探討新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)殼體壓鑄工藝設(shè)計(jì)

一套成功的壓鑄模具開(kāi)發(fā)是集材料、熱處理、模具設(shè)計(jì)、壓鑄工藝、加工、裝配工藝、生產(chǎn)管理、品質(zhì)控制等多項(xiàng)技術(shù)系統(tǒng)整合及運(yùn)用，是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程。其中，壓鑄工藝方案設(shè)計(jì)是非常重要的一環(huán)，工藝的合理性直接影響鑄件的質(zhì)量和后續(xù)生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)。新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)殼體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)部質(zhì)量要求高。例：螺紋加工不允許有爛牙，氣孔率要求≤5%。對(duì)此類復(fù)雜型壓鑄件，良好的壓鑄工藝設(shè)計(jì)方案對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量起著決定性作用。? ? ? ? ?

本文研究的壓鑄件為國(guó)內(nèi)某新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)殼體。通過(guò)對(duì)前期產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)分析，模具設(shè)計(jì)，鑄造工藝設(shè)計(jì)；使用模流仿真分析軟件對(duì)此產(chǎn)品的澆注和排溢系統(tǒng)進(jìn)行充填、粒子、氣壓、凝固等過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬分析，不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)；產(chǎn)品 PPAP 階段合格率達(dá)到98%，驗(yàn)證了壓鑄工藝設(shè)計(jì)的合理性。?

1、鑄件結(jié)構(gòu)分析? 1.1 ?鑄件材料分析? ? ?

? 該電驅(qū)動(dòng)殼體材料為AlSi10Mg(Fe)_ EN1706（Cu≤0.3%）--（歐標(biāo)）。相比對(duì)于常規(guī)汽車(chē)產(chǎn)品?ADC12，材料流動(dòng)性有一定差異，比如：Cu含量較低，導(dǎo)電性能較低，適用于新電驅(qū)動(dòng)殼體產(chǎn)品；Fe含量低，合金高溫填充過(guò)程中粘附性能增加，易造成產(chǎn)品粘模等?？傮w鑄造性能適用于電驅(qū)動(dòng)殼體類零件的鑄造生產(chǎn)，其化學(xué)成分與機(jī)械性能分析如表 1 所示。 ?

1.2 ?鑄件結(jié)構(gòu)分析? ? ?

? 該電驅(qū)動(dòng)殼體的外形尺寸：393mm×123mm×312mm，質(zhì)量約為5.98Kg，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為：主體平均壁厚為4mm，局部位置厚大，特別是懸掛位置。該鑄件有多出深腔，多凸臺(tái)，同時(shí)分布大量的加強(qiáng)筋、螺栓孔，幾何形狀復(fù)雜，容易造成金屬液流動(dòng)性阻礙，不易于充型。 ?

2、壓鑄工藝設(shè)計(jì)

? 2.1 ?澆排系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案擬定? ?

? ? 電驅(qū)動(dòng)殼體類壓鑄模具在高溫，高壓下的環(huán)境工作，對(duì)模具材料和抗熱疲勞性能要求高，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚相差大，并要求通過(guò)高壓下的滲漏試驗(yàn)，因此鑄造中產(chǎn)生的能夠?qū)е滦孤┑臍饪s孔、粘模等缺陷是首先需要規(guī)避的。選擇符合壓鑄工藝要求澆排系統(tǒng)，特別是內(nèi)澆口位置和導(dǎo)向，應(yīng)使金屬液流動(dòng)平穩(wěn)、順暢，并有序的排除型腔內(nèi)的氣體，以達(dá)到良好的填充效果和避免壓鑄缺陷的產(chǎn)生的目的。 ?

通過(guò)對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及性能要求分析，進(jìn)行澆排設(shè)計(jì)（如圖1，2）。首先采用鑄造仿真軟件對(duì)產(chǎn)品的澆注和排溢系統(tǒng)進(jìn)行充填、粒子追蹤、氣壓、溫度、凝固等過(guò)程的數(shù)值模擬分析，其次根據(jù)分析結(jié)果來(lái)確認(rèn)方案設(shè)計(jì)的合理性，最終通過(guò)生產(chǎn)試驗(yàn)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)方案的合理性驗(yàn)證。 ?

2.2 ?壓鑄工藝參數(shù)確定?

通過(guò)鑄造仿真軟件對(duì)設(shè)計(jì)工藝參數(shù)進(jìn)行模擬分析（圖3），澆道設(shè)計(jì)合理，各個(gè)澆道實(shí)現(xiàn)了分區(qū)域填充，凝固過(guò)程中最后凝固的區(qū)域與熱節(jié)出現(xiàn)位置相吻合，且熱節(jié)較大區(qū)域出現(xiàn)了縮孔，但其縮孔體積較小，處于可控范圍。針對(duì)熱節(jié)位置縮孔采用常規(guī)局部點(diǎn)冷解決，螺紋懸掛位置增加高壓點(diǎn)冷，確保模具工作溫度平衡。

結(jié)合鑄件及澆排設(shè)計(jì)參數(shù)計(jì)算，確定相關(guān)壓鑄工藝參數(shù)，如表2所示。 ?

3、生產(chǎn)試驗(yàn)?

3.1 T1 生產(chǎn)試驗(yàn)?

? ? 根據(jù)壓鑄工藝設(shè)計(jì)方案及工藝參數(shù)進(jìn)行試生產(chǎn)，對(duì)該鑄件進(jìn)行解剖、機(jī)加驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)懸置及安裝螺紋孔出現(xiàn)不同程度爛牙現(xiàn)象。（如圖示4）。 ?

3.2 ?現(xiàn)狀分析與討論? ? ?

? 針對(duì)螺紋爛牙位置的型芯表面，冷卻狀態(tài)進(jìn)行檢查確認(rèn)；發(fā)現(xiàn)其懸置位置型芯表面有粘鋁現(xiàn)象，安裝面螺紋位置由于處于進(jìn)澆位置，前期設(shè)計(jì)時(shí)未設(shè)計(jì)抽芯狀態(tài)。懸置型芯受溶液高溫、高速、高壓沖刷下循環(huán)工作后，部分熔融金屬附著在型芯表面及溫度不平衡導(dǎo)致收縮。重新增大懸置冷卻水管道及修改型芯尺寸，減小壁厚收縮不均問(wèn)題；同時(shí)螺紋加工方式采用擠壓絲錐方式，從新進(jìn)行驗(yàn)證。（見(jiàn)圖5） ?

3.3 T2 生產(chǎn)試驗(yàn)? ? ? ?

通過(guò)同樣壓鑄工藝參數(shù)進(jìn)行試生產(chǎn)，對(duì)該鑄件進(jìn)行探傷、機(jī)加驗(yàn)證，發(fā)現(xiàn)懸置及安裝螺紋孔未出現(xiàn)爛牙現(xiàn)象。（如圖示6） ?

4、結(jié)論? ? ? ?

針對(duì)新能源汽車(chē)電驅(qū)動(dòng)殼體類結(jié)構(gòu)復(fù)雜、螺紋加工后狀態(tài)無(wú)爛牙、氣孔率等要求較高產(chǎn)品，可通過(guò)鑄造仿真軟件進(jìn)行模擬分析，采用高壓點(diǎn)冷、真空等工藝設(shè)計(jì)來(lái)滿足產(chǎn)品要求；為同類型產(chǎn)品壓鑄工藝設(shè)計(jì)方案提供了參考。 ? ?

編輯：黃飛

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