基于UG和Anycasting的铝合金电机壳压铸模设计

侯志杰， 雷书星， 宋晓红

（大连亚明汽车部件股份有限公司， 辽宁 大连 116046）

0 引 言

电机应用场景广泛，特别是绿色工业和新能源汽车领域的崛起，电机的需求越来越多。铝合金电机壳作为电机主要承载和支撑部件，其生产效率和质量都有严格的要求，而压铸成型电机壳有生产效率高的特点，在相同质量要求下能成型壁厚更薄、质量更轻的铸件。

1 铸件分析

某铝合金电机壳如图1所示，材料为AlSi12(Fe)，收缩率为0.55%，铸件外形尺寸为167 mm×161 mm×102 mm，体积为277 cm3，质量为748 g，在（246±16） ℃下热处理2.0~2.5 h，泄漏要求为50 kPa压力测试3 s泄漏量30 Pa以下。

图1 电机壳

铸件外形主要由两部分组成，一部分为电机壳主体；另一部分为镂空法兰。电机壳主体基本壁厚为6 mm，镂空法兰部分厚度为3 mm，预压铸孔拔模斜度为1.5°，其余拔模斜度为2°~3°，满足压铸模脱模要求。

2 分型与浇注及排气系统的设计

成型时电机壳抱紧力较大的一侧为内腔成型侧，内腔和镂空法兰内腔一起成型，若电机壳内腔设计在动模侧，成型铸件推出时需要的推出力较大，且铸件没有足够的强度，也没有足够的空间设计推杆，所以将内腔成型设计在滑块上。

2.1 分型设计

分型设计如图2所示，定模和动模分型线选择在电机壳对称面上，两侧设计滑块分别成型电机壳的2个法兰面。流道设计位置如图2（b）所示，镂空法兰远离流道。铸件内腔设计在滑块上成型，通过型芯固定成型铸件以减小内腔脱模造成的变形，保证铸件外形轮廓的尺寸精度。

图2 分型设计

2.2 浇注及排气系统的设计

内浇口截面积计算：Sa=0.026 8V0.745，其中，V为铸件和溢流槽体积，cm3。计算得Sa≈202 mm2。

根据内浇口截面积初步选定压铸机压力为3.50×105kN，设计的浇注和排气系统如图3所示，在电机壳外形轮廓宽阔区域设计浇口，另一侧设计渣包和排气通道。因渣包和排气通道结构设计更灵活，故设计在镂空法兰侧，以满足压铸填充需求，获得质量更好的铸件。

图3 浇注及排气系统与过桥设计

电机壳镂空法兰中间窗口较大，又在填充末端，结构强度薄弱，易造成成型不良，在此处设计过桥结构（见图3），以加强铸件强度。

2.3 CAE模流分析

在充型过程中设置粒子，软件会自动在料液中设定N个点，作为观察填充过程中料液流动分布情况。粒子不仅可以观察充型过程的流态，还可以观察料液撞击型腔壁后的紊流、涡旋等状态。

通过Anycasting模流软件进行模拟分析，填充效果良好，如图4（a）所示，设置粒子显示充型过程满足预期要求；凝固效果如图4（b）所示，一侧法兰的2个耳朵处有2处热节，热节位置在模具结构设计时需重点设计冷却结构。

图4 CAE模流分析

3 模具结构设计

使用UG软件设计的电机壳压铸模结构如图5所示，模架尺寸为700 mm×680 mm×655 mm，推出行程为60 mm。为了保证铸件气密性要求，采用抽真空压铸，在排气块末端设计抽真空结构；为了保证铸件尺寸精度，模具分型面采用台阶定位分型。

图5 模具结构

3.1 反推结构设计

电机壳镂空法兰侧壁厚相对较薄，且无加强筋支撑，容易在滑块脱模过程中导致成型铸件变形。滑块尺寸为210 mm×155 mm×217 mm，滑块上设计反推结构支撑铸件2个薄弱处，如图6所示，滑块在抽芯时，反推结构顶住铸件抑制其变形。

图6 反推结构

滑块反推结构工作过程：压铸生产前，滑块组件整体进入型腔，反推复位杆9首先与动模型芯11接触，在动模型芯11的带动下，反推复位杆9带动反推结构向左运动，反推推板3、反推固定板4、推杆5、8在反推导柱7的导向作用下平稳向左运动并压缩弹簧2，直到滑块组件10进入型腔。

压铸生产完成后，滑块组件10和动模型芯11整体向右运动，在弹簧2的作用下，反推复位杆9仍然和动模型芯11接触，此时推杆5、8相对于动模静止，起支撑铸件作用，实现滑块组件10脱模过程中反向顶住成型铸件，直到滑块组件10抽芯距离足够大时，反推结构和滑块组件10再同时向右运动。

3.2 冷却系统设计

冷却系统如图7所示，定模和动模分别设计循环冷却水路各1组，模温油管各1组，模温油管用于平衡模具温度，模温油管内循环约150 ℃的模温油，在压铸前能给模具升温，在压铸过程中又能带走铸件凝固释放的热量；定模和动模还设计高压点冷水管各1组，滑块1（见图2）设计高压点冷水管3组，滑块2（见图2）设计高压点冷水管7组，高压点冷是一种局部冷却方式，压铸后，高压点冷水管先通高压水给模具局部降温，再通高压气体吹走高压水，避免模具局部过冷。其中定模高压点冷水管2和动模高压点冷水管5对应CAE凝固分析中热节区域。

4 设计中需注意的问题

CAE模拟分析铸件凝固过程存在2处热节，分别在动模和定模相应位置设计高压点冷，以改善凝固效果。铸件法兰镂空面积大，且充型末端成型时存在强度弱和充型不良等风险，通过设计过桥和异形渣包结构，改善充型和铸件内部质量的同时增强铸件的强度。

铸件法兰镂空处在脱模过程中容易产生变形，设计反推结构，在滑块脱模过程中抑制铸件法兰的变形。反推结构的推板和推杆固定板及反推导柱有滑动导向定位作用，选用H13材料，热处理硬度46~50 HRC，并氮化处理，确保反推结构的稳定性和可靠性。

型芯表面氮化处理或增加特殊的表面涂层（如氮铝化钛、合金HC-FC系列）以减少冲蚀，增加高压点冷以增加冷却效果，减少成型铸件粘模和冲蚀。

反推结构中可以增加调节螺钉，压铸模使用寿命一般为10万模次左右，弹簧按照50~100万模次的使用范围选择，该模具可以不设计调节螺钉；另外滑块体积较小，拆卸更换方便。

5 结束语

通过对铸件结构和CAE模拟等进行分析，优化模具结构和温控系统，确保反推结构的运动稳定性，模具一次试模成功，实际成型的铸件如图8所示，反推结构的成功应用，说明小型滑块上设计反推结构的方案是可行的。

图8 实际成型的电机壳