成型电机端盖滞留定模问题的对策

雷书星，安潇璇，刘亚洲

（精诚工科汽车系统有限公司 模具分公司，河北 保定 071000）

0 引言

随着绿色出行产业的迅速发展，各大车企都进军新能源领域。电机作为新能源汽车的核心零部件，其市场需求量持续攀升，铝合金电机端盖是电机的重要组成部分，其稳定的生产质量能保证电机整机的供应和整车市场的产销量。压铸模作为生产电机端盖的重要设备，其成型的零件能否顺利脱模是影响压铸生产的重要因素，也是压铸模设计与开发过程中必须考虑的问题。以下介绍铝合金电机端盖的压铸成型，压铸试模时成型的零件容易卡在定模，现对其原因进行分析。

1 零件成型分析

铝合金电机端盖是电机的重要结构件，起封闭电机主体的两端、固定电机转子在电机中的位置并支撑转子运动的作用，此外还起保护电机的电气原件和线路的作用，如图1所示。零件外形尺寸：405.0 mm×326.7 mm×155.3 mm，材料为铝合金ADC12，质量为4.16 kg，嵌件为轴承套。

电机端盖有深腔、深筋和侧向凹槽和凸台等结构，形状较复杂，图1（a）所示有复杂加强筋（深浅不一）、电器部件及线束的安装槽、附件安装位、电机定位半圆弧等特征，整体结构不规则，设计在定模侧成型；图1（b）所示中心有嵌件轴承套及全周加强筋、部分电机转子空间、安装孔位等，整体结构呈深腔形且结构略规则，设计在动模侧成型。

成型该电机端盖的模具在试生产过程中，生产30多件时，成型的铸件留在定模，2个部位断裂，如图2所示，压铸生产无法继续进行，对模具进行维修。成型的电机端盖断裂部位分别为侧向滑块成型部位（断裂位置1）和抽芯成型部位（断裂位置2）。

通过对成型的铸件留在定模的问题进行分析和研究，找到成型电机端盖断裂失效的主要原因。模具开模时，侧向滑块和抽芯组件在抽芯过程中，由于定模包紧力大、嵌件轴承套卡滞和成型的铸件在热状态下强度低，导致侧向滑块和抽芯组件在抽芯过程中无法将成型铸件带出，出现成型铸件断裂、留在定模的问题。另外定模推出机构推出力小、推出不平衡导致轴承套和定位镶件卡滞。

图1 电机端盖

图2 断裂位置

2 包紧力计算

包紧力是压铸时金属液充填型腔后在冷却收缩过程中，包紧型芯或凸模成型部分产生的力，如图3所示。包紧力计算公式：

图3 传统包紧力原理

F=F阻cosα-F包sinα=Alp(μcosα-sinα)

式中：F——抽芯力，N；F阻——抽芯阻力，N；F包——铸件冷凝收缩后对型芯产生的包紧力，N；A——被铸件包紧的型芯成型部分断面周长，mm；l——被铸件包紧的型芯成型部分长度，mm；p——挤压应力（单位面积的包紧力），铝合金一般取10～12 MPa；μ——压铸合金对型芯的摩擦因数，铝合金一般取0.2～0.25；α——型芯成型部分的脱模斜度。

一般情况下包紧力只计算型芯或凸模部分的包紧力，而忽略型腔或凹模部分的包紧力，造成实际计算的包紧力失真。但在实际压铸成型过程中，都经历高压和补缩阶段，增加压力能避免由于铝液凝固导致铸件体积收缩的趋势。增加压力阶段，铝液凝固的压力为60～90 MPa，该压力会让成型的铸件所有面（见图4（a））较好地与模具零件接触（凹面的亲和力较强），设计动、定模时，需要考虑所有带拔模角的面。开模时，外表面（定模侧）也存在包紧力（见图4（b）），虽然不如凹面（动模侧）处强，但也会影响成型铸件的脱模。

