導(dǎo)讀

逆變器殼體輪廓尺寸為560 mm×470 mm×110 mm，平均壁厚為3 mm。主要由兩部分組成，一部分是將單片電池直流通過高頻調(diào)制成電轉(zhuǎn)換30~50 kHz、220 V交流電，另一部分是將交流電整流，濾波，調(diào)制成50 Hz、220 V交流電。這兩部分工作時(shí)都會(huì)釋放大量的熱量。為了確保逆變器工作溫度不超過60 ℃，逆變器殼體上設(shè)計(jì)了兩個(gè)水冷卻區(qū)域（冷卻水位置1和位置2），冷卻水位置2處需要攪拌磨檫焊實(shí)現(xiàn)密封功能。本研究重點(diǎn)闡述逆變器殼體鑄件的模具設(shè)計(jì)，并實(shí)際生產(chǎn)，旨在為類似產(chǎn)品的生產(chǎn)提供參考。

圖文結(jié)果

圖1為逆變器殼體，材質(zhì)為AlSi9Cu3合金，該合金適合于摩擦焊，抗拉強(qiáng)度達(dá)320 MPa，殼體質(zhì)量為7.80 kg，鑄造質(zhì)量為12.95 kg，采用16 000 kN壓鑄機(jī)生產(chǎn)。由于鑄件內(nèi)部型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，水道和密封部位面積較大，致密性要求較高，采用1模1腔多級(jí)順序增速和中等壓力壓鑄工藝生產(chǎn)，同時(shí)采用微噴涂技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)無脫模廢水的綠色壓鑄。

進(jìn)料系統(tǒng)設(shè)計(jì)見圖2和圖3。模具設(shè)計(jì)了4個(gè)滑塊、普通直冷卻水道、高壓點(diǎn)冷卻裝置，見圖4。CAE模流分析見圖5。模具需要5股主進(jìn)料口和2股側(cè)面進(jìn)料口，需要兩條“M”型集中排氣塊。冷料需要3組渣包和2組排氣引流道收集。5股主進(jìn)料確保鑄件兩大主要水冷卻部位填充順暢，避免在此位置卷氣和多股進(jìn)料匯合，填充時(shí)間須控制在100 ms以內(nèi)。模具內(nèi)澆口位置選擇在鑄件壁厚位置，鋁液在進(jìn)入內(nèi)澆口之前保持增速狀態(tài)，以減少能量損失。冷料和型腔內(nèi)殘余氣體推移到設(shè)定的渣包和排氣塊位置。

圖1 逆變器殼體

圖2 進(jìn)料和排氣系統(tǒng)

圖3 冷料收集和排氣系統(tǒng)

圖4 模具與高壓點(diǎn)冷裝置

整個(gè)進(jìn)料系統(tǒng)中，鋁合金液流過每一截面的速度與截面積成反比：

S1v1=S2v2=S3v3

式中，S1為料筒（料柄）截面積；v1為壓射頭二快速度；S2為主流道截面積；v2為鋁合金液流過主流道的速度；S3為內(nèi)澆口截面總面積；v3為鋁合金液流過內(nèi)澆口速度。模具設(shè)計(jì)中需要避免進(jìn)料系統(tǒng)中單個(gè)截面變速過大，增速過大會(huì)導(dǎo)致快速?zèng)_蝕澆口，減速過大會(huì)產(chǎn)生局部冷隔或澆不足等缺陷。模具澆口和排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。

圖5 充型時(shí)間與溫度分析

表1 多級(jí)增速進(jìn)料和排氣系統(tǒng)

為了確保鋁合金液在填充過程中保持增速，根據(jù)實(shí)踐驗(yàn)證，合金液在填充過程中，單級(jí)加速比小于4時(shí)壓力損失較小。模具料筒截面積、主流道截面積、內(nèi)澆口截面積比經(jīng)過優(yōu)化為9.8:3.17:1。5股主進(jìn)料口可以滿足鋁合金液快速充填逆變器殼體主體部分和水冷卻位置，但是到達(dá)側(cè)壁的阻力較大，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量失溫較大，側(cè)壁處會(huì)產(chǎn)生冷隔、花斑等缺陷，因此模具側(cè)面需要增加兩路輔助澆口進(jìn)料來改變型腔內(nèi)冷料和高溫氣體的流向，減小充填阻力，降低鑄造壓力，避免產(chǎn)生脹?，F(xiàn)象。鑄件分型面披鋒控制在0.12 mm以內(nèi)，以消除毛刺。

