论文部分内容阅读
[摘 要]作者对新能源电机壳体的背景进行分析，通过介绍精雕制作、挤压铸造、低压铸造、高压铸造等四种工艺，对比不同产品的优点和缺点。最后根据不同产品自身的结构特点、成本及需求数量推荐了适合的制造方法。
[关键词]新能源、电机壳体、铸造、加工
中图分类号：U469.7；U463.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）35-0380-01
1引言
随着全球石油资源紧张，以及目前日益突出的环境问题，新能源汽车迎来了新的机遇和挑战，新能源汽车对于能源的利用效率大大高于普通汽油汽车，目前纯电动汽车和混合动力汽车已经得到了充分的发展和应用。但制约新能源汽车发展的有两点，动力性能和续航里程。新能源驱动用电机需要较大的驱动性能，但电动汽车安装空间十分有限，要求电机需要具有较高的功率密度和效率，电机的冷却方面就又面临着挑战。
新能源汽车电机壳体作用：（1）散热作用。因其常常处于高温下，需要水冷散热系统来满足电机系统的散热要求，虽然水循环散热效果明显，但水循环结构复杂，存在水渗漏的风险，所以要求电机壳体较高的气密性。（2）支撑作用。端盖安装在电机壳体端面上，需要电机壳体具有一定的强度。电机壳体材料多为铸铁、铝合金。铸铁不仅不能实现减重效果，而且散热效果不佳。铝合金密度低、质量轻，导热系数高，使用铝合金替代传统铸铁生产电机壳体，不仅降低了汽车自身重量，而且增加了电机壳体自身的散热效果。电机壳体制作工艺主要包括精雕制作、压力铸造、低压/重力铸造、挤压铸造等。基于上述的问题通过对各种新能源电机壳体制造方法进行详细介绍，以希望大家对新能源电机壳体制造技术有所了解。
2精雕制作电机壳
当新能源电机壳体产品制作处于设计初始阶段，制作杨建数量不多时，处于开发成本的考虑可以使用机加工的方法将产品加工出来。此方法制作的新能源机壳主要有点有省去制作模具的时间及费用。缺点主要有制作单件成本比较高不适用于量产，与量产使用材料及热处理方式不同，制作出的产品在气密性检测方面可能与量产产品存在差异只能对其进行参考，不适用于内部存在腔体的结构，故一体式机壳不能采用此法。
3挤压铸造电机壳
挤压铸造（简称挤铸），也是“液体模锻”（或“液锻”），是将以低速大流量充型到铸型型腔内的金属液施以较高的机械静压力，并使铸件在压力下凝固、成型的工艺方法。随着全球能源危机和环境污染问题日益突出，产品高性能与轻量化需求不断提高，作为近净成型技术，后加工处理相对少，挤压铸造得到普遍关注。挤压铸造成型原理如下：将熔融合金液（或半固体浆料）以低速大流量的挤入金属模具型腔中，在挤压铸造成型原理中，在挤压铸造设备作用下，对液体（半固体）金属施以定时的挤压力，利用金属液在铸造状态下具有良好的填充流动性和模锻状态下使已成形的外壳不断产生塑性变形来使合金液在模腔内完成结晶成形。
此法制作出的产品主要有点有：1.产品铸造缺陷少，晶粒组织均匀，力学性能优良。金属液低速大流量铸造充型，且在较高机械压力作用下凝固，晶粒得到细化、组织均匀，气孔缩松等缺陷明显减少，力学性能高于其他普通铸件且铸件可以进行多种后处理。2.挤压的产品外观的轮廓清晰度与尺寸精准度比较好，铸件表面光洁。3.材料利用率高，减少材料费用，减少加工成本。4.可以实现自动化，适用于连续生产。同样此法存在一定的局限性：1.使用挤压铸造制造制作的机壳外圈无法增加用于加强产品自身强度的加强筋，对于产品强度设计要求比较高。2.机壳内部水道只能采取上下直通的形式，不能在机壳内部制做螺旋形水道。3.挤压的壳体不能将端盖与壳体集成，在壳体外部不能制作出凸台，不利于与其他相关部件进行集成设计。
4 低压铸造电机壳
铸造是将金属熔炼成符合要求的液体并浇进铸型里，经过冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造的零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸收振动的综合性能，是其它金属成形方法如锻、轧、焊、冲等工艺无法达到的。
