新能源汽車電機零部件的壓鑄工藝開發

廖建強管維健肖厚濤發表于2026/3/17 8:38:36 鋁合金電機殼后端蓋壓鑄工藝

原標題：電機殼后端蓋的壓鑄工藝開發

電機殼后端蓋作為新能源汽車電力驅動系統中的重要組成零件，其主要作用是支撐電機轉子和固定電機定子，同時防止灰塵、水汽等外部物質進入電機內部，因此對產品的結構強度以及氣密性質量都有一定的要求。同時產品軸承孔位置采用局部嵌件后成形，模具需要考慮嵌件的定位與壓緊，增加了模具的制作與生產工藝的調試難度，因此保證模具能夠穩定生產，模具的前期設計和后期的工藝改善十分重要。

對鋁合金電機殼后端蓋的壓鑄工藝進行開發，前期根據產品結構合理布置澆道，采用數值模擬軟件對澆注系統進行填充及凝固分析，實際生產過程中發現鑄件氣孔不易消除。根據產品結構，對不同區域采取不同的解決措施。針對產品末端無法布置渣包的薄壁位氣孔，采用鑲件排氣及增加壁厚以改善鋁液流動性；針對澆排末端厚壁位密集型氣孔，通過加強冷卻，加快局部凝固及產品表面致密層厚度來改善；針對入料口厚壁氣孔，分析澆排，并局部加強進料等。試生產結果表明，采用優化方案完成產品的整體氣孔改善，降低了廢品率。

圖文結果

新能源汽車電機殼端蓋零件見圖1。該零件輪廓尺寸為397.98 mm×91.48 mm×286.46 mm，壓鑄件質量為5.71 kg，平均壁厚為8.06 mm，投影面積為74 759 mm2，鑄件材質為ADC12鋁合金。該鑄件整體壁厚偏厚，其中最大壁厚為33 mm，最小壁厚為4 mm，壁厚不均。產品軸承室位置局部嵌件，軸承室嵌件材質為45號鋼，調制處理，硬度（HRC）為24~30；要求所有的外形尺寸符合圖紙裝配要求，產品的電機配合面、接線盒蓋板安裝面有密封要求，軸承孔與半軸孔安裝電機轉子，加工后外露氣孔有一定要求。另外，各圓角位置不能有明顯的燒傷、扣傷，產品不得有毛刺、飛邊，產品要求氣密性檢驗，具體氣密性要求為：試漏壓力為22 kPa，允許泄漏量<5 mL/min。

圖1 電機殼后端蓋產品示意圖
1.電機軸承孔 2.電機配合密封面
3.半軸孔 4.接線盒蓋板安裝面

根據產品的結構分析，選擇合適的動定模分型。另外，產品側面分兩個方向出模，即模具需要設計2個抽芯滑塊進行分模，產品動定模分型及滑塊分型，從而保證產品的正常出模生產。圖2為電機殼后端蓋分形設計。圖3為電機殼后端蓋壁厚分析。根據產品壁厚，以產品定模側進行分析，左側局部小面積壁厚較厚，右半邊整體壁厚較厚（見圖3a），以產品動模側分析，動模整體為筋條結構，厚壁筋條主要體現在左邊（見圖3b），因此，產品兩側壁厚極不均勻。為保證壁厚位置有足夠的鋁料填充，需要加強壁厚位置的澆口布局。

圖2 電機殼后端蓋分型設計

圖3 電機殼后端蓋壁厚分析

澆排的設計重點在于進澆口的選擇，一般需要根據鑄件的形狀、結構、精度要求確定澆口的位置和形式。根據對該產品結構分析，產品可在滑塊1側及其對側進澆，但根據產品的關鍵位置，除產品的電機配合面涉及整個產品外圍不受影響，軸承孔與半軸孔在遠離滑塊1側，接線盒蓋板安裝面在動模側滑塊背面受滑塊1擋料影響，因此選擇將澆口布置在滑塊1的對立側，保證進澆位置離軸承孔與半軸孔近，接線盒蓋板安裝面不受滑塊1擋料影響。內澆口布局，滑塊1對立側的加工端面布置4個內澆口，兩側的非加工位置再各布局1個內澆口加強兩側的充型，同時產品靠外側的圓孔中間設置搭橋過料，最終澆排系統設計方案見圖4。

采用Magma模擬分析，模流分析初始條件設置見表1，并采用p-Q圖校核相關工藝的合理性，相關工藝設置合理見圖5。

圖4 電機殼后端蓋澆排系統

表1 模流模擬設置參數

圖5 模流設置參數p-Q²圖

采用Magma模擬分析產品整鑄件充型過程，見圖6。可以看出，當鋁液充型2.604 s時，靠近主澆道的2條內澆口金屬液率先填充進入型腔（見圖6a）；當充型 2.625 s時，所有內澆口開始填充型腔（見圖6b）；當充型2.658 s時，鑄件整體充型完畢（見圖6c）。整個填充過程，經過內澆口的金屬液充型時間為44 ms，且產品厚壁位置的金屬液率先填充，無填充不足現象，澆排系統滿足產品充型要求。

鑄件整體氣壓分布情況見圖7。氣壓值顯示較高的區域在澆注系統的渣包以及溢流槽中以及產品部分壁厚大的筋條位置，表明這些位置出現氣孔的可能性較大。產品的凝固過程見圖8。可以看出，產品填充完成后3 s極少數邊緣凝固（見圖8a）；產品填充完成后12 s絕大多數已凝固（見圖8b）；凝固慢的位置為產品厚壁處。

