淺析一體式水冷電機(jī)殼用鋁合金擠壓型材的優(yōu)勢(shì)

王東升，蔣 華，張洪海

（1.忠旺（遼陽(yáng)）鋁模板制造有限公司，遼寧遼陽(yáng) 111003；2.遼寧忠旺集團(tuán)有限公司，遼寧遼陽(yáng) 111003）

0 引言

鋁合金延展性好、比重小，用其制成的電機(jī)殼具有重量輕、散熱好、表面光潔、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，深受市場(chǎng)歡迎。特別是隨著新能源汽車(chē)的推廣，工信部能耗標(biāo)準(zhǔn)的提高，整車(chē)輕量化顯得越來(lái)越必要，而電機(jī)作為新能源汽車(chē)傳統(tǒng)三大關(guān)鍵零部件之一，有望依靠減輕電機(jī)殼重量進(jìn)而提高質(zhì)量功率密度。因此，鋁合金在新能源汽車(chē)電機(jī)上得到了廣泛應(yīng)用。

目前鋁合金電機(jī)殼因水道結(jié)構(gòu)的特殊性，多采用低壓鑄造的加工方式。隨著鋁合金型材擠壓加工技術(shù)的成熟，特別是它解決了鑄造形成的材料致密度差、容易產(chǎn)生氣孔、砂眼等缺陷問(wèn)題[1]，因此擠壓電機(jī)殼市場(chǎng)份額有望逐步提高。

1 水冷電機(jī)殼結(jié)構(gòu)

水冷電機(jī)的技術(shù)難點(diǎn)在于冷卻水道的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，目前主流的水路布置方案大致分為籠式結(jié)構(gòu)、Z 字型結(jié)構(gòu)和螺旋結(jié)構(gòu)。其中只有Z 字型水道結(jié)構(gòu)的機(jī)殼適合采用鋁合金擠壓型材加工，在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要考慮流速、水阻、壓強(qiáng)、溫度來(lái)計(jì)算水道的具體參數(shù)，并通過(guò)CFD 軟件仿真驗(yàn)證。

1.1 鑄造水冷電機(jī)殼

原方案中水冷電機(jī)殼采用鋁合金鑄造工藝，包括內(nèi)外筒型殼體，產(chǎn)品笨重，達(dá)10.3kg。在殼體之間布置有螺旋結(jié)構(gòu)水套，通過(guò)橡膠密封圈或者打密封膠的方式封閉。由于內(nèi)外殼體結(jié)構(gòu)不同，需投入兩套模具。內(nèi)外殼需合裝為一個(gè)完整的閉合水路，要求殼體之間配合精度準(zhǔn)確，需機(jī)械加工保證，一般來(lái)說(shuō)成本偏高。

1.2 擠壓水冷電機(jī)殼

隨著金屬擠壓技術(shù)的成熟，采用鋁合金型材作電機(jī)缸體的廠家也逐年增多。經(jīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用型材的電機(jī)殼結(jié)構(gòu)主要包括：缸體、前端蓋、后端蓋、密封鋁環(huán)以及冷卻水管接頭部分。產(chǎn)品凈重8.4kg，如圖1 所示。其中電機(jī)缸體采用6063-T5/T6 鋁合金材料，通過(guò)擠壓機(jī)熱擠壓成型。前后端蓋為鑄造件，安裝時(shí)分別用8 顆M8 的螺栓連接固定到缸體。

圖1 擠壓水冷電機(jī)殼結(jié)構(gòu)圖

電機(jī)缸體橫截?cái)嗝姹容^規(guī)則，很適合選用鋁合金一體式擠壓成型。如圖2 所示，Ⅰ號(hào)端面處于同一平面，作為殼體與密封鋁環(huán)的配合面，Ⅱ號(hào)端面通過(guò)機(jī)加低于Ⅰ號(hào)端面，使相連水道之間串聯(lián)貫通，再通過(guò)攪拌摩擦焊的方法使其形成封閉水道。一體式水道通常無(wú)內(nèi)外殼之分，缸體是一個(gè)整體，將水道型腔擠壓在機(jī)殼內(nèi)，與螺旋結(jié)構(gòu)電機(jī)殼相比，減少了中間配合，加工精度要求也相對(duì)較低，氣密性失效風(fēng)險(xiǎn)小，加工成本低[2]。

