一种新能源汽车水冷式电机机壳及其摩擦焊工艺的制作方法

本发明属于新能源汽车电机加工技术领域，尤其是一种新能源汽车水冷式电机机壳及其摩擦焊工艺。

背景技术：

目前，新能源汽车用水冷电机壳的生产领域，主要的工艺方法有两种，一种是内壳和外壳两体焊接的方法，该工艺方法需要分别铸造内壳和外壳，然后分别机械加工，在内壳上加工出螺旋水道，然后再整体焊接，费工费时，效率低下，成本高，并且质量不稳定，容易出现焊缝漏水。另一种是预埋铜管或不锈钢管嵌铸在电机壳内部的方法，该工艺的弊端是水道与本体材质不同，导热系数和膨胀系数均不同，且嵌铸后无法形成一体，导致水冷机壳的散热性能差，无法满足新能源汽车用水冷电机的要求。

目前在电机壳加工企业中，都是采用人工或机器人氩弧焊焊接工艺，但是该产品为中空式水循环冷却方式，一是对气密性要求较高，一般为：0.8mpa,10min；二是焊接面要求平整顺滑无凸起、夹渣、气泡、咬边、缩松等缺陷。人工或机器人氩弧焊过程中，必须对毛坯件及辅助件打坡口后进行焊接。目前工艺为：机加工毛坯焊接前焊接面并打坡口—辅助工件（盖板）加工并打坡口—清洗焊接对接面—焊接（人工焊接）—机加工焊接后焊接面—测试气密性—（转后续加工工序到成品入库）。

上述焊接工艺在具体实施时，主要存在一下缺陷：（1）成型差，有裂纹，气孔，烧穿，未焊透，夹渣；（2）需要大量辅助材料，如：焊条（焊丝），保护气体，清洗剂等；（3）安全隐患的存在，如：起弧飞溅，有害烟尘吸入，对接面力学性能差局断裂；（4）现场多次周转，生产效率低下，致生产成本上升。以上缺点由于焊接技术人员技能高低不同，设备辅材质量差异而不可避免产生，使其产品不能100%的满足技术要求，且存在运行后的漏水风险。

由于环保方面的要求，国家对新能源汽车领域的支持和发展，使其该产品发展空间较大，今年产量增幅较大，为适应大批量生产的要求，需要对该类产品焊接工艺进行了优化，使其能够满足客户的技术要求，同时提高生产效率。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种新能源汽车水冷式电机机壳及其摩擦焊工艺，该电机机壳不仅结构简单，而且方便用于电机降温，提高电机的冷却效率，有效防止相邻水道之间漏水情况的发生，同时焊接工艺节省了打坡口及清洗对接面等工序，减少了现场周转，提高了生产效率，降低生产成本。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种新能源汽车水冷式电机机壳，包括电机外壳，在电机外壳内部设有冷却水道，其特征在于所述的冷却水道为螺旋水道，所述的螺旋水道的水道出水口和水道进水口均位于电机机壳的外侧，其中水道进水口与螺旋水道相切，水道出水口与螺旋水道垂直，在电机机壳外表面设有水道槽，所述的水道槽的长度与电机机壳轴线方向一致,水道槽的底部设有与螺旋水道圈数一致的孔，每个孔与螺旋水道连通，水道槽与盖板配合。

对上述结构作进一步限定，所述的电机外壳两侧设有连接用的连接法兰，在电机外壳侧面设有固定座和接线盒。

对上述结构作进一步限定，所述的螺旋水道的螺旋圈数为3-4圈。

对上述结构作进一步限定，所述的水道槽位于电机外壳外侧表面，并且水道槽与水道出水口和水道进水口的开口方向背离。

对上述结构作进一步限定，所述的水道槽、水道出水口和水道进水口之间的相位夹角为120°。

一种新能源汽车水冷式电机机壳摩擦焊工艺，其特征在于包括如下步骤：

（1）利用低压铸造或重力铸造的工艺，对电机外壳进行铸造成型，其中螺旋水道为浇铸砂芯成型，其中砂芯采用内含溃散剂的高强度覆膜砂制作，通过射芯机将覆膜砂成形；

（2）利用搅拌摩擦专用焊机，配合辅助焊接工装，对盖板的焊接面进行加工，使其与电机外壳形成一体；

（3）把电机外壳置于密封性检测试验台，检测螺旋水道的密封性，若有漏水，则返回步骤2；

（4）对盖板表面、电机外壳表面以及两者的焊缝处利用铣刀进行精车，使焊接面的粗糙度达到电机外壳的要求，同时对螺旋水道的密封性，若有漏水，则返回步骤2；

（5）最后把电机外壳清洗、包装、入库。

对上述工艺作进一步补充，所述的辅助焊接工装包括工作平台，在工作平台上固定方形的定位垫块和直角基座，其中定位垫块支撑电机外壳上的固定座，直角基座套设在电机外壳的中心孔外侧，在直角基座和电机外壳之间通过定位盘固定连接，在中心孔内穿过电机轴，电机轴的一端与直角基座固定，另一端通过圆筒形的垫块和锁紧螺母压紧电机外壳，在直角基座上设有用于对定位盘定位的定位销。

对上述工艺作进一步补充，所述的密封性检测试验台包括可以移动的双层平台，在平台的上层设置电机外壳，其中电机外壳的水道出水口设置出水开关，电机外壳的水道进水口设置进水开关，其中进水开关通过进水管与电动试压泵连接，出水开关通过出水管与回水收集箱连接，在进水管终端设置压力表和第二气缸，出水开关分支管与第一气缸连接。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：