在鑄件壁厚區域設置冷卻水，確保厚壁區域冷卻效果，避免此區域出現縮松及縮孔。產品周邊采用布置直冷運水，其他位置設計點冷冷卻，同時在?5 mm以上芯針采用點冷針，最終冷卻系統見圖9。

圖6 鑄件填充過程

圖7 電機殼后端蓋殼體型腔氣壓模擬

圖8 產品凝固過程

圖9 模具冷卻系統

根據模具的設計匹配，使用16 000 kN意德拉壓鑄機進行生產，沖頭直徑選擇120 mm，壓射有效行程為620 mm，通過內澆口的鋁液質量為6.15 kg，理論高速位置設置為380 mm，壓射沖頭高度速度為4 m/s，增壓位置設置為560 mm，以此作為調試生產的基礎參數。機臺周邊配備全自動生產設備，能有效保證生產過程的穩定性。在實際生產調試時，適當調整高速位置驗證產品質量，最終采用高速位置為420 mm、高速速度為4.2 m/s、增壓位置為560 mm時，產品質量理想，但通過X射線探傷檢測，發現局部仍存在氣孔不穩定的情況。產品的氣孔狀況見圖10。

產品內部氣縮孔標準：位置1在澆注的最尾端壁厚小于9.5 mm；位置2~4局部壁厚超過9.5 mm，局部按照鋁合金壁厚與氣孔等級為2級標準；加工后外觀標準：位置1和4，小于?0.25 mm的非連接氣孔無數量限制，小于?2 mm×2 mm深的非連接孔，每100 mm長度最多2個；位置2和3，小于?0.25 mm的非連接氣孔無數量限制，小于?1 mm×1 mm深的非連接氣孔，每100 mm長度最多2個。可以看出，加工后外觀標準比內部標準更加嚴格，按照此狀態生產并進行CNC加工檢驗，發現X光檢測有氣孔的位置均有部分產品氣孔加工外露（見圖11），因此針對產品氣孔需要進一步改善。

圖10 電機殼后端蓋X光檢測結果

圖11 產品加工氣孔外露結果

方形孔局部結構見圖12。方框孔在澆排的水尾位置，處于產品的中間，局部方框壁厚為2.8 mm，因周邊無法在方框孔周邊布置渣包，局部的氣體難以排出，同時產品的壁厚相對產品整體偏薄，所以鋁料的局部流動性相對較差，易有冷料堆積。

針對產品的排氣與減少冷料的堆積，分析可知，采用渣包排氣、排渣是最有效的方式。受產品結構限制，無法直接增加渣包，所以采用多方式綜合解決。圖13為方框孔側壁氣孔改善措施。措施1是將沿氣孔加工外露的側壁進行割鑲件處理（見圖13a），利用模具鑲塊的配合分型面進行排氣；措施2是產品局部壁厚加厚至3.8 mm（見圖13b），通過局部加厚加強鋁液填充的流動性，從而改善冷料局部堆積。綜合措施實施后，發現局部氣孔改善良好，滿足產品品質要求。

圖12 方形孔局部結構

圖13 方形孔側壁氣孔改善措施

加工位置2和3氣孔，在產品的同一面上，見圖14，在產品澆排系統的水尾側，同時也是壁厚相對較厚的位置。針對產品的厚壁位置，一般局部凝固較慢，當周邊的壁薄位置凝固，就斷開了局部的補縮通道，內部容易產生縮松。另外根據生產顯示內部氣孔品質符合標準要求，只是加工導致的氣孔外露不符合標準，因此，改善方向主要朝避免外露的方向解決。

針對產品加工面外露且在水尾問題，網紋對浮面的氣孔能夠起到排氣及冷料的效果，改善方法1是在局部端面增加網紋，但改善效果并不明顯，因此需要針對厚壁位置的縮松，采用局部增加擠壓，在產品未完全凝固時，采用擠壓銷針進行補縮。這種方式理論可行，但產品密集型氣孔相對較分散，單個擠壓銷無法覆蓋全局，多個擠壓銷針又不太現實，因此方案不可行；考慮采用降低局部模溫，改善方法2是在外露的端面增加點冷，加強局部冷卻凝固，減輕局部的縮松，同時，降低模具表面溫度，使產品表面擁有更厚的致密層，從而減少加工外露的風險。圖15為電機配合面氣孔改善措施。

加工位置4的氣孔，檢查產品加工余量為0.6~0.8 mm，符合產品的正常加工余量，同時周邊壁厚約為12 mm，氣孔在澆排的入料口位置，不存在末端冷料無法排除問題，孔內也布置了運水結構，改善其厚壁位置的冷卻導致的縮松。根據對產品澆排的進一步分析，該位置雖有一條澆道，但其正對產品減料位，見圖16，阻礙了鋁液對局部的填充，因此局部位置氣孔可能是鋁液填充不足引起。

針對鋁液填充不足，同時減小動模具及改動澆注系統，選擇加強半軸孔位置的進料。方法1為對局部澆道內澆口進行加寬，寬度超過對應的減料槽，結果導致產品直沖定模芯針，芯針沖擊受熱后周邊縮孔出現，同時芯針斷針頻繁，模具故障率升高；方法2為直接避開定模芯針與動模抽芯針，在其之間增加一股澆道，同時斷開過料防止鋁液直接沿過料搭橋產生回流包卷，改進措施見圖17。將澆口及搭橋按照方法2改善后，半軸孔的氣孔改善顯著。