淺析一體式水冷電機殼用鋁合金擠壓型材的優勢

王東升，蔣 華，張洪海

（1.忠旺（遼陽）鋁模板制造有限公司，遼寧遼陽 111003；2.遼寧忠旺集團有限公司，遼寧遼陽 111003）

0 引言

鋁合金延展性好、比重小，用其制成的電機殼具有重量輕、散熱好、表面光潔、耐腐蝕等優點，深受市場歡迎。特別是隨著新能源汽車的推廣，工信部能耗標準的提高，整車輕量化顯得越來越必要，而電機作為新能源汽車傳統三大關鍵零部件之一，有望依靠減輕電機殼重量進而提高質量功率密度。因此，鋁合金在新能源汽車電機上得到了廣泛應用。

目前鋁合金電機殼因水道結構的特殊性，多采用低壓鑄造的加工方式。隨著鋁合金型材擠壓加工技術的成熟，特別是它解決了鑄造形成的材料致密度差、容易產生氣孔、砂眼等缺陷問題[1]，因此擠壓電機殼市場份額有望逐步提高。

1 水冷電機殼結構

水冷電機的技術難點在于冷卻水道的結構設計，目前主流的水路布置方案大致分為籠式結構、Z 字型結構和螺旋結構。其中只有Z 字型水道結構的機殼適合采用鋁合金擠壓型材加工，在設計過程中主要考慮流速、水阻、壓強、溫度來計算水道的具體參數，并通過CFD 軟件仿真驗證。

1.1 鑄造水冷電機殼

原方案中水冷電機殼采用鋁合金鑄造工藝，包括內外筒型殼體，產品笨重，達10.3kg。在殼體之間布置有螺旋結構水套，通過橡膠密封圈或者打密封膠的方式封閉。由于內外殼體結構不同，需投入兩套模具。內外殼需合裝為一個完整的閉合水路，要求殼體之間配合精度準確，需機械加工保證，一般來說成本偏高。

1.2 擠壓水冷電機殼

隨著金屬擠壓技術的成熟，采用鋁合金型材作電機缸體的廠家也逐年增多。經結構設計，采用型材的電機殼結構主要包括：缸體、前端蓋、后端蓋、密封鋁環以及冷卻水管接頭部分。產品凈重8.4kg，如圖1 所示。其中電機缸體采用6063-T5/T6 鋁合金材料，通過擠壓機熱擠壓成型。前后端蓋為鑄造件，安裝時分別用8 顆M8 的螺栓連接固定到缸體。

圖1 擠壓水冷電機殼結構圖

電機缸體橫截斷面比較規則，很適合選用鋁合金一體式擠壓成型。如圖2 所示，Ⅰ號端面處于同一平面，作為殼體與密封鋁環的配合面，Ⅱ號端面通過機加低于Ⅰ號端面，使相連水道之間串聯貫通，再通過攪拌摩擦焊的方法使其形成封閉水道。一體式水道通常無內外殼之分，缸體是一個整體，將水道型腔擠壓在機殼內，與螺旋結構電機殼相比，減少了中間配合，加工精度要求也相對較低，氣密性失效風險小，加工成本低[2]。

圖2 鋁合金電機缸體結構圖

1.3 擠壓和鑄造電機殼的技術特點比較

目前電機殼的主要生產加工方式包括擠壓和鑄造，技術特點各有優劣，但總體而言擠壓成型的電機殼重量輕，節省成本更突出。現將擠壓和鑄造電機殼的技術特點作如下比較，詳見表1。

2 電機缸體用鋁型材的擠壓工藝及優勢

2.1 電機缸體用鋁型材的擠壓工藝

將鋁合金圓鑄錠加熱后，在高溫狀態下從模具出口將其擠壓成型為需要的形狀，再經過淬火和調直，并進行定尺鋸切然后進行時效的過程，其工藝流程如圖3 所示。

圖3 擠壓工藝流程圖

2.2 電機缸體用鋁型材的工藝要求

電機缸體用鋁型材工藝要求如下：

（1）鋁型材內部組織不允許有沙孔和氣泡，外露正面的沙孔或氣泡直徑≤0.5mm，在25cm2內不多于2 個。

（2）鋁型材外露正面斑點直徑≤2mm，在25cm2內不超過2 個。

（3）鋁型材外露正面劃傷方向沿鋁型材長度方向的劃傷長度≤50mm，正面允許深度≤0.2mm，寬度≤0.1mm，遮蔽位置允許有深度≤0.3mm，寬度≤0.2mm 的劃傷，每米范圍內劃傷數不多于2條，且相距500mm。

（4）上述各類缺陷總和面積不超過鋁型材表面積的5%。

（5）鋸切的鋁型材矯直后同心度≤0.02mm，且不允許型材表面有裂縫。

2.3 電機缸體用鋁型材的工藝優勢

電機缸體用鋁型材的工藝優勢如下：

（1）缸體毛坯能夠快速成型。擠壓加工可以充分利用鋁合金的塑性，使坯材最大可能接近缸體形狀，減少后序的切削加工。

（2）產品覆蓋面大。擠壓加工通過切換不同的擠壓模具，可以生產不同截面形狀的缸體。

（3）生產設備投入少。缸體擠壓只需投入一定噸位的擠壓機，擠壓模具和工裝夾具。

（4）容易實現批量化和平臺化生產。擠壓加工可以高效、快速生產出尺寸精度一致的產品，其生產的型材可以根據產品不同需求長度進行截取，對于同平臺開發的多款產品，不需要開多幅模具[3]。

（5）擠壓加工能減少材料浪費。與切削加工相比，可以嚴格控制材料在生產過程中的使用量，節省成本。

（6）缸體用擠壓鋁型材相比壓鑄來說，輕量化更加突出。

3 結語

本文重點介紹了鋁合金型材用作電機缸體，通過擠壓工藝實現了電機水道和外殼的一體化成型，在保證質量檢驗要求下減輕了缸體重量，打破了電機外殼依靠鑄造的傳統工藝，其優勢突出，輕量化明顯，適合電機大批量、平臺化生產，具有一定的生產價值和社會意義。