新能源汽车电机壳体挤压铸造工艺研究

【摘要】：由于节能减排的需求,电机壳体作为新能源汽车电机驱动系统的重要零部件,其材料由铝合金替代铸铁,不仅降低汽车自身重量,还改善了电机的散热效果。但是,常规铸造工艺下,铝合金电机壳体制件内部易产生缩松缩孔,制件气密性低,本文使用挤压铸造工艺代替常规铸造工艺,提升电机壳体成形质量、气密性、产品合格率。本文选用ADC12铝合金,结合数值模拟和试验分析,应用挤压铸造工艺制备电机壳体。通过数值仿真、X-ray探伤、密度分析、力学性能分析、气密性分析等方法,研究了不同工艺参数对电机壳体成形质量和气密性的影响,并通过优化的工艺参数获得性能优良的电机壳体。本文主要研究工作如下:(1)结合电机壳体零件的结构和性能要求,对电机壳体挤压铸造工艺分析及设备参数核算,设计了电机壳体铸件模型,选用了合适的机型,初步确定了间接挤压铸造试验的工艺参数。根据电机壳体铸件模型,对铸件结构分析,设计了模内自动切离浇注系统的电机壳体间接挤压铸造模具。(2)利用ProCAST对电机壳体挤压铸造过程中充型和凝固仿真,验证电机壳体工艺设计合理性,结果表明:充型时没有紊流、卷气现象,制件定向凝固,利于压力传递。结合单一变量法,研究了浇注温度和模具温度对电机壳体缩松缩孔的影响规律。模拟结果表明:过低或者过高的浇注温度都不利于铸件缩松缩孔的改善,模拟发现浇注温度在680-700℃之间较为合理;随着模具温度的提高,铸件的缩松缩孔渐渐减少,当模具温度达到280℃时,电机壳体的缩松缩孔最少。铸件关键区域依然存在的缩松,在模具设计中可以设计局部补压装置来消除。(3)本文以比压、浇注温度和模具温度为变量设计了三因素三水平的正交试验,进行电机壳体间接挤压铸造试验。通过对铸件内外部质量检测、密度测定、显微组织观察、力学性能和气密性分析,结果表明:合适的浇注温度和模具温度有利于电机壳体充型质量,压力传递顺畅,补缩效果提高,缩松缩孔减少,晶粒组织圆整,力学性能优良;当比压增加至110MPa,电机壳体铸件缩松缩孔明显降低,致密度和力学性能显著提高。综合分析,最终确定了铝合金电机壳体最佳工艺参数:比压110MPa、浇注温度680℃、模具温度280℃、保压时间30s、冲头速度0.1m/s。在此工艺参数下生产,利用自行设计的气密性工装检测电机壳体气密性,气密性合格率达到86%。电机壳体以铝合金代替铸铁,符合轻量化要求,并且采用挤压铸造工艺生产,更加满足零件成形质量、气密性、合格率要求。 【关键词】：电机壳体 挤压铸造 铝合金 工艺参数 气密性
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U466;U469.7
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-23
• 1.1 课题来源和研究背景意义11-12
• 1.2 电机壳体工艺现状12-13
• 1.3 挤压铸造概述13-21
• 1.3.1 挤压铸造原理13-15
• 1.3.2 挤压铸造工艺特点15-16
• 1.3.3 挤压铸造和压铸的比较16-17
• 1.3.4 挤压铸造技术研究现状和发展趋势17-21
• 1.4 论文的研究内容及研究路线21-23
• 1.4.1 论文的研究内容21
• 1.4.2 论文的技术路线21-23
• 第二章 电机壳体挤压铸造工艺与模具设计23-40
• 2.1 电机壳体工艺结构分析23-24
• 2.2 挤压铸造工艺设计24-27
• 2.2.1 挤压铸造方式选择24
• 2.2.2 模腔内铸件数的确定24
• 2.2.3 压室容量的选择24-25
• 2.2.4 内浇口的选择25-26
• 2.2.5 分型面的选择26
• 2.2.6 铸件模型的确定26-27
• 2.3 挤压铸造设备分析与选择27-30
• 2.4 主要工艺参数的确定30-32
• 2.5 间接挤压铸造模具设计32-38
• 2.5.1 模具设计关键问题及设计难点32-33
• 2.5.2 模具整体结构设计33-34
• 2.5.3 模具工作原理34
• 2.5.4 模具关键零部件设计34-38
• 2.5.5 模具材料的选择38
• 2.6 本章小结38-40
• 第三章 电机壳体间接挤压铸造数值模拟分析40-53
• 3.1 ProCAST挤压铸造过程模拟基本步骤40-41
• 3.2 数值模拟前处理41-44
• 3.2.1 几何模型的建立41
• 3.2.2 模拟关键参数的确定41-44
• 3.3 电机壳体充型凝固数值模拟44-48
• 3.3.1 充型过程数值模拟44-46
• 3.3.2 凝固过程数值模拟46-48
• 3.4 缩松缩孔分析48-51
• 3.4.1 不同浇注温度对电机壳体铸件缩松缩孔的影响49-50
• 3.4.2 不同模具温度对电机壳体铸件缩松缩孔的影响50-51
• 3.5 本章小结51-53
• 第四章 电机壳体间接挤压铸造成形工艺研究53-78
• 4.1 试验准备和方案53-58
• 4.1.1 试验材料53-54
• 4.1.2 试验设备54-55
• 4.1.3 试验方案55-57
• 4.1.4 检测与分析57-58
• 4.2 电机壳体间接挤压铸造的试验流程58-60
• 4.3 工艺参数对充型的影响60-63
• 4.4 工艺参数对密度的影响63-66
• 4.5 工艺参数对显微组织的影响66-68
• 4.6 工艺参数对力学性能的影响68-72
• 4.7 电机壳体气密性检测72-76
• 4.7.1 气密性检测原理及结果72-73
• 4.7.2 影响电机壳体气密性的主要因素73-76
• 4.8 本章小结76-78
• 第五章 总结与展望78-80
• 5.1 总结78-79
• 5.2 展望79-80
• 参考文献80-84
• 致谢84-85
• 攻读硕士期间的主要科研成果85

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