基于UG和Anycasting的鋁合金電機殼壓鑄模設計

侯志杰， 雷書星， 宋曉紅

（大連亞明汽車部件股份有限公司， 遼寧 大連 116046）

0 引 言

電機應用場景廣泛，特別是綠色工業和新能源汽車領域的崛起，電機的需求越來越多。鋁合金電機殼作為電機主要承載和支撐部件，其生產效率和質量都有嚴格的要求，而壓鑄成型電機殼有生產效率高的特點，在相同質量要求下能成型壁厚更薄、質量更輕的鑄件。

1 鑄件分析

某鋁合金電機殼如圖1所示，材料為AlSi12(Fe)，收縮率為0.55%，鑄件外形尺寸為167 mm×161 mm×102 mm，體積為277 cm3，質量為748 g，在（246±16） ℃下熱處理2.0~2.5 h，泄漏要求為50 kPa壓力測試3 s泄漏量30 Pa以下。

圖1 電機殼

鑄件外形主要由兩部分組成，一部分為電機殼主體；另一部分為鏤空法蘭。電機殼主體基本壁厚為6 mm，鏤空法蘭部分厚度為3 mm，預壓鑄孔拔模斜度為1.5°，其余拔模斜度為2°~3°，滿足壓鑄模脫模要求。

2 分型與澆注及排氣系統的設計

成型時電機殼抱緊力較大的一側為內腔成型側，內腔和鏤空法蘭內腔一起成型，若電機殼內腔設計在動模側，成型鑄件推出時需要的推出力較大，且鑄件沒有足夠的強度，也沒有足夠的空間設計推桿，所以將內腔成型設計在滑塊上。

2.1 分型設計

分型設計如圖2所示，定模和動模分型線選擇在電機殼對稱面上，兩側設計滑塊分別成型電機殼的2個法蘭面。流道設計位置如圖2（b）所示，鏤空法蘭遠離流道。鑄件內腔設計在滑塊上成型，通過型芯固定成型鑄件以減小內腔脫模造成的變形，保證鑄件外形輪廓的尺寸精度。

圖2 分型設計

2.2 澆注及排氣系統的設計

內澆口截面積計算：Sa=0.026 8V0.745，其中，V為鑄件和溢流槽體積，cm3。計算得Sa≈202 mm2。

根據內澆口截面積初步選定壓鑄機壓力為3.50×105kN，設計的澆注和排氣系統如圖3所示，在電機殼外形輪廓寬闊區域設計澆口，另一側設計渣包和排氣通道。因渣包和排氣通道結構設計更靈活，故設計在鏤空法蘭側，以滿足壓鑄填充需求，獲得質量更好的鑄件。

圖3 澆注及排氣系統與過橋設計

電機殼鏤空法蘭中間窗口較大，又在填充末端，結構強度薄弱，易造成成型不良，在此處設計過橋結構（見圖3），以加強鑄件強度。

2.3 CAE模流分析

在充型過程中設置粒子，軟件會自動在料液中設定N個點，作為觀察填充過程中料液流動分布情況。粒子不僅可以觀察充型過程的流態，還可以觀察料液撞擊型腔壁后的紊流、渦旋等狀態。

通過Anycasting模流軟件進行模擬分析，填充效果良好，如圖4（a）所示，設置粒子顯示充型過程滿足預期要求；凝固效果如圖4（b）所示，一側法蘭的2個耳朵處有2處熱節，熱節位置在模具結構設計時需重點設計冷卻結構。

圖4 CAE模流分析

3 模具結構設計

使用UG軟件設計的電機殼壓鑄模結構如圖5所示，模架尺寸為700 mm×680 mm×655 mm，推出行程為60 mm。為了保證鑄件氣密性要求，采用抽真空壓鑄，在排氣塊末端設計抽真空結構；為了保證鑄件尺寸精度，模具分型面采用臺階定位分型。

圖5 模具結構

3.1 反推結構設計

電機殼鏤空法蘭側壁厚相對較薄，且無加強筋支撐，容易在滑塊脫模過程中導致成型鑄件變形。滑塊尺寸為210 mm×155 mm×217 mm，滑塊上設計反推結構支撐鑄件2個薄弱處，如圖6所示，滑塊在抽芯時，反推結構頂住鑄件抑制其變形。

圖6 反推結構

滑塊反推結構工作過程：壓鑄生產前，滑塊組件整體進入型腔，反推復位桿9首先與動模型芯11接觸，在動模型芯11的帶動下，反推復位桿9帶動反推結構向左運動，反推推板3、反推固定板4、推桿5、8在反推導柱7的導向作用下平穩向左運動并壓縮彈簧2，直到滑塊組件10進入型腔。

壓鑄生產完成后，滑塊組件10和動模型芯11整體向右運動，在彈簧2的作用下，反推復位桿9仍然和動模型芯11接觸，此時推桿5、8相對于動模靜止，起支撐鑄件作用，實現滑塊組件10脫模過程中反向頂住成型鑄件，直到滑塊組件10抽芯距離足夠大時，反推結構和滑塊組件10再同時向右運動。

3.2 冷卻系統設計

冷卻系統如圖7所示，定模和動模分別設計循環冷卻水路各1組，模溫油管各1組，模溫油管用于平衡模具溫度，模溫油管內循環約150 ℃的模溫油，在壓鑄前能給模具升溫，在壓鑄過程中又能帶走鑄件凝固釋放的熱量；定模和動模還設計高壓點冷水管各1組，滑塊1（見圖2）設計高壓點冷水管3組，滑塊2（見圖2）設計高壓點冷水管7組，高壓點冷是一種局部冷卻方式，壓鑄后，高壓點冷水管先通高壓水給模具局部降溫，再通高壓氣體吹走高壓水，避免模具局部過冷。其中定模高壓點冷水管2和動模高壓點冷水管5對應CAE凝固分析中熱節區域。

4 設計中需注意的問題

CAE模擬分析鑄件凝固過程存在2處熱節，分別在動模和定模相應位置設計高壓點冷，以改善凝固效果。鑄件法蘭鏤空面積大，且充型末端成型時存在強度弱和充型不良等風險，通過設計過橋和異形渣包結構，改善充型和鑄件內部質量的同時增強鑄件的強度。

鑄件法蘭鏤空處在脫模過程中容易產生變形，設計反推結構，在滑塊脫模過程中抑制鑄件法蘭的變形。反推結構的推板和推桿固定板及反推導柱有滑動導向定位作用，選用H13材料，熱處理硬度46~50 HRC，并氮化處理，確保反推結構的穩定性和可靠性。

型芯表面氮化處理或增加特殊的表面涂層（如氮鋁化鈦、合金HC-FC系列）以減少沖蝕，增加高壓點冷以增加冷卻效果，減少成型鑄件粘模和沖蝕。

反推結構中可以增加調節螺釘，壓鑄模使用壽命一般為10萬模次左右，彈簧按照50~100萬模次的使用范圍選擇，該模具可以不設計調節螺釘；另外滑塊體積較小，拆卸更換方便。

5 結束語

通過對鑄件結構和CAE模擬等進行分析，優化模具結構和溫控系統，確保反推結構的運動穩定性，模具一次試模成功，實際成型的鑄件如圖8所示，反推結構的成功應用，說明小型滑塊上設計反推結構的方案是可行的。

圖8 實際成型的電機殼