本段内容介绍的低压铸造是将低压铸造及重力铸造的统称，此法铸型是模具钢等可以长期多次循环使用的金属型外模或可以重复使用的砂模。一般情况下内部砂芯的形状使用热芯盒或冷芯盒法来实现，在大批量的生产过程中普遍使用热芯盒法生产，整个浇注过程中，金属液在重力或比较小的压力作用下充满型腔，从金属液倒入浇口开始到模具型腔全部充满为止，全部在此作用力下充型和冷却凝固。此法制作的机壳主要特点有：1.实现了少余量或无余量加工。2.在铸造过程中铸件是在一定的压力作用下自下而上充型和补缩，减少卷气、涡流等现象的产生，平稳充型，有利于排气和减少铸件缺陷的产生，同时又在相对较高的压力下自上而下的结晶凝固，使得铸件内部组织致密，气孔、缩松等缺陷减少。3.浇铸过程中容易实现自动化，对于人的技术要求和依赖性较低，同时节约了劳动成本。4.内部采用砂型铸造可以在内部实现复杂的水道结构。5.后续可以进行热处理提高电机壳体的机械性能和力学性能。此法也存在一定的局限性例如：要求产品有一定的壁厚不利于整机减重；内部水道采用砂芯制作时需要对其进行清理，若清理不干净会影响整机的冷却循环系统等。
5高压铸造电机壳
压力铸造是液体或半固态金属在活塞的高压作用下以较高的速度填充铸造型型腔，并在压力作用下凝固而获得铸件的方法。压力铸造时作用于金属上的压力可以到20-200MPa，有时甚至高达500MPa。填充的线速度为0.5-120m/s；填充时间与铸件的大小有关，一般为0.01-0-2秒。最短仅有几千分之一秒。此外压铸模具具有很高的尺寸精度，对表面粗糙度的要求也很高。此法的优点有：1.铸件的尺寸精度高，一般为IT12-IT1，表面粗糙度Ra一般为3.2-0.8微米，最低达0.4微米，此存稳定，互换性好。2.壓铸件表面层晶粒较细，组织致密，表面层的硬度和强度一般比砂型铸造提高25%-30%，但伸缩率降低70%。3.可以制作薄壁复杂的铸件。4.生产效率高平均8小时可铸造700次以上，适用于大批量生产。5.由于压铸件具有尺寸精确、表面光洁的优点，可以不进行机加工而直接使用，或者少量加工，所以既可以提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备工时。此法的缺点有：1.采用一般压铸法，铸件易产生气孔，不能进行热处理。2.机壳内部水道无法铸造而出，需要将机壳分为两部分，加工完毕后再进行组装。3.不益于小批量生产，这主要的原因是因为压铸模具制造成本高，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。
6结语
对于不同的开发阶段出于成本及可实现性的考虑，可以采用不同的机壳制造方式。对于需求较少的或用于验证的产品可采用精雕的方式制作，对于小批量产品可以采用砂模铸造制作。对于已经到量产阶段需求量较大的情况可以考虑开金属模具进行高压铸造。对于内部结构复杂且需要一体成型的产品，可以考虑采用低压或重力铸造内部用砂芯填充的方法制造出需要的产品。
[关键词]新能源、电机壳体、铸造、加工
中图分类号：U469.7；U463.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）35-0380-01
1引言
随着全球石油资源紧张，以及目前日益突出的环境问题，新能源汽车迎来了新的机遇和挑战，新能源汽车对于能源的利用效率大大高于普通汽油汽车，目前纯电动汽车和混合动力汽车已经得到了充分的发展和应用。但制约新能源汽车发展的有两点，动力性能和续航里程。新能源驱动用电机需要较大的驱动性能，但电动汽车安装空间十分有限，要求电机需要具有较高的功率密度和效率，电机的冷却方面就又面临着挑战。
新能源汽车电机壳体作用：（1）散热作用。因其常常处于高温下，需要水冷散热系统来满足电机系统的散热要求，虽然水循环散热效果明显，但水循环结构复杂，存在水渗漏的风险，所以要求电机壳体较高的气密性。（2）支撑作用。端盖安装在电机壳体端面上，需要电机壳体具有一定的强度。电机壳体材料多为铸铁、铝合金。铸铁不仅不能实现减重效果，而且散热效果不佳。铝合金密度低、质量轻，导热系数高，使用铝合金替代传统铸铁生产电机壳体，不仅降低了汽车自身重量，而且增加了电机壳体自身的散热效果。电机壳体制作工艺主要包括精雕制作、压力铸造、低压/重力铸造、挤压铸造等。基于上述的问题通过对各种新能源电机壳体制造方法进行详细介绍，以希望大家对新能源电机壳体制造技术有所了解。
2精雕制作电机壳
当新能源电机壳体产品制作处于设计初始阶段，制作杨建数量不多时，处于开发成本的考虑可以使用机加工的方法将产品加工出来。此方法制作的新能源机壳主要有点有省去制作模具的时间及费用。缺点主要有制作单件成本比较高不适用于量产，与量产使用材料及热处理方式不同，制作出的产品在气密性检测方面可能与量产产品存在差异只能对其进行参考，不适用于内部存在腔体的结构，故一体式机壳不能采用此法。
3挤压铸造电机壳
