新能源汽車鋁合金電機殼前端蓋的工藝優化

郝長順，梁祎迪，盧德寶，郝 陽，劉岐治，李勝君，刁登航

（1.遼寧沿海精密裝備有限公司，遼寧營口 115009；2.新泰（遼寧）航天精鑄有限公司，遼寧營口 115009；3.新程（營口）精密設備有限公司，遼寧營口 115009）

新能源汽車被視為緩解能源消耗及環境問題的重點項目，成為戰略性新興產業的一個重點發展目標[1]。電機殼前端蓋（見圖1）是某新能源汽車電機的重要零件。

圖1 前端蓋鑄件

鑄件材質為ZL101A,質量4.5kg。法蘭及中心通孔處加工，加工面表面粗糙度Ra6.3μm，非加工面拋丸處理，鑄件不允許有冷隔、裂紋、縮孔和穿透性缺陷。在鑄造過程中預安裝嵌件，嵌件材質：45#鋼。鑄件最大尺寸372mm，整體壁厚4mm，法蘭壁厚21mm，中心通孔處壁厚16mm，壁厚差較大，很難實現順序凝固。同時鑄件整體壁厚較薄且有網格筋結構，不利于排氣和氧化渣的上浮。

1 原工藝方案

原方案根據同類產品設計經驗，采用金屬型重力傾轉鑄造，傾轉過程可減小鋁液進入型腔的落差，減少飛濺和紊流。在鑄件頂端設置頂冒口，兩側設置邊冒口，邊冒口與鑄件厚壁法蘭處設置縫隙澆道，原工藝方案見圖2。

圖2 原工藝方案

對原方案進行模擬，充型過程如圖3 所示。隨著模具的傾轉，鋁液進入型腔。傾轉18°時，充型末端的氣體和液面前端的氧化渣需要通過型腔上浮返回頂冒口，由于型腔區域壁厚較薄，凝固時間較短，型腔內的氣體和氧化渣不能順利上浮至頂冒口中，而會殘留在型腔內，使鑄件產生氣孔和夾渣的缺陷。

圖3 原方案傾轉過程

凝固過程如圖4 所示。t=12s 時鑄件開始凝固，t=300s 時鑄件完全凝固。鑄件法蘭及中心通孔處是熱節區域。t=55s 時中心通孔處尚未凝固，而四周薄壁區域已經凝固，補縮通道中斷，中心熱節處形成封閉的液相區域，中心通孔處易形成縮松缺陷。

圖4 原方案凝固過程

2 方案優化

從模擬結果可知，鑄件薄壁處熱量散失較快，凝固后阻斷了補縮通道。由于薄壁處不加工且有網格筋結構，無法設置補貼來實現中心熱節處與頂冒口的順序凝固，只能在中心熱節處設置側冒口補縮。

而充型時型腔由水平傾轉至豎直，冒口在鑄件水平一側，沒有重力提供補縮壓力，鋁液不會順利流向被補縮部位，不易達到良好的補縮效果。為解決補縮壓力的問題，將充型過程調整為由豎直傾轉為水平的方式，使鑄件傾轉完成后可利用重力補縮。原方案頂冒口、邊冒口調整為五處腰形冒口，對鑄件厚壁區域補縮的同時，減小了冒口總體積，大幅度提高了工藝出品率，優化方案見圖5。

圖5 優化方案

2.1 優化方案模擬

對優化后方案進行模擬，充型過程見圖6。型腔由豎直傾轉為水平，隨著傾轉角度的增大，鋁液由底側平穩地進入型腔，液面前端最終進入冒口，氣體和氧化渣可經由冒口排出。由傾轉過程可見，已經充型區域與未充型區域分界明顯，無相交部位，減少了紊流的出現。

圖6 優化方案傾轉過程

凝固過程見圖7，在凝固期間，冒口和被補縮部位之間始終存在補縮通道，擴張角向著冒口[2]，且傾轉后冒口中的鋁液可在重力作用下補縮，原方案中的縮松缺陷得到解決。

圖7 優化方案凝固過程

2.2 生產驗證

經生產驗證，鑄造表面質量良好，經X 射線探傷及加工后均無鑄造缺陷。原方案鑄件帶澆注系統20.5kg，工藝出品率為22%，優化方案鑄件帶澆注系統9kg，工藝出品率為50%，大幅度提高了工藝出品率。優化方案生產的鑄件見圖8，加工后成品見圖9。

圖8 優化方案生產的鑄件

圖9 加工后成品

3 結論

優化工藝方案，在新能源前端蓋中心設置側冒口，并將傾轉方式由豎直傾轉至水平，調整為由水平傾轉至豎直，使鑄件傾轉完成后可利用冒口重力補縮，解決了鑄件中心處的縮松問題，同時也減少了氣孔和夾渣缺陷，提高了鑄件質量和工藝出品率。