一种汽车水冷电机壳铸件的铸造模及铸造工艺

摘要

本发明公开了一种汽车水冷电机壳铸件的铸造模，包括上模和下模，上模下方还安装有钢芯，下模上纵向安装有四个定位座，定位座沿钢芯轴线均匀分布，下模上还安装有一对第一活动边模和一对第二活动边模，上模和下模之间还安装有砂芯组件，砂芯组件包括砂芯，砂芯的形状与电机壳中的水道形状相同，沿砂芯轴线均匀安装有四个条状定位，砂芯通过多个连接块与条状定位连接，每个定位座上均开设有条状定位槽，每个条状定位均安装在一个条状定位槽中。本发明中，采用低压铸造与重力铸造相结合的铸造工艺，且在定位槽处设置负压抽气装置，有效解决了铸件的顺序凝固及砂芯排气问题，电机壳铸件成品率大大提高。

权利要求

1.一种汽车水冷电机壳铸件的铸造模，其特征在于：包括上模和下模，所述上模下方还安装有钢芯，所述下模上纵向安装有四个定位座，四个所述定位座沿所述钢芯轴线均匀分布，所述下模上还安装有一对第一活动边模和一对第二活动边模，一对第一活动边模 和一对第二活动边模 沿所述钢芯轴线均匀分布，任意一个第一活动边模或第二活动边模均设置在一组相邻的定位座之间，所述上模和下模之间还安装有砂芯组件，所述砂芯组件包括砂芯，所述砂芯的形状与电机壳中的水道形状相同，沿所述砂芯轴线均匀安装有四个条状定位，所述砂芯通过多个连接块与条状定位连接，每个所述定位座上均开设有条状定位槽，每个所述条状定位均安装在一个条状定位槽中；在电机壳外壁凸台及吊装孔位置相对应处的第一活动边模或一对第二活动边模上安装有水冷装置。

2.根据权利要求1所述的汽车水冷电机壳铸件的铸造模，其特征在于：每个所述条状定位槽均与负压抽气装置连接。

3.根据权利要求2所述的汽车水冷电机壳铸件的铸造模，其特征在于：所述砂芯组件上方的上模上还开设有多个保温冒口，所述凸台和吊装孔上方的保温冒口开设有五个排气塞，其余的保温冒口开设有一个排气塞，且每个保温冒口中均设置有隔热层。

4.根据权利要求3所述的汽车水冷电机壳铸件的铸造模，其特征在于：所述砂芯组件表面覆盖有一层水基涂料。

5.一种利用权利要求1所述的铸造模铸造汽车水冷电机壳的铸造工艺，其特征在于，包括以下步骤：S1、制芯、熔炼金属；

S2、铸造模合模前处理和配芯合模；

S3、向铸造模浇注金属,并保压；

S4、清理铸件的浇冒口；

S5、清除铸件水道内的砂芯及涂料；

S6、出砂口加工及焊接，并对铸件外观进行清理、打磨；

S7、对铸件进行热处理；

S8、对铸件进行抛丸；

其中，所述步骤S1中，熔炼是采用连续式天然气熔化炉，将对应材质的铝锭熔化为铝液，再进行变质、精炼，出铝温度控制在735-745℃范围内；

所述步骤S2具体方法为：将模具温度烘烤到280-320℃、浇口温度烘烤至350℃以上，并均匀在边模及上抽芯喷涂脱模剂，再将砂芯放置到模具内进行配芯，最后合模待浇注；

所述步骤S3中，浇注是将温度在685-700℃的铝液在模具中依次经过以下步骤：S31、在400mbar的压力下，保持15～17s；

S32、在400mbar的压力下，保持1～2s；

S33、在750mbar的压力下，保持6～8s；

S34、在750mbar的压力下，保压400～900s。

6.根据权利要求5所述的铸造工艺，其特征在于，所述步骤S4中，采用卧式锯床和等离子切割机去除浇冒口；所述步骤S5中，采用高频振动落砂机将铸件砂芯和砂芯表面涂料清除；所述步骤S6中，采用镗床加工出砂口，采用氩弧焊焊接；所述步骤S7中，热处理为固溶处理加完全人工时效处理；所述步骤S8中，采用φ0.6mm的不锈钢丸将铸件外表面进行抛丸处理。

