基于UG和Anycasting的鋁合金電機(jī)殼壓鑄模設(shè)計(jì)

侯志杰， 雷書(shū)星， 宋曉紅

（大連亞明汽車(chē)部件股份有限公司， 遼寧 大連 116046）

0 引 言

電機(jī)應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，特別是綠色工業(yè)和新能源汽車(chē)領(lǐng)域的崛起，電機(jī)的需求越來(lái)越多。鋁合金電機(jī)殼作為電機(jī)主要承載和支撐部件，其生產(chǎn)效率和質(zhì)量都有嚴(yán)格的要求，而壓鑄成型電機(jī)殼有生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)，在相同質(zhì)量要求下能成型壁厚更薄、質(zhì)量更輕的鑄件。

1 鑄件分析

某鋁合金電機(jī)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(zhì)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(cè)試3 s泄漏量30 Pa以下。

圖1 電機(jī)殼

鑄件外形主要由兩部分組成，一部分為電機(jī)殼主體；另一部分為鏤空法蘭。電機(jī)殼主體基本壁厚為6 mm，鏤空法蘭部分厚度為3 mm，預(yù)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(tǒng)的設(shè)計(jì)

成型時(shí)電機(jī)殼抱緊力較大的一側(cè)為內(nèi)腔成型側(cè)，內(nèi)腔和鏤空法蘭內(nèi)腔一起成型，若電機(jī)殼內(nèi)腔設(shè)計(jì)在動(dòng)模側(cè)，成型鑄件推出時(shí)需要的推出力較大，且鑄件沒(méi)有足夠的強(qiáng)度，也沒(méi)有足夠的空間設(shè)計(jì)推桿，所以將內(nèi)腔成型設(shè)計(jì)在滑塊上。

2.1 分型設(shè)計(jì)

分型設(shè)計(jì)如圖2所示，定模和動(dòng)模分型線選擇在電機(jī)殼對(duì)稱面上，兩側(cè)設(shè)計(jì)滑塊分別成型電機(jī)殼的2個(gè)法蘭面。流道設(shè)計(jì)位置如圖2（b）所示，鏤空法蘭遠(yuǎn)離流道。鑄件內(nèi)腔設(shè)計(jì)在滑塊上成型，通過(guò)型芯固定成型鑄件以減小內(nèi)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(shè)計(jì)

2.2 澆注及排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

內(nèi)澆口截面積計(jì)算：Sa=0.026 8V0.745，其中，V為鑄件和溢流槽體積，cm3。計(jì)算得Sa≈202 mm2。

根據(jù)內(nèi)澆口截面積初步選定壓鑄機(jī)壓力為3.50×105kN，設(shè)計(jì)的澆注和排氣系統(tǒng)如圖3所示，在電機(jī)殼外形輪廓寬闊區(qū)域設(shè)計(jì)澆口，另一側(cè)設(shè)計(jì)渣包和排氣通道。因渣包和排氣通道結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更靈活，故設(shè)計(jì)在鏤空法蘭側(cè)，以滿足壓鑄填充需求，獲得質(zhì)量更好的鑄件。

圖3 澆注及排氣系統(tǒng)與過(guò)橋設(shè)計(jì)

電機(jī)殼鏤空法蘭中間窗口較大，又在填充末端，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度薄弱，易造成成型不良，在此處設(shè)計(jì)過(guò)橋結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖3），以加強(qiáng)鑄件強(qiáng)度。

2.3 CAE模流分析

在充型過(guò)程中設(shè)置粒子，軟件會(huì)自動(dòng)在料液中設(shè)定N個(gè)點(diǎn)，作為觀察填充過(guò)程中料液流動(dòng)分布情況。粒子不僅可以觀察充型過(guò)程的流態(tài)，還可以觀察料液撞擊型腔壁后的紊流、渦旋等狀態(tài)。

通過(guò)Anycasting模流軟件進(jìn)行模擬分析，填充效果良好，如圖4（a）所示，設(shè)置粒子顯示充型過(guò)程滿足預(yù)期要求；凝固效果如圖4（b）所示，一側(cè)法蘭的2個(gè)耳朵處有2處熱節(jié)，熱節(jié)位置在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)需重點(diǎn)設(shè)計(jì)冷卻結(jié)構(gòu)。

圖4 CAE模流分析

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

使用UG軟件設(shè)計(jì)的電機(jī)殼壓鑄模結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)抽真空結(jié)構(gòu)；為了保證鑄件尺寸精度，模具分型面采用臺(tái)階定位分型。

圖5 模具結(jié)構(gòu)

