新能源汽車用電控殼體零件的壓鑄模設(shè)計(jì)

于永香，柯美元

（1.廣東省珠海市潤(rùn)星泰電器有限公司，廣東珠海 519000；2.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東佛山 528333）

在壓鑄合金中，鋁合金的鑄造性能好，密度小，比強(qiáng)度高，耐腐蝕性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性良好，另外還有較好的切削性能，因此，鋁合金在壓鑄行業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛[1，2]。隨著人們對(duì)節(jié)能、低碳和輕量化要求的日益提高，鋁合金成為了汽車輕量化的首選材料，特別是新能源汽車，通過(guò)輕量化可以有效增加電池續(xù)航里程。根據(jù)工信部和中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)的預(yù)計(jì)，到2020年我國(guó)傳統(tǒng)汽車產(chǎn)量將接近3000萬(wàn)輛，新能源汽車產(chǎn)量將達(dá)到200萬(wàn)輛。2015年，世界平均每輛汽車的鋁合金用量為150kg，2020年預(yù)計(jì)達(dá)到180kg[3]。根據(jù)中鋁網(wǎng)報(bào)道，鋁合金在汽車中的應(yīng)用空間可達(dá)到540kg，新能源汽車將會(huì)是鋁合金的主要消費(fèi)來(lái)源，新能源汽車的發(fā)展為鋁合金壓鑄件的應(yīng)用提供了廣闊的發(fā)展前景[4]。

本文對(duì)一款新能源汽車電控系統(tǒng)的電控殼體零件進(jìn)行了壓鑄工藝分析和計(jì)算，確定了該零件的主要壓鑄工藝參數(shù)，設(shè)計(jì)其壓鑄模具。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，該壓鑄模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，所生產(chǎn)的壓鑄件滿足了客戶的要求，對(duì)同類型壓鑄件的壓鑄生產(chǎn)具有一定的指導(dǎo)意義。

1 鑄件工藝分析

一款新能源汽車電控系統(tǒng)電控殼體零件如圖1、2所示。該零件材質(zhì)為鋁合金ADC12，重量為1.76kg，外形尺寸為 255mm×302mm×62.2mm。該零件為薄壁零件，且壁厚嚴(yán)重不均，主壁厚為2mm，局部最大壁厚為18.5mm，且該零件需要承受不低于0.3kgf·cm-2的氣密性檢測(cè),給壓鑄生產(chǎn)造成了很大的困難和挑戰(zhàn)，需要從鑄造工藝和模具結(jié)構(gòu)兩方面進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，克服成型困難，保證最終產(chǎn)品質(zhì)量。

2 主要設(shè)計(jì)參數(shù)

設(shè)定鑄造壓力為60MPa，考慮到鑄件成型時(shí)有兩個(gè)側(cè)滑塊，可按鑄件投影面積的1.4倍計(jì)算脹型力 Fs, 即 Fs=25.5×30.2×0.6×1.4T=646.8T。因此，我們選擇800T壓鑄機(jī)進(jìn)行壓鑄生產(chǎn)，其主要工藝參數(shù)如表1所示。

3 壓鑄模設(shè)計(jì)

圖1 產(chǎn)品模型正面

圖2 產(chǎn)品模型底面

3.1 分型面的設(shè)計(jì)

為了方便成型與脫模，我們選擇最大投影面即鑄件的大端面作為主分型面，兩端用滑塊進(jìn)行側(cè)向抽芯，如圖3所示。

圖3 分型面設(shè)計(jì)

3.2 澆注、排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

澆注、排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)既要保證金屬液的流態(tài)得到優(yōu)化并能快速充滿型腔，又要保證壓鑄模有良好的排氣能力，使型腔中的氣體能夠順暢排出，同時(shí)還要保證模具具備良好的補(bǔ)縮能力，從而確保鑄件內(nèi)部沒(méi)有貫穿性的縮孔、氣孔和外表面無(wú)裂紋。電控殼體零件的澆注、排溢系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖4所示。為了便于填充和補(bǔ)縮，我們將內(nèi)澆口直接開(kāi)設(shè)在鑄件厚壁部位，中間1個(gè)主澆口，兩側(cè)各2個(gè)輔助澆口。為了便于排渣和排氣，我們?cè)O(shè)計(jì)了6個(gè)單獨(dú)的搓衣板式排氣槽。該設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)凝固模擬分析，滿足順序凝固條件，如圖5所示，說(shuō)明該設(shè)計(jì)方案理論上是合理和可行的。