挤压铸造（简称挤铸），也是“液体模锻”（或“液锻”），是将以低速大流量充型到铸型型腔内的金属液施以较高的机械静压力，并使铸件在压力下凝固、成型的工艺方法。随着全球能源危机和环境污染问题日益突出，产品高性能与轻量化需求不断提高，作为近净成型技术，后加工处理相对少，挤压铸造得到普遍关注。挤压铸造成型原理如下：将熔融合金液（或半固体浆料）以低速大流量的挤入金属模具型腔中，在挤压铸造成型原理中，在挤压铸造设备作用下，对液体（半固体）金属施以定时的挤压力，利用金属液在铸造状态下具有良好的填充流动性和模锻状态下使已成形的外壳不断产生塑性变形来使合金液在模腔内完成结晶成形。
此法制作出的产品主要有点有：1.产品铸造缺陷少，晶粒组织均匀，力学性能优良。金属液低速大流量铸造充型，且在较高机械压力作用下凝固，晶粒得到细化、组织均匀，气孔缩松等缺陷明显减少，力学性能高于其他普通铸件且铸件可以进行多种后处理。2.挤压的产品外观的轮廓清晰度与尺寸精准度比较好，铸件表面光洁。3.材料利用率高，减少材料费用，减少加工成本。4.可以实现自动化，适用于连续生产。同样此法存在一定的局限性：1.使用挤压铸造制造制作的机壳外圈无法增加用于加强产品自身强度的加强筋，对于产品强度设计要求比较高。2.机壳内部水道只能采取上下直通的形式，不能在机壳内部制做螺旋形水道。3.挤压的壳体不能将端盖与壳体集成，在壳体外部不能制作出凸台，不利于与其他相关部件进行集成设计。
4 低压铸造电机壳
铸造是将金属熔炼成符合要求的液体并浇进铸型里，经过冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。铸造的零件在具有一般机械性能的同时，还具有耐磨、耐腐蚀、吸收振动的综合性能，是其它金属成形方法如锻、轧、焊、冲等工艺无法达到的。
本段内容介绍的低压铸造是将低压铸造及重力铸造的统称，此法铸型是模具钢等可以长期多次循环使用的金属型外模或可以重复使用的砂模。一般情况下内部砂芯的形状使用热芯盒或冷芯盒法来实现，在大批量的生产过程中普遍使用热芯盒法生产，整个浇注过程中，金属液在重力或比较小的压力作用下充满型腔，从金属液倒入浇口开始到模具型腔全部充满为止，全部在此作用力下充型和冷却凝固。此法制作的机壳主要特点有：1.实现了少余量或无余量加工。2.在铸造过程中铸件是在一定的压力作用下自下而上充型和补缩，减少卷气、涡流等现象的产生，平稳充型，有利于排气和减少铸件缺陷的产生，同时又在相对较高的压力下自上而下的结晶凝固，使得铸件内部组织致密，气孔、缩松等缺陷减少。3.浇铸过程中容易实现自动化，对于人的技术要求和依赖性较低，同时节约了劳动成本。4.内部采用砂型铸造可以在内部实现复杂的水道结构。5.后续可以进行热处理提高电机壳体的机械性能和力学性能。此法也存在一定的局限性例如：要求产品有一定的壁厚不利于整机减重；内部水道采用砂芯制作时需要对其进行清理，若清理不干净会影响整机的冷却循环系统等。
5高压铸造电机壳
压力铸造是液体或半固态金属在活塞的高压作用下以较高的速度填充铸造型型腔，并在压力作用下凝固而获得铸件的方法。压力铸造时作用于金属上的压力可以到20-200MPa，有时甚至高达500MPa。填充的线速度为0.5-120m/s；填充时间与铸件的大小有关，一般为0.01-0-2秒。最短仅有几千分之一秒。此外压铸模具具有很高的尺寸精度，对表面粗糙度的要求也很高。此法的优点有：1.铸件的尺寸精度高，一般为IT12-IT1，表面粗糙度Ra一般为3.2-0.8微米，最低达0.4微米，此存稳定，互换性好。2.壓铸件表面层晶粒较细，组织致密，表面层的硬度和强度一般比砂型铸造提高25%-30%，但伸缩率降低70%。3.可以制作薄壁复杂的铸件。4.生产效率高平均8小时可铸造700次以上，适用于大批量生产。5.由于压铸件具有尺寸精确、表面光洁的优点，可以不进行机加工而直接使用，或者少量加工，所以既可以提高了金属利用率，又减少了大量的加工设备工时。此法的缺点有：1.采用一般压铸法，铸件易产生气孔，不能进行热处理。2.机壳内部水道无法铸造而出，需要将机壳分为两部分，加工完毕后再进行组装。3.不益于小批量生产，这主要的原因是因为压铸模具制造成本高，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。
6结语
对于不同的开发阶段出于成本及可实现性的考虑，可以采用不同的机壳制造方式。对于需求较少的或用于验证的产品可采用精雕的方式制作，对于小批量产品可以采用砂模铸造制作。对于已经到量产阶段需求量较大的情况可以考虑开金属模具进行高压铸造。对于内部结构复杂且需要一体成型的产品，可以考虑采用低压或重力铸造内部用砂芯填充的方法制造出需要的产品。