说明书

一种汽车水冷电机壳铸件的铸造模及铸造工艺

技术领域

[0001] 本发明涉及铸造技术领域，尤其涉及一种新能源汽车用水冷电机壳铸件的铸造模及铸造工艺。

背景技术

[0002] 参阅图1至图3所示，新能源汽车用水冷电机壳，带有螺旋式（或Z字型）冷却水道的铸铝件，它是新能源汽车的重要零部件。在工业生产上，所述电机壳目前国内一般采用普通低压铸造工艺生产，自上而下顺序凝固成型。所述水冷机壳材料的化学成分是：Si:6.5-7.5；Fe：≤0.12；Cu：≤0.1；Mn：≤0.05；Zn≤0.05；Ti：0.08-0.20。所述水冷机壳机械性能的要求是：抗拉强度≥290MPa，延伸率≥3%，布氏硬度≥80。要求压力0.5MPa，保压5Min无泄漏。

[0003] 由于所述水冷电机壳结构比较复杂，外部具有多圈加强筋面1，且铸件外壁还设置有方形凸台5和吊装孔6，内部存在螺旋式（或Z字型）水道8、外部存在孤立安装凸台，以致铸件存在较大的壁厚差，并且会出现局部过热，致使铸件内壁、顶端及凸台处极易出现缩孔、缩松现象，由于铸造时内部存在螺旋式（或Z字型）水道8，水道8由覆膜砂成型，芯体在浇注时容易移位，导致水道8位置精度低，壁厚均匀，并且浇注时经常出现由于砂型发气导致的气孔缺陷，甚至导致铸件无法成型。因而，所述水冷电机壳的合格率较低，存在缩孔、气孔等铸造缺陷；制成品常常发生试压漏气问题，合格率不足50% 。因此，无法保证新能源汽车水冷电机壳的使用性能及产量要求，一度严重影响我国新能源汽车的产业化进程。

发明内容

[0004] 本发明的第一目的在于解决现有技术中所存在的技术问题，从而提供一种结构合理，水道浇注时位置精度高，水道位置处壁厚均匀，铸件成品率较高的汽车水冷电机壳铸件的铸造模。

[0005] 本发明的第二目的在于提供一种根据上述汽车水冷电机壳铸件的铸造模生产铸件的铸造工艺。

[0006] 为了实现本发明的第一目的，本发明所采用的技术方案如下：

[0007] 本发明的一种汽车水冷电机壳铸件的铸造模，包括上模和下模，所述上模下方还安装有钢芯，所述下模上纵向安装有四个定位座，四个所述定位座沿所述钢芯轴线均匀分布，所述下模上还安装有一对第一活动边模和一对第二活动边模，一对第一活动边摸和一对第二活动边摸沿所述钢芯轴线均匀分布，任意一个第一活动边模或第二活动边模均设置在一组相邻的定位座之间，所述上模和下模之间还安装有砂芯组件，所述砂芯组件包括砂芯，所述砂芯的形状与电机壳中的水道形状相同，沿所述砂芯轴线均匀安装有四个条状定位，所述砂芯通过多个连接块与条状定位连接，每个所述定位座上均开设有条状定位槽，每个所述条状定位均安装在一个条状定位槽中。

[0008] 进一步地，与电机壳外壁凸台及吊装孔位置相对应处的第一活动边模或一对第二活动边模上安装有水冷装置。

[0009] 进一步地，每个所述条状定位槽均与负压抽气装置连接。

[0010] 进一步地，所述砂芯组件上方的上模上还开设有多个保温冒口，所述凸台和吊装孔上方的保温冒口开设有五个排气塞，其余的保温冒口开设有一个排气塞，且每个保温冒口中均设置有隔热层。