模具設(shè)計(jì)了普通冷卻運(yùn)水和3組高壓點(diǎn)冷裝置，見表2，實(shí)現(xiàn)了模芯、滑塊、內(nèi)澆口等處的溫度基本一致，均保持在180 ℃左右。高壓點(diǎn)冷將鑄件局部壁厚處的熱量通過純水傳導(dǎo)出去，在一個(gè)壓鑄循環(huán)周期內(nèi)將模具溫度降到160 ℃左右，實(shí)現(xiàn)了模具溫度的動(dòng)態(tài)平衡，不需要通過噴水來降低模具溫度，縮短了噴霧時(shí)間，降低局部粘?，F(xiàn)象，改善了因大量噴涂可能產(chǎn)生的氣孔。

表2 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)

逆變器殼體的平均壁厚為3 mm，將CAE分析數(shù)據(jù)與實(shí)際壓鑄參數(shù)對(duì)比驗(yàn)證得出：鑄造壓力為75 MPa，二快速度為4.60 m/s，內(nèi)澆口1處的進(jìn)料速度為45.08 m/s，鋁液進(jìn)入內(nèi)澆口1處溫度為630 ℃，增壓壓力為90 MPa。AlSi9Cu3合金液在630 ℃時(shí)流動(dòng)性較好，含氫量低，填充阻力小，鑄件成形效果最佳；“M”型排氣塊的排氣壓力控制在6 MPa，模具型腔內(nèi)冷料和殘余氣體需要在150 ms以內(nèi)推進(jìn)溢流口和排氣塊。

模具在進(jìn)料系統(tǒng)、模心、滑塊等進(jìn)料部位設(shè)計(jì)8路普通運(yùn)水，局部厚壁部位增加了3組高壓點(diǎn)冷卻裝置，確保了模芯近澆口部位和局部高溫區(qū)的熱量能夠快速傳遞到冷卻水中。經(jīng)過測(cè)溫儀實(shí)際測(cè)量，模芯和滑塊部位的溫度控制在180 ℃，排氣部位控制在140 ℃時(shí)鑄件品質(zhì)理想，見表3。模具溫度可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)平衡，不需要通過噴涂來冷卻，本模具生產(chǎn)時(shí)只需噴霧狀脫模劑即可，無需噴水，壓鑄過程實(shí)現(xiàn)了零脫模廢水的清潔生產(chǎn)，生產(chǎn)節(jié)拍由行業(yè)平均水平的75 s縮短至65 s。模具壽命提高至15萬次以上。

表3 冷卻水溫度設(shè)計(jì)

圖6 逆變器殼體CT報(bào)告

逆變器殼體模具經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)和多級(jí)增速壓鑄工藝優(yōu)化后，已實(shí)現(xiàn)了大批量生產(chǎn)，鑄件內(nèi)部CT切片報(bào)告見圖6。逆變器殼體的兩個(gè)需要攪拌摩擦焊冷卻水密封區(qū)域不得有大于0.2 mm的氣孔，CT結(jié)果符合要求。模具進(jìn)料過程確保多級(jí)增速，避免了局部增速過快，降低了填充阻力，減緩了模具沖蝕，模具壽命提高到15萬次模以上。普通冷卻水和高壓點(diǎn)冷組合使用，通過模溫自動(dòng)平衡，實(shí)現(xiàn)了無水噴涂，縮短了壓鑄生產(chǎn)節(jié)拍。

《電動(dòng)汽車逆變器殼體壓鑄模具設(shè)計(jì)與實(shí)踐》

張必勝1 張玉田1 張正來2 陸如輝3 劉景3

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