原標題：超低速壓鑄在新能源汽車電機支架制造中的應用

近年來隨著國內新能源汽車產業的高速發展，高精度、高質量的電機也隨之快速發展，作為電機與車身連接的橋梁，高強度、高質量的電機支架需求日益增加。超低速壓鑄技術作為區別于傳統壓鑄的一種先進鑄造工藝，憑借可在有效提升厚壁鑄件內部質量，可滿足T6和T7熱處理從而進一步提升鑄件強度等特點，在電機支架制造領域展現出巨大的應用潛力。本研究旨在分享超低速壓鑄技術在電機支架制造中的應用實例以及與傳統壓鑄工藝的試驗對比，為相關企業提供技術參考。

圖文結果

超低速壓鑄相對于傳統壓鑄工藝是一種采用低速射出、高精度模具和先進控制技術的鑄造工藝，具體工藝對比見表1。該技術通過控制鑄造過程中的壓力、流速和溫度等參數，使鋁液在充填過程中呈層流流動，減少紊流帶來的卷氣，從而減少鑄件氣孔缺陷。超低速壓鑄技術還能提高鑄件的合金均勻度、凈化度和致密度，增強鑄件的強度和耐久度。同時，超低速生產的鑄件還可以滿足T6和T7熱處理工藝，可進一步提升抗拉強度要求。在電機支架制造領域，超低速壓鑄技術具有高精度、高質量和高效率等特點，能夠滿足電機支架對尺寸精度、內部質量和力學性能的嚴格要求。

表1 傳統壓鑄與超低速壓鑄工藝對比

某型純電新能源汽車電機支架（用于動力電機與車身連接）產品輪廓尺寸為172 mm×145 mm×124 mm，平均壁厚為8 mm（最厚位置為30.2 mm），質量為1.26 kg，見圖1。產品使用工況要求滿足客戶端嚴格的變形、疲勞及沖擊試驗，因此一方面該產品需滿足非常高的內部質量要求：內部鑄巢（氣孔或縮孔）尺寸≤?2 mm，且采用CT進行評價；另一方面，為減少加工應力影響，要求所有螺栓安裝端面不允許加工。

圖2為產品結構優化。該產品要求所有安裝面不允許加工，但受該產品結構所限，如按傳統分型方式，為保障出模以及防止生產過程端面拉扣傷，需要對兩螺栓安裝孔兩側端面增加相反方向的起模角，見圖2a，不能滿足兩端面形位尺寸要求：相互平行度≤0.4，對Ａ基準面垂直度≤0.4。因此需要對產品分型方案進行調整：采取把產品斜置3°，并引入上抽芯結構（見圖2b）。經修改后兩螺栓安裝端面無需增加起模角，同時可滿足形位尺寸要求。

電機支架的材料需要具備優良的鑄造性能、加工性能、力學性能和耐腐蝕性能。ADC12合金具有良好的力學性能、車削性能和鑄造性能，且應用廣泛，經濟性較優，并經FEA（有限元分析）分析可以滿足電機支架使用需求，因此選用ADC12合金作為該電機支架產品生產的首選材料，其化學成分見表2。

圖1 電機支架

圖2 產品分型結構優化

表2 ADC12鋁合金的化學成分(%)

該產品要求內部鑄巢尺寸≤?2 mm，且采用CT進行檢測，對于厚壁件來說要求極其嚴苛。為探索哪種工藝可以穩定滿足產品鑄巢要求，分別采用傳統壓鑄工藝和超低速壓鑄工藝進行效果對比。

傳統壓鑄工藝：

（1）試驗1

該產品投影面積為19 185 mm²，計算可知，鎖模力采用3 500 kN可滿足生產，但考慮經濟性以及機臺利用率，最初選用6 500 kN壓鑄設備并采用1模2腔模具生產，產品澆注結構見圖3。壓鑄生產過程參數見表3。

圖3 1模2腔產品澆注結構

表3 試驗1壓鑄生產參數

試生產后選取外觀合格的產品進行X光檢測挑選，選取滿足ASTM E505-Level A的產品進行CT檢測判斷，結果見圖4和圖5。可以看出，1號腔產品存在大于?2 mm的鑄巢，且數量為3個。從圖5可以看出，2號腔產品存在大于?2 mm的鑄巢，且數量為19個。