[0011] 进一步地，所述砂芯组件表面覆盖有一层水基涂料。

[0012] 为了实现本发明的第二目的，本发明所采用的技术方案如下：

[0013] 一种汽车水冷电机壳铸件的铸造工艺，包括以下步骤：

[0014] S1、制芯、熔炼金属；

[0015] S2、铸造模合模前处理和配芯合摸；

[0016] S3、向铸造模浇注金属,并保压；

[0017] S4、清理铸件的浇冒口；

[0018] S5、清除铸件水道内的砂芯及涂料；

[0019] S6、出砂口加工及焊接，并对铸件外观进行清理、打磨；

[0020] S7、对铸件进行热处理；

[0021] S8、对铸件进行抛丸；

[0022] 进一步地，所述步骤S1中，熔炼是采用连续式天然气熔化炉，将对应材质的铝锭熔化为铝液，再进行变质、精炼，出铝温度控制在735-745℃范围内。

[0023] 进一步地，所述步骤S2具体方法为：将模具温度烘烤到280-320℃、浇口温度烘烤至350℃以上，并均匀在边模及上抽芯喷涂脱模剂，再将砂芯放置到模具内进行配芯，最后合模浇注。

[0024] 进一步地，所述步骤S3中，浇注是将温度在685-700℃的铝液在模具中依次经过以下步骤：

[0025] S31、在400mbar的压力下，保持15～17s；

[0026] S32、在400mbar的压力下，保持1～2s；

[0027] S33、在750mbar的压力下，保持6～8s；

[0028] S34、在750mbar的压力下，保压400～900s。

[0029] 进一步地，所述步骤S4中，采用卧式锯床和等离子切割机去除浇冒口；所述步骤S5中，采用高频振动落砂机将铸件砂芯和砂芯表面涂料清除；所述步骤S6中，采用镗床加工出砂口，采用氩弧焊焊接；所述步骤S7中，热处理为固溶处理加完全人工时效处理；所述步骤S8中，采用φ0.6mm的不锈钢丸将铸件外表面进行抛丸处理。

[0030] 与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在下模上设置四个定位座，并且定位座沿上模上的钢芯轴线均匀分布，并且下模上还设置有一对第一活动边模和一对第二活动边模，任意一个第一活动边模或第二活动边模安装在相邻两个定位座之间，并且上模和下模之间还安装有砂芯组件，砂芯的形状与电机壳中的水道形状相同，并且砂芯上均匀安装有四个纵向设置的条状定位，每个定位座上均安装有条状定位槽，所述条状定位安装在每个条状定位槽中。通过该装置，在生产时，砂芯组件可以通过四个定位座固定，保证砂芯组件的位置，而电机壳铸件的外形通过两个第一活动边模和两个第二活动边模对四个方向定位，条状定位通过连接块与砂芯连接，铸件凝固以后，清理完砂芯，砂芯连接块处形成的空腔采用氩弧焊焊接，砂芯形成铸件中的水道。水冷机壳内腔单面按照工艺要求设置理论加工量，脱模斜度设置为0.5度，铸件顶端设置保温冒口，冒口内必须设置排气塞，采用低压铸造与重力铸造相结合的铸造工艺，且在定位槽处设置负压抽气装置，有效解决了铸件的顺序凝固及砂芯排气问题，电机壳铸件成品率大大提高。

附图说明

[0031] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0032] 图1是本发明所述水冷电机壳的主示意图；