3.1 反推結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電機(jī)殼鏤空法蘭側(cè)壁厚相對(duì)較薄，且無(wú)加強(qiáng)筋支撐，容易在滑塊脫模過(guò)程中導(dǎo)致成型鑄件變形?；瑝K尺寸為210 mm×155 mm×217 mm，滑塊上設(shè)計(jì)反推結(jié)構(gòu)支撐鑄件2個(gè)薄弱處，如圖6所示，滑塊在抽芯時(shí)，反推結(jié)構(gòu)頂住鑄件抑制其變形。

圖6 反推結(jié)構(gòu)

滑塊反推結(jié)構(gòu)工作過(guò)程：壓鑄生產(chǎn)前，滑塊組件整體進(jìn)入型腔，反推復(fù)位桿9首先與動(dòng)模型芯11接觸，在動(dòng)模型芯11的帶動(dòng)下，反推復(fù)位桿9帶動(dòng)反推結(jié)構(gòu)向左運(yùn)動(dòng)，反推推板3、反推固定板4、推桿5、8在反推導(dǎo)柱7的導(dǎo)向作用下平穩(wěn)向左運(yùn)動(dòng)并壓縮彈簧2，直到滑塊組件10進(jìn)入型腔。

壓鑄生產(chǎn)完成后，滑塊組件10和動(dòng)模型芯11整體向右運(yùn)動(dòng)，在彈簧2的作用下，反推復(fù)位桿9仍然和動(dòng)模型芯11接觸，此時(shí)推桿5、8相對(duì)于動(dòng)模靜止，起支撐鑄件作用，實(shí)現(xiàn)滑塊組件10脫模過(guò)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(shí)，反推結(jié)構(gòu)和滑塊組件10再同時(shí)向右運(yùn)動(dòng)。

3.2 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

冷卻系統(tǒng)如圖7所示，定模和動(dòng)模分別設(shè)計(jì)循環(huán)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(nèi)循環(huán)約150 ℃的模溫油，在壓鑄前能給模具升溫，在壓鑄過(guò)程中又能帶走鑄件凝固釋放的熱量；定模和動(dòng)模還設(shè)計(jì)高壓點(diǎn)冷水管各1組，滑塊1（見(jiàn)圖2）設(shè)計(jì)高壓點(diǎn)冷水管3組，滑塊2（見(jiàn)圖2）設(shè)計(jì)高壓點(diǎn)冷水管7組，高壓點(diǎn)冷是一種局部冷卻方式，壓鑄后，高壓點(diǎn)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(guò)冷。其中定模高壓點(diǎn)冷水管2和動(dòng)模高壓點(diǎn)冷水管5對(duì)應(yīng)CAE凝固分析中熱節(jié)區(qū)域。

4 設(shè)計(jì)中需注意的問(wèn)題

CAE模擬分析鑄件凝固過(guò)程存在2處熱節(jié)，分別在動(dòng)模和定模相應(yīng)位置設(shè)計(jì)高壓點(diǎn)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(shí)存在強(qiáng)度弱和充型不良等風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)設(shè)計(jì)過(guò)橋和異形渣包結(jié)構(gòu)，改善充型和鑄件內(nèi)部質(zhì)量的同時(shí)增強(qiáng)鑄件的強(qiáng)度。

鑄件法蘭鏤空處在脫模過(guò)程中容易產(chǎn)生變形，設(shè)計(jì)反推結(jié)構(gòu)，在滑塊脫模過(guò)程中抑制鑄件法蘭的變形。反推結(jié)構(gòu)的推板和推桿固定板及反推導(dǎo)柱有滑動(dòng)導(dǎo)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)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?zèng)_蝕，增加高壓點(diǎn)冷以增加冷卻效果，減少成型鑄件粘模和沖蝕。

反推結(jié)構(gòu)中可以增加調(diào)節(jié)螺釘，壓鑄模使用壽命一般為10萬(wàn)模次左右，彈簧按照50~100萬(wàn)模次的使用范圍選擇，該模具可以不設(shè)計(jì)調(diào)節(jié)螺釘；另外滑塊體積較小，拆卸更換方便。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)和CAE模擬等進(jìn)行分析，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)和溫控系統(tǒng)，確保反推結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性，模具一次試模成功，實(shí)際成型的鑄件如圖8所示，反推結(jié)構(gòu)的成功應(yīng)用，說(shuō)明小型滑塊上設(shè)計(jì)反推結(jié)構(gòu)的方案是可行的。

圖8 實(shí)際成型的電機(jī)殼