动模成型部分设计的主要目的是在压铸机推出系统的协同作用下，让成型的铸件停留在动模侧。一般成型铸件的复杂结构设计在动模侧成型，如加强筋、凸台(尤其是较高的凸台)、凹面等。生产时，模具定模包紧成型铸件是主要问题，设计者必须计算型腔与型芯的拔模力与推出力，一般拔模角为 1°～3°，外侧拔模角为 1°，内侧拔模角为 2°～3°。铸件结构最复杂、粘合面最多的部位在动模侧成型，设计者应分析并考虑成型铸件的哪一侧适合于在动模成型。

成型铸件的收缩导致所有铸销、加强筋、拔模角的表面以及凸台对其形成包紧力，如图5所示，浅色的表面会形成合力，使铸件滞留在模具中。

图4 铸造压力和包紧力

图5 产生包紧力面积

图5（a）所示结构有凹面也有凸面，需要分析其结构复杂度并测量接触面积，图5（b）仅有一个凸台与大圆周，且拔模角较大，其他都是面积较小的面。

根据包紧力计算公式：F=F阻cosα-F包sinα=Alp(μcosα-sinα)，得出定模侧包紧力为238.7～368.8 kN,动模侧包紧力为145.3～224.6 kN。因为238.7～368.8 kN＞145.3～224.6 kN，成型的铸件滞留在定模的概率较大。

3 推出机构及其应用

压铸模设计过程中，一般会将容易粘模的部分设计在动模成型，因为动模有推出机构，但有时容易粘模的部分会出现在定模方向，需要在定模设计推出结构，用于抵消铸件的包紧力。

3.1 独立推出机构

独立推出机构可以设计在定模的某个位置，反推杆设计在成型铸件的边缘，其一部分和成型铸件接触，用于推出成型铸件，反推杆另一部分和动模分型面接触，用于反推杆的复位，如图6所示。

模具合模过程中，动模将推杆强制压入定模，碟簧压缩；固定座固定在定模框内，并固定碟簧套的位置；模具开模，碟簧复位，推动复位杆运动，推出成型铸件。

该推出机构推出力大，推出行程小，但推出位置为单点推出，考虑推出平衡需要根据成型铸件结构具体分析。独立推出机构适用于成型铸件局部包紧力大的模具，另外也可以采取多个独立推出机构组合使用的方式，用于结构紧凑型、无空间布置推板的模具。

图6 独立推出机构

3.2 定模推出机构

若成型铸件在定模局部包紧力大或定模整体包紧力大，可采用定模推出机构（组合型）。该推出机构的复位和推出使用复位杆和碟簧实现，如图7所示。

图7 定模与推出机构

推杆设计在成型铸件的推出位置，用于推出成型铸件；复位杆设计在成型铸件外，用于定模推出机构（组合型）的复位，推板和推杆固定板安装有导套，限位柱控制推板和推杆固定板向上运动的距离，当推板和推杆固定板运动到位后，限位柱和压铸机座板接触；碟簧安装柱将碟簧组件固定在推杆固定板上，碟簧是定模推出机构（组合型）推出铸件的动力来源。

成型电机端盖的模具采用上述定模推出机构（组合型），设计4根复位杆和8根推杆，采用4组碟簧和4组导柱导套；推板和推杆固定板上设计安装水管的避让孔。

模具合模时，复位杆将推出机构整体向上推动，此时碟簧压缩受力；开模时，碟簧失去复位杆的力后，逐渐处于复位状态，碟簧带动推板和推杆固定板向下运动，推杆随推板同时向下运动推出成型的铸件。

4 结束语

上述推出机构的推出力来源于碟簧，与传统使用弹簧的推出机构相比，具有推出力大、推出行程小的优势，定模推出机构（组合型）采用4组导向定位组件，使推出成型的铸件更平稳、安全、可靠。成型该电机端盖的模具采用上述方案后，增加定模推出机构（组合型），压铸生产过程运行稳定，铸造生产18 600件未发生成型铸件包模问题，解决了定模包紧力大、嵌件轴承套卡滞和成型铸件在热状态强度低造成的包模问题。