[0033] 图2是图1的A-A剖视图；

[0034] 图3是图1的俯视图；

[0035] 图4是本发明螺旋砂芯结构示意图；

[0036] 图5是本发明的汽车水冷电机壳铸件的铸造模结构图；

[0037] 图6是本发明中第一活动边模的结构图；

[0038] 图7是本发明中上模结构图；

[0039] 图8是本发明中电机壳铸件及保温冒口结构图；

[0040] 图9是本发明铸造工艺的流程示意图。

具体实施方式

[0041] 下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

[0042] 参阅图4、图5所示，本发明提供的一种汽车水冷电机壳铸件的铸造模，包括上模3-1和下模3-2，上模3-1下方还安装有钢芯4，下模3-2上纵向安装有四个定位座10，四个定位座10沿钢芯4轴线均匀分布，下模3-2上还安装有一对第一活动边模2-1和一对第二活动边模2-2，第一活动边模2-1和一对第二活动边模2-2形成前后左右“十”字型四开模，一对第一活动边摸2-1和一对第二活动边摸2-2沿钢芯4轴线均匀分布，任意一个第一活动边模2-1或第二活动边模2-2均设置在一组相邻的定位座之间；第一活动边模2-1、一对第二活动边模
2-2、上模3-1、下模3-2、钢芯4均可以使用45#铸钢制成。上模3-1和下模3-2之间还安装有砂芯组件，砂芯组件包括砂芯9，砂芯9的形状与电机壳中的水道8形状相同，形状可以是螺旋形或者是Z型，沿砂芯9轴线均匀安装有四个条状定位11，砂芯9通过多个连接块13与条状定位11连接；优选的，条状定位11位与螺旋砂芯9之间采用圆柱体13连接，最大限度的保证所述铸件出砂口的焊接性能。每个定位座10上均开设有条状定位槽19，每个条状定位均安装在一个条状定位槽19中。条状定位11突出铸件外表面，通过锁紧边模，可实现螺旋砂芯上下方向的固定。

[0043] 通过在下模3-2上设置四个定位座10，并且定位座10沿上模3-1上的钢芯4轴线均匀分布，并且下模3-2上还设置有一对第一活动边模2-1和一对第二活动边模2-2，任意一个第一活动边模2-1或第二活动边模2-2安装在相邻两个定位座10之间，并且上模3-1和下模3-2之间还安装有砂芯组件，砂芯9的形状与电机壳中的水道形状相同，并且砂芯9上均匀安装有四个纵向设置的条状定位11，每个定位座10上均安装有条状定位槽19，所述条状定位
11安装在每个条状定位槽19中。通过该装置，在生产时，砂芯组件可以通过四个定位座10固定，保证砂芯组件的位置，而电机壳铸件的外形通过两个第一活动边模2-1和两个第二活动边模2-2对四个方向定位，条状定位11通过连接块13与砂芯9连接，铸件凝固以后，清理完砂以后，条状定位11处可以加工成配流盒安装腔，砂芯9形成铸件中的水道8，连接块13处的空腔形成水道和配流盒安装腔的通道。水道位置处的铸件壁厚均匀，减少了缩松缩孔率，电机壳铸件成品率大大提高。

[0044] 在本发明中，每个条状定位槽19均与负压抽气装置12连接，用于抽取砂芯受热产生的气体。参阅图6所示，与电机壳外壁凸台5及吊装孔6位置相对应处的第一活动边模2-1或一对第二活动边模2-2上安装有水冷装置7。由于所述铸件厚大部位的外表面布置水冷装置7，加速该部位冷却，避免了缩孔缺陷。水冷装置7的壁厚可以为6-8mm。

[0045] 参阅图7、图8所示，砂芯组件上方的上模3-1上还开设有多个保温冒口17，凸台5和吊装孔6上方的保温冒口17开设有五个排气塞20，其余的保温冒口17开设有一个排气塞20，且每个保温冒口17中均设置有隔热层18，使铸件实现由上下两端向中间进行补缩。

[0046] 在本实施例中，铸件上端的保温冒口17分为两种：φ90*80mm冒口，位于凸台5及吊装孔6上部，共3处；φ75*70mm冒口，位于沿圆周均布的其他位置，共8处；保温冒口17均为带有石棉隔热层的保温冒口。排气塞规格可以为φ16*20mm。

