精密铸造铝合金电机壳体的开发及100家生产企业汇总

 本论文以某新能源汽车电机壳体为例，利用模拟软件对其压铸过程进行模拟以缩短该产品的开发周期，并结合试制和试生产阶段的问题进行分析和改善。

      汽车电机壳体压铸零件如图1所示。该零件轮廓尺寸为459mm×275mm×281mm，压铸件重量为8.675kg，平均壁厚为4mm，投影面积为90296mm²，铸件材质ADC12铝合金。该铸件有多处的厚壁热节部位（图1圈位置），易造成缩孔；要求产品表面无毛刺飞边及压铸缺陷；所有尺寸符合图纸以及装配要求，特别是平面度以及定位孔位置度必须满足图纸的要求；内部大腔、轴承孔等部位，不能出现气孔、缩孔、疏松等缺陷，以免降低产品机械强度；并且产品要求气密性试验，具体气密性要求为：试漏压力200kPa，允许泄漏量<5ml/min。

      该零件在2700T（IDRA）卧式冷压室压铸机上生产，该压铸机配有世界先进的压射控制和工艺监控系统。

      在开发本产品的过程中，为了缩短开发周期，使用压铸模拟分析软件进行工艺分析。由于产品电机壳体部分内部质量要求相对高且壁厚相对大轴承孔位置厚，故而采用铸件竖起来由电机壳侧进浇方式而不是常见的铸件水平摆放整体进浇，预设计浇注 - 排溢系统进行模拟。采用三种方案，如图2所示，方案1为两侧进浇，方案2为左侧进浇，方案3为右侧进浇。

 

      图3为3种不同方案在压射填充时间2.61s、型腔填充率为68%时的状态。从模拟效果得出，方案1在电机壳大圆位置存在卷气（图3标注圈），由于该位置为关键位置，不允许存在气孔，所以该方案不采用。

 

      图4为3种不同方案在压射填充时间2.63s、型腔填充率为82%时的状态，从模拟效果证实，方案2与方案3卷气主要集中在铸件填充末端且其他关键位置卷气较少（图4方案2和方案3上部两个标注圈），又因为方案3铝液填充时温度场过于不均衡（图4方案3内下部圈内，圈内温度区间从580C°~630C°），所以选择方案2。

 

      针对方案2铸件填充末端气孔进行模拟分析，在方案2主浇道上把内浇口拉宽13mm（见图5），增强该处进浇位置处的铝料，让铝液填充更平稳。同时加大填充末端集渣包容积。

      模拟分析图4的结果表明：

1）产品气孔位置为入料口最远端，这种位置容易形成冷料集聚；

2）产品水尾部位为不同方向铝液交汇处，容易形成卷气，造成内部气孔。虽然该铸件采用了抽真空辅助成型技术且气孔位置靠近排气块，但排气块间隙过小容易形成排气不足而造成铸件填充末端冷料汇聚与气孔缺陷。

      针对铸件冷料集聚与气孔缺陷，解决的措施为：

1）加大铝液流向该位置的内浇口面积，让铝液填充更平稳；

2）增加该位置集渣包的体积，使集渣包容纳更多的冷料。

      

      该两种方法都是在模具上减料，加大内浇口面积可以通过加宽该内浇口来达成；加大渣包同样可以通过加大渣包的宽度和厚度来达成。由于该两个措施都易于达成，将这两个方法同时采纳。

      该铸件采用方案2制造模具，压铸试制出现了电机壳大圆位置夹层缺陷，针对该夹层分析原因如下：

1）分型线间隙不合理，披缝残留；

2）高速开始位置选择过晚，铝液慢速阶段时间太长导致铝液表层过早形成薄壳层，高速时卷入成为夹层；

3）铝液成分不良。

      针对分型线间隙不合理，披缝残留采取措施：

1）重新配模让分型线紧密配合，使产品在分型线位置没有披缝形成；

2）在模具分型线位置倒一个圆角（图6左下圆位置），开模时让披缝不被拉断并随产品取出（如图6右圆所示）。方法1成本过高暂不采用。

 

2）加料时必须清理浮渣；

3）炉渣清理；

4）料勺加盖板。

 

      按照上述措施优化分型线披缝，调整高速起点位置和慢速速度，加强对铝液成分的控制后，进行跟踪验证，电机壳大圆位置夹层得到很大改善。

      通过对铝合金电机壳壳体的压铸试制及改善过程，结果表明：数值模拟为铝合金压铸件的前期改善提供了有力的保证，在铝液的充型过程、气压、流态、交汇位置都有直观的显示，为改善进浇方式提供了有力的依据；同时数值模拟为缺陷改善提供了良好的参考方向，缩短了产品开发时间；经过对电机壳压铸产品缺陷种类及位置的统计，识别出主要的缺陷，针对主要的缺陷进行专题改善，可以集中力量改善工艺方面的问题；采用提高模具的制造精度、减少分型位置的尖角，同时提高慢速阶段的速度，可以改善产品因为在料筒、模具内部冷却而产生的夹层。