新能源汽车用电控壳体零件的压铸模设计

2018-08-08于永香柯美元

中国铸造装备与技术 2018年4期

于永香，柯美元

（1.广东省珠海市润星泰电器有限公司，广东珠海 519000；2.顺德职业技术学院，广东佛山 528333）

在压铸合金中，铝合金的铸造性能好，密度小，比强度高，耐腐蚀性、导热性和导电性良好，另外还有较好的切削性能，因此，铝合金在压铸行业中的应用非常广泛[1，2]。随着人们对节能、低碳和轻量化要求的日益提高，铝合金成为了汽车轻量化的首选材料，特别是新能源汽车，通过轻量化可以有效增加电池续航里程。根据工信部和中国汽车工业协会的预计，到2020年我国传统汽车产量将接近3000万辆，新能源汽车产量将达到200万辆。2015年，世界平均每辆汽车的铝合金用量为150kg，2020年预计达到180kg[3]。根据中铝网报道，铝合金在汽车中的应用空间可达到540kg，新能源汽车将会是铝合金的主要消费来源，新能源汽车的发展为铝合金压铸件的应用提供了广阔的发展前景[4]。

本文对一款新能源汽车电控系统的电控壳体零件进行了压铸工艺分析和计算，确定了该零件的主要压铸工艺参数，设计其压铸模具。经生产实践检验，该压铸模具的结构设计合理，所生产的压铸件满足了客户的要求，对同类型压铸件的压铸生产具有一定的指导意义。

1 铸件工艺分析

一款新能源汽车电控系统电控壳体零件如图1、2所示。该零件材质为铝合金ADC12，重量为1.76kg，外形尺寸为 255mm×302mm×62.2mm。该零件为薄壁零件，且壁厚严重不均，主壁厚为2mm，局部最大壁厚为18.5mm，且该零件需要承受不低于0.3kgf·cm-2的气密性检测,给压铸生产造成了很大的困难和挑战，需要从铸造工艺和模具结构两方面进行精心设计，克服成型困难，保证最终产品质量。

2 主要设计参数

设定铸造压力为60MPa，考虑到铸件成型时有两个侧滑块，可按铸件投影面积的1.4倍计算胀型力 Fs, 即 Fs=25.5×30.2×0.6×1.4T=646.8T。因此，我们选择800T压铸机进行压铸生产，其主要工艺参数如表1所示。

3 压铸模设计

图1 产品模型正面

图2 产品模型底面

3.1 分型面的设计

为了方便成型与脱模，我们选择最大投影面即铸件的大端面作为主分型面，两端用滑块进行侧向抽芯，如图3所示。

图3 分型面设计

3.2 浇注、排溢系统的设计

浇注、排溢系统的设计既要保证金属液的流态得到优化并能快速充满型腔，又要保证压铸模有良好的排气能力，使型腔中的气体能够顺畅排出，同时还要保证模具具备良好的补缩能力，从而确保铸件内部没有贯穿性的缩孔、气孔和外表面无裂纹。电控壳体零件的浇注、排溢系统设计如图4所示。为了便于填充和补缩，我们将内浇口直接开设在铸件厚壁部位，中间1个主浇口，两侧各2个辅助浇口。为了便于排渣和排气，我们设计了6个单独的搓衣板式排气槽。该设计方案经过凝固模拟分析，满足顺序凝固条件，如图5所示，说明该设计方案理论上是合理和可行的。

表1 主要压铸工艺参数

图4 浇注、排溢系统的设计

图5 凝固模拟分析

3.3 顶出系统的设计

顶出系统的设计应保证铸件能够平衡顶出，顶针位置应布置在抱紧力比较大的地方，如铸件的壁位、筋位和拐角位等，应尽量选大一点的顶针，以保证顶出力够大并不易折断。电控壳体零件压铸模的顶针布置如图6所示。

图6 顶针的布置

3.4 冷却系统的设计

合理的冷却系统能够提高模具的使用寿命，缩短压铸循环周期从而提高压铸的生产效率。电控壳体零件压铸模的冷却系统设计如图7、8所示。动模部分由于顶针孔、镶针孔较多，给冷却系统的布置造成了很大的困难，为了达到良好的冷却效果，我们采用点式冷却。定模部分的冷却系统相对较好布置，采用线式冷却。

图7 动模冷却系统（点冷却）

图8 定模冷却系统（线冷却）

4 压铸模整体结构设计

电控壳体零件的压铸模整体结构如图9所示。压铸模主要零部件有动模套板（1）、复位杆（2）、动模芯（3）、顶针（4）、冷却水管（5）、动模排气块（6）、导套（7）、上滑块（8）、抽芯油缸（9）、行程开关（10）、油缸支架（11）、集水器（12）、模脚（13）、动模垫板（14）、下滑块（15）、分流锥（16）、顶针固定板（17）、顶针推板（18）、顶模排气快（19）、导柱（20）、定模套板（21）、楔紧块（22）、定模芯（23）、定模冷却水管（24）、浇口套（25）等零件。

图9 模具整体结构

压铸模的动模部分和定模部分分别用压板固定在压铸机的动模板和定模板上，动模部分随着机台动模板的前后直线运动而实现与定模部分的开合动作，并通过分别安装在动模部分和定模部分上的导套和导柱进行导向。压铸时，压铸模动、定模部分先合模锁紧，然后，压铸机给出给汤信号⇨给汤机给汤⇨压射冲头压射⇨低速⇨高速⇨增压⇨铸件保压⇨冷却⇨开模⇨抽芯⇨顶出铸件⇨取件⇨喷雾机喷雾⇨吹气清理模面⇨合模，从而完成了一个压铸循环，并准备进入下一个压铸循环。