[0047] 优选的，铸件内腔单边按照工艺要求设置理论加工余量，由铸件内腔顶端往下单边0.5°脱模斜度。砂芯组件表面覆盖有一层水基涂料，防止砂芯中的砂与铸件粘接。具体的，铸件毛坯包括直浇道14、横浇道15、内浇道16在内的浇注系统，设置到钢芯4与底模3-2的分型面上。

[0048] 这一技术方案是保证铸件质量、避免所述铸造缺陷的有效措施，但并不局限于此。所述高度、直径均可依据实际需要做具体调整。但本发明并不主张所述高度、直径小于所述尺寸大小的范围。

[0049] 参阅图9所示，本发明还提供一种汽车水冷电机壳铸件的铸造工艺，包括依次进行以下步骤：

[0050] S1、制芯、熔炼金属；

[0051] S2、铸造模合模前处理和配芯合摸；

[0052] S3、向铸造模浇注金属,并保压；

[0053] S4、清理铸件的浇冒口；

[0054] S5、清除铸件水道内的砂芯及涂料；

[0055] S6、出砂口加工及焊接，并对铸件外观进行清理、打磨；

[0056] S7、对铸件进行热处理；

[0057] S8、对铸件进行抛丸；

[0058] 在本发明的优选实施例中，步骤S1中，熔炼是采用连续式天然气熔化炉，将对应材质的铝锭熔化为铝液，再进行变质、精炼，出铝温度控制在735-745℃范围内。精炼剂可以为纯度为99.99%的氩气，以及高效无公害清渣剂；所用的变质剂可以为铝锶合金。

[0059] 步骤S2具体方法为：将模具温度烘烤到280-320℃、浇口温度烘烤至350℃以上，并均匀在边模及上抽芯喷涂脱模剂，再将砂芯放置到模具内进行配芯，最后合模浇注。涂料为派瑞克公司的39#及34# 配合使用。

[0060] 步骤S3中，浇注是将温度在685-700℃的铝液依次经过以下步骤：

[0061] S31、在400mbar的压力下，保持15～17s；

[0062] S32、在400mbar的压力下，保持1～2s；

[0063] S33、在750mbar的压力下，保持6～8s；

[0064] S34、在750mbar的压力下，保压400～900s。

[0065] 步骤S4中，采用卧式锯床和等离子切割机去除浇冒口。

[0066] 步骤S5中，清砂，是将未热处理的铸件，采用高频振动落砂机将铸件砂芯和砂芯表面涂料震碎清除。

[0067] 步骤S6中，采用镗床加工出砂口，采用氩弧焊焊接。

[0068] 步骤S7中，热处理为固溶处理加完全人工时效处理。

[0069] 步骤S8中，采用φ0.6mm的不锈钢丸将铸件外表面进行抛丸处理。

[0070] 在本发明的另一个优选实施例中，步骤S5之后的铸件经过镗孔以后氩弧焊，并对铸件外观进行打磨，然后经过热处理，热处理后的铸件进行不锈钢抛丸处理，将抛丸后的电机壳铸件入库。

[0071] 由以上所给的技术方案可以明了，本发明所述铸造模，由于所述铸件厚大部位的外表面布置水冷装置7，丝孔进行底孔预铸，加速该部位冷却，避免了缩孔缺陷。内腔减少机械加工余量，从而使加工面位于铸件致密层中，避免了内腔加工面缩孔导致的打压漏气。上端设置保温冒口17，增强对整个铸件的补缩能力，避免了铸件顶端的缩孔及补缩不足导致的铸件中段缩孔。在本发明所主张的铸造工艺条件下，使所述水冷电机壳的合格率由50%提高到96%以上，大幅降低了试压漏气问题，从而实现了本发明的目的。

[0072] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动获得的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。