探讨新能源汽车电驱动壳体压铸工艺设计

一套成功的压铸模具开发是集材料、热处理、模具设计、压铸工艺、加工、装配工艺、生产管理、品质控制等多项技术系统整合及运用，是一个庞大的系统工程。其中，压铸工艺方案设计是非常重要的一环，工艺的合理性直接影响铸件的质量和后续生产加工环节。新能源汽车电驱动壳体结构复杂，内部质量要求高。例：螺纹加工不允许有烂牙，气孔率要求≤5%。对此类复杂型压铸件，良好的压铸工艺设计方案对产品的质量起着决定性作用。         

本文研究的压铸件为国内某新能源汽车电驱动壳体。通过对前期产品的结构分析，模具设计，铸造工艺设计；使用模流仿真分析软件对此产品的浇注和排溢系统进行充填、粒子、气压、凝固等过程进行数值模拟分析，不断优化设计；产品 PPAP 阶段合格率达到98%，验证了压铸工艺设计的合理性。 

1、铸件结构分析  1.1  铸件材料分析     

  该电驱动壳体材料为AlSi10Mg(Fe)_ EN1706（Cu≤0.3%）--（欧标）。相比对于常规汽车产品 ADC12，材料流动性有一定差异，比如：Cu含量较低，导电性能较低，适用于新电驱动壳体产品；Fe含量低，合金高温填充过程中粘附性能增加，易造成产品粘模等。总体铸造性能适用于电驱动壳体类零件的铸造生产，其化学成分与机械性能分析如表 1 所示。  

1.2  铸件结构分析     

  该电驱动壳体的外形尺寸：393mm×123mm×312mm，质量约为5.98Kg，其结构特点为：主体平均壁厚为4mm，局部位置厚大，特别是悬挂位置。该铸件有多出深腔，多凸台，同时分布大量的加强筋、螺栓孔，几何形状复杂，容易造成金属液流动性阻碍，不易于充型。  

2、压铸工艺设计

  2.1  浇排系统设计方案拟定   

    电驱动壳体类压铸模具在高温，高压下的环境工作，对模具材料和抗热疲劳性能要求高，而且结构复杂、壁厚相差大，并要求通过高压下的渗漏试验，因此铸造中产生的能够导致泄漏的气缩孔、粘模等缺陷是首先需要规避的。选择符合压铸工艺要求浇排系统，特别是内浇口位置和导向，应使金属液流动平稳、顺畅，并有序的排除型腔内的气体，以达到良好的填充效果和避免压铸缺陷的产生的目的。  

通过对产品的结构及性能要求分析，进行浇排设计（如图1，2）。首先采用铸造仿真软件对产品的浇注和排溢系统进行充填、粒子追踪、气压、温度、凝固等过程的数值模拟分析，其次根据分析结果来确认方案设计的合理性，最终通过生产试验进行工艺设计方案的合理性验证。  

2.2  压铸工艺参数确定 

通过铸造仿真软件对设计工艺参数进行模拟分析（图3），浇道设计合理，各个浇道实现了分区域填充，凝固过程中最后凝固的区域与热节出现位置相吻合，且热节较大区域出现了缩孔，但其缩孔体积较小，处于可控范围。针对热节位置缩孔采用常规局部点冷解决，螺纹悬挂位置增加高压点冷，确保模具工作温度平衡。

结合铸件及浇排设计参数计算，确定相关压铸工艺参数，如表2所示。  

3、生产试验 

3.1 T1 生产试验 

    根据压铸工艺设计方案及工艺参数进行试生产，对该铸件进行解剖、机加验证，发现悬置及安装螺纹孔出现不同程度烂牙现象。（如图示4）。  

3.2  现状分析与讨论     

  针对螺纹烂牙位置的型芯表面，冷却状态进行检查确认；发现其悬置位置型芯表面有粘铝现象，安装面螺纹位置由于处于进浇位置，前期设计时未设计抽芯状态。悬置型芯受溶液高温、高速、高压冲刷下循环工作后，部分熔融金属附着在型芯表面及温度不平衡导致收缩。重新增大悬置冷却水管道及修改型芯尺寸，减小壁厚收缩不均问题；同时螺纹加工方式采用挤压丝锥方式，从新进行验证。（见图5）  

3.3 T2 生产试验       

通过同样压铸工艺参数进行试生产，对该铸件进行探伤、机加验证，发现悬置及安装螺纹孔未出现烂牙现象。（如图示6）  

4、结论       

针对新能源汽车电驱动壳体类结构复杂、螺纹加工后状态无烂牙、气孔率等要求较高产品，可通过铸造仿真软件进行模拟分析，采用高压点冷、真空等工艺设计来满足产品要求；为同类型产品压铸工艺设计方案提供了参考。    

编辑：黄飞