压模具的对应位置很容易出现磨损集中，模具寿命会打折扣。然后用凸台挤压的特征直接生成主体，厚度方向的尺寸要根据承载需求算，承托轻量物料的话厚度不用做太厚，要是需要作为限位隔垫使用，厚度就要对应调整，保证受压之后的变形量在允许的公差范围内。

　　实际装配的时候，这个件的端面要做平整处理，不能有翘曲，不然和相邻的垫片或者轴承端面贴合的时候会出现间隙，运转时间长了容易出现磨损异响。边缘的位置做了小的倒角，一方面是去除挤压后的毛刺，避免装配时割手，另一方面也能引导件顺利卡进安装槽里，不用额外修配。很多人做这类件容易忽略安装边界的校验，做完模型直接投产，结果到现场装的时候发现外圆和周边的固定件有干涉，其实建模的时候只要把周边的安装环境做个简化的占位模型，做个干涉检查就能避免这类问题。

　　另外这种挤压成型的板材件，后续如果需要做表面处理，比如喷塑或者阳极氧化，镂空的结构也能让处理液更好的流通，不会出现积液的问题，表面处理的均匀度比整板结构好很多。在轻工包装线的物料承托转盘上，这类带镂空的环形盘还能漏过生产线上的细小碎屑，不会积在盘面上影响物料放置的平整度；在小型家电的内部结构里，这种造型的件还能兼顾通风散热的作用，气流可以顺着镂空的位置流通，带走内部元件产生的热量。

　　设计的时候还要考虑挤压模具的加工可行性，花型的每个弧面的半径不能太小，不然模具加工时刀具够不到，还要做电极打火花，成本会涨不少。这次的造型每个内凹弧的半径都控制在常规铣刀能加工的范围内，模具不用做特殊工艺处理，开模成本能控制在合理区间。壁厚全程做等厚处理，没有出现壁厚突变的位置，挤压成型的时候不会因为冷却速度不一致出现变形，成型后的件平面度能很好的保证，不用后续额外做校平工序，省了一道加工步骤。

　　很多新手做这类结构时总喜欢加很多额外的特征，比如在盘面上加各种安装凸台，其实完全没必要，这类挤压件的核心就是等截面，只要截面形状确定，长度方向可以任意裁切，通用性很强。如果确实需要安装位，可以在后续裁切之后单独做钻孔或者攻丝处理，不用在挤压截面上做特殊结构，不然会大幅提升挤压的难度。这个环形件的截面形状是完全对称的，挤压的时候出料不会出现偏载，模具的受力也更均匀，长期生产的稳定性更好。

　　从受力角度分析，环形结构本身的抗扭刚度就比直板结构好，加上花型的加强筋式的轮廓连接内外环，整体的抗变形能力比同重量的整板环形件还要好，承受径向载荷的时候，力能顺着花型的弧面均匀分散到整个环体上，不会出现局部应力过大断裂的问题。做有限元校验的时候，给盘面施加额定的均布载荷，最大变形量出现在内孔边缘，数值远小于材料的许用变形值，安全系数留的足够，日常使用不会出现塑性变形。