CT結果顯示兩個腔體的產品都不能滿足鑄巢尺寸要求，而鑄巢主要為縮孔且分布在內部轉角厚壁位置。另外，兩腔體間的＞?2 mm的鑄巢數量也存比較大差異，經模流分析，該澆注方案兩腔體外側澆道的鋁液填充速度過快，兩個腔體的填充速度不一致引致兩腔內部質量存在差異。

圖4 1號腔產品CT檢測結果

圖5 2號腔產品CT檢測結果

（2） 試驗2

試驗1效果不理想，因此對工藝進行針對性改善并重新驗證。針對縮孔形成原因在角位位置布置超點冷，且通孔都改為擠壓銷。針對2個腔填充不同步問題，對澆注系統進行修改，修改后的結構見圖6，經模流分析評估鋁液填充同步性有所改善，結果見圖7和圖8。壓鑄生產過程參數見表4。

同樣挑選外觀及X光檢測合格的鑄件進行CT檢測，從圖7和圖8可以看出，兩腔均存在大于?2 mm的氣孔，氣孔數量分別為6個和4個。

CT測量結果顯示，經對模具和工藝優化后，兩個腔體的檢測結果均為不合格，但兩個腔體間內部質量的一致性有所改善。

為進一步驗證傳統壓鑄果，繼續采用不同的工藝參數進行DOE驗證，包括進行一腔模具生產驗證，但結果均未能達到產品內部質量要求。因此，從多組試驗顯示，傳統壓鑄工藝不能滿足該產品嚴苛的內部質量要求。

圖6 澆注系統結構調整

圖7 優化后1號腔產品CT檢測結果

圖8 優化后2號腔產品CT檢測結果

表4 試驗2生產參數

超低速壓鑄工藝：

基于超低速壓鑄工藝特性，鋁液在低速充填過程中呈層流流動，補縮效果好，對產品內部質量有很好的提升，因此試驗轉向采用超低速壓鑄工藝。另外，考慮到減少不同腔體之間的差異，采用3 500 kN的設備和1模1腔的模具進行試作驗證。超低速壓鑄內澆口設置為8 mm，其澆注系統見圖9。

超低速壓鑄生產過程參數見表5。同樣對試生產產品抽樣進行CT檢測，見圖10，結果顯示內部質量可以達到要求，且后續經過多次驗證和抽樣檢測皆可滿足。結果表明，超低速壓鑄技術能夠顯著提高電機支架的內部質量。與傳統鑄造方法相比，超低速壓鑄技術生產的電機支架在保證產品內部質量方面表現出明顯的優勢。

圖9 超低速壓鑄澆注系統

表5 超低速壓鑄生產參數

圖10 超低速壓鑄件CT檢測結果

為進一步驗證該工藝在的可行性，將超低速壓鑄工藝擴展到同類型產品，見圖11。經生產驗證，均可穩定滿足內部質量和力學性能要求，并順利投產。

圖11 超低速壓鑄件應用實例

存在問題及改進方向

盡管超低速壓鑄技術在電機支架制造中具有顯著優勢，但在實際應用中仍面臨一些挑戰。如填充過程慢、生產效率比傳統壓鑄低；模具的澆道和內澆口尺寸較大，導致工藝出品率較低，同時水口難以去除，需額外投入鋸床或專用切邊模，增加了應用成本；產品澆注過程中需保持較高的料溫和模溫，導致產品表面容易燒傷，需使用專用脫模劑并嚴格控制配比；工藝條件較為苛刻，需要專用設備滿足超低速壓鑄的要求，且設備參數設置需要豐富的經驗和專業知識，對工程技術人員的技能水平要求較高。

針對上述問題，提出改進措施。首先，將相關工藝條件和經驗進行標準化，以降低應用門檻和成本；其次，加強對工程技術人員的培訓，提升其技能水平，確保他們能夠熟練掌握超低速壓鑄技術的操作要點和工藝參數設置方法。

《超低速壓鑄在新能源汽車電機支架制造中的應用》

李小林 朱宇 夏鴻文 李振生 余亮

廣東鴻圖科技股份有限公司

本文轉載自《特種鑄造及有色合金》