表1 主要壓鑄工藝參數(shù)

圖4 澆注、排溢系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

圖5 凝固模擬分析

3.3 頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)保證鑄件能夠平衡頂出，頂針位置應(yīng)布置在抱緊力比較大的地方，如鑄件的壁位、筋位和拐角位等，應(yīng)盡量選大一點(diǎn)的頂針，以保證頂出力夠大并不易折斷。電控殼體零件壓鑄模的頂針布置如圖6所示。

圖6 頂針的布置

3.4 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

合理的冷卻系統(tǒng)能夠提高模具的使用壽命，縮短壓鑄循環(huán)周期從而提高壓鑄的生產(chǎn)效率。電控殼體零件壓鑄模的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖7、8所示。動(dòng)模部分由于頂針孔、鑲針孔較多，給冷卻系統(tǒng)的布置造成了很大的困難，為了達(dá)到良好的冷卻效果，我們采用點(diǎn)式冷卻。定模部分的冷卻系統(tǒng)相對(duì)較好布置，采用線式冷卻。

圖7 動(dòng)模冷卻系統(tǒng)（點(diǎn)冷卻）

圖8 定模冷卻系統(tǒng)（線冷卻）

4 壓鑄模整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

電控殼體零件的壓鑄模整體結(jié)構(gòu)如圖9所示。壓鑄模主要零部件有動(dòng)模套板（1）、復(fù)位桿（2）、動(dòng)模芯（3）、頂針（4）、冷卻水管（5）、動(dòng)模排氣塊（6）、導(dǎo)套（7）、上滑塊（8）、抽芯油缸（9）、行程開(kāi)關(guān)（10）、油缸支架（11）、集水器（12）、模腳（13）、動(dòng)模墊板（14）、下滑塊（15）、分流錐（16）、頂針固定板（17）、頂針推板（18）、頂模排氣快（19）、導(dǎo)柱（20）、定模套板（21）、楔緊塊（22）、定模芯（23）、定模冷卻水管（24）、澆口套（25）等零件。

圖9 模具整體結(jié)構(gòu)

壓鑄模的動(dòng)模部分和定模部分分別用壓板固定在壓鑄機(jī)的動(dòng)模板和定模板上，動(dòng)模部分隨著機(jī)臺(tái)動(dòng)模板的前后直線運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)與定模部分的開(kāi)合動(dòng)作，并通過(guò)分別安裝在動(dòng)模部分和定模部分上的導(dǎo)套和導(dǎo)柱進(jìn)行導(dǎo)向。壓鑄時(shí)，壓鑄模動(dòng)、定模部分先合模鎖緊，然后，壓鑄機(jī)給出給湯信號(hào)?給湯機(jī)給湯?壓射沖頭壓射?低速?高速?增壓?鑄件保壓?冷卻?開(kāi)模?抽芯?頂出鑄件?取件?噴霧機(jī)噴霧?吹氣清理模面?合模，從而完成了一個(gè)壓鑄循環(huán)，并準(zhǔn)備進(jìn)入下一個(gè)壓鑄循環(huán)。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)生產(chǎn)實(shí)踐檢驗(yàn)，電控殼體零件的壓鑄工藝和壓鑄成型模具設(shè)計(jì)合理，并生產(chǎn)出了合格的鑄件。電控殼體零件壁厚較薄，并且壁厚嚴(yán)重不均，鑄造成型困難，收縮嚴(yán)重。該產(chǎn)品的成功開(kāi)發(fā)，為企業(yè)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也為企業(yè)贏得了聲譽(yù)，并為同類壓鑄件的生產(chǎn)提供了一定的理論和實(shí)踐指導(dǎo)。