圖2 鋁合金電機(jī)缸體結(jié)構(gòu)圖

1.3 擠壓和鑄造電機(jī)殼的技術(shù)特點(diǎn)比較

目前電機(jī)殼的主要生產(chǎn)加工方式包括擠壓和鑄造，技術(shù)特點(diǎn)各有優(yōu)劣，但總體而言擠壓成型的電機(jī)殼重量輕，節(jié)省成本更突出?，F(xiàn)將擠壓和鑄造電機(jī)殼的技術(shù)特點(diǎn)作如下比較，詳見(jiàn)表1。

2 電機(jī)缸體用鋁型材的擠壓工藝及優(yōu)勢(shì)

2.1 電機(jī)缸體用鋁型材的擠壓工藝

將鋁合金圓鑄錠加熱后，在高溫狀態(tài)下從模具出口將其擠壓成型為需要的形狀，再經(jīng)過(guò)淬火和調(diào)直，并進(jìn)行定尺鋸切然后進(jìn)行時(shí)效的過(guò)程，其工藝流程如圖3 所示。

圖3 擠壓工藝流程圖

2.2 電機(jī)缸體用鋁型材的工藝要求

電機(jī)缸體用鋁型材工藝要求如下：

（1）鋁型材內(nèi)部組織不允許有沙孔和氣泡，外露正面的沙孔或氣泡直徑≤0.5mm，在25cm2內(nèi)不多于2 個(gè)。

（2）鋁型材外露正面斑點(diǎn)直徑≤2mm，在25cm2內(nèi)不超過(guò)2 個(gè)。

（3）鋁型材外露正面劃傷方向沿鋁型材長(zhǎng)度方向的劃傷長(zhǎng)度≤50mm，正面允許深度≤0.2mm，寬度≤0.1mm，遮蔽位置允許有深度≤0.3mm，寬度≤0.2mm 的劃傷，每米范圍內(nèi)劃傷數(shù)不多于2條，且相距500mm。

（4）上述各類(lèi)缺陷總和面積不超過(guò)鋁型材表面積的5%。

（5）鋸切的鋁型材矯直后同心度≤0.02mm，且不允許型材表面有裂縫。

2.3 電機(jī)缸體用鋁型材的工藝優(yōu)勢(shì)

電機(jī)缸體用鋁型材的工藝優(yōu)勢(shì)如下：

（1）缸體毛坯能夠快速成型。擠壓加工可以充分利用鋁合金的塑性，使坯材最大可能接近缸體形狀，減少后序的切削加工。

（2）產(chǎn)品覆蓋面大。擠壓加工通過(guò)切換不同的擠壓模具，可以生產(chǎn)不同截面形狀的缸體。

（3）生產(chǎn)設(shè)備投入少。缸體擠壓只需投入一定噸位的擠壓機(jī)，擠壓模具和工裝夾具。

（4）容易實(shí)現(xiàn)批量化和平臺(tái)化生產(chǎn)。擠壓加工可以高效、快速生產(chǎn)出尺寸精度一致的產(chǎn)品，其生產(chǎn)的型材可以根據(jù)產(chǎn)品不同需求長(zhǎng)度進(jìn)行截取，對(duì)于同平臺(tái)開(kāi)發(fā)的多款產(chǎn)品，不需要開(kāi)多幅模具[3]。

（5）擠壓加工能減少材料浪費(fèi)。與切削加工相比，可以嚴(yán)格控制材料在生產(chǎn)過(guò)程中的使用量，節(jié)省成本。

（6）缸體用擠壓鋁型材相比壓鑄來(lái)說(shuō)，輕量化更加突出。

3 結(jié)語(yǔ)

本文重點(diǎn)介紹了鋁合金型材用作電機(jī)缸體，通過(guò)擠壓工藝實(shí)現(xiàn)了電機(jī)水道和外殼的一體化成型，在保證質(zhì)量檢驗(yàn)要求下減輕了缸體重量，打破了電機(jī)外殼依靠鑄造的傳統(tǒng)工藝，其優(yōu)勢(shì)突出，輕量化明顯，適合電機(jī)大批量、平臺(tái)化生產(chǎn)，具有一定的生產(chǎn)價(jià)值和社會(huì)意義。