（1）本发明中的电机外壳内部采用螺旋水道进行电机散热，螺旋水道中的进水口和出水口设置在电机外壳表面，与冷却水系统形成一个闭循环，从而实现快速散热，同时螺旋水道上设置与之相连通的水道槽，方便螺旋水道铸造时排除砂芯，水道槽与盖板配合，有效防止相邻水道之间漏水情况的发生。该电机机壳不仅结构简单，而且方便用于电机降温，提高电机的冷却效率，

（2）本发明中的摩擦焊工艺是利用摩擦焊的方式对盖板和电机外壳之间进行焊接，保证两者之间不存在漏水，该工艺利用搅拌摩擦焊专用焊机，配合辅助焊接工装进行焊接，同时利用密封性检测试验台进行分布检测螺旋水道的密封性，该焊接工艺节省了打坡口及清洗对接面等工序，减少了现场周转，提高了生产效率，降低生产成本，同时解决了漏水及漏水风险问题。

附图说明

图1是本发明中电机壳体的结构示意图；

图2是图1另一个角度的示意图；

图3是本发明中的螺旋水道结构示意图；

图4是本发明中的盖板与水道槽连接的示意图；

图5是图4另一个角度的示意图；

图6是本发明中辅助焊接工装的结构示意图；

图7是本发明中密封性检测试验台的结构示意图；

图中：1、连接法兰，2、电机外壳，3、水道出水口，4、水道进水口，5、接线盒，6、固定座，7、中心孔，8、盖板，9、螺旋水道，10、水道槽；11、摩擦焊头，12、定位盘，13、垫块，14、锁紧螺母，15、工作平台，16、定位销，17、直角基座，18、定位垫块；21、回水收集箱，22、出水管，23、第一气缸，24、出水开关，25、进水开关，26、第二气缸，27、进水管，28、压力表，29、电动试压泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

根据附图1-3可以看出，具体为一种新能源汽车水冷式电机机壳，包括电机外壳2，在电机外壳2内部设有冷却水道，冷却水道为螺旋水道9，螺旋水道9的螺旋圈数为3-4圈，本实施例中为3圈，其中螺旋水道9的断面为椭圆或扁圆形，其中轴向尺寸大于径向尺寸。螺旋水道9的水道出水口3和水道进水口4均位于电机机壳2的外侧，其中水道进水口4与螺旋水道9相切，水道出水口3与螺旋水道9垂直。水道进水口4和水道进水口3与冷却水系统进行串联，形成封闭水道，利用外部动力对电机外壳持续供水进行冷却。

在该实施例中，冷却水由水道进水口4进入，绕电机外壳2三圈后，有电机外壳2的另一侧的水道出水口3排除，从而保证电机座壳各部分的降温均匀，而不会集中在进水管区域，提高冷却效率。同时，采用螺纹状水道还可以保证在电机热涨冷缩的过程中，位于电机中部的筒状壳体和电机座壳之间不会因扰度而使相邻螺纹状沟槽之间发生漏水，出现冷却效率降低的情况。

在附图4和5中，电机机壳2外表面设有水道槽10，水道槽10的长度与电机机壳2轴线方向一致,水道槽10的底部设有与螺旋水道9圈数一致的孔，每个孔与螺旋水道9连通，水道槽10与盖板8配合。水道槽10位于电机外壳2外侧表面，并且水道槽10与水道出水口3和水道进水口4的开口方向背离。在本实施例中，水道槽10、水道出水口3和水道进水口4之间的相位夹角设置为120°。

由于本发明中的电机外壳2利用低压铸造或重力铸造的工艺整体铸造而成，其中铸造时形成螺旋水道5所用的浇铸砂芯为整体环绕螺旋形结构，由于生产时容易变形、成型不良、折断等现象，因此砂芯采用内含溃散剂的高强度覆膜砂制作，通过射芯机将覆膜砂成形，形成砂芯，经过涂料、烘干等工艺制成。将制作好的浇铸砂芯放入低压模具中，铝合金经过低压浇铸成电机外壳2后，将构成螺旋的覆膜砂从水道出水口3、水道进水口4和水道槽10形成的孔中溃散清理干净，即在电机外壳2周壁内形成了螺旋水道5。为了方便把内部的覆膜砂从水道中清理干净，因此设置水道槽10、水道出水口3和水道进水口4之间的夹角为120度，即周向均匀布置，并且诶水道槽10底部设置孔与螺旋水道2连通，即可实现方便顺利排砂。

在附图1、2、4、5中可以看到，电机外壳2两侧设有连接用的连接法兰1，在电机外壳2侧面设有固定座6和接线盒5，其中连接法兰1与其他部件固定连接，固定座6在进行水道密封性检测时，需要对其进行支撑。

对于上述实施例中的新能源汽车水冷式电机机壳，其摩擦焊工艺为：搅拌摩擦焊专机加工毛坯焊接面——冲压辅助工件（盖板）——焊接——测试气密性——转后续加工工序到成品入库，其具体步骤如下：

（1）利用低压铸造或重力铸造的工艺，对电机外壳2进行铸造成型，其中螺旋水道9为浇铸砂芯成型，其中砂芯采用内含溃散剂的高强度覆膜砂制作，通过射芯机将覆膜砂成形；

（2）利用搅拌摩擦专用焊机，摩擦焊头材质：SKD-61，摩擦头硬度HRC45-50,焊接式摩擦头转速3500r/min，配合辅助焊接工装，对盖板8的焊接面进行加工，使其与电机外壳2形成一体；焊接需要注意的是焊板与母体的配合间隙≤0.05mm，焊接融深≥5mm；

（3）把电机外壳2置于密封性检测试验台，检测螺旋水道9的密封性，若有漏水，则返回步骤2；

（4）对盖板8表面、电机外壳2表面以及两者的焊缝处利用铣刀进行精车，使焊接面的粗糙度达到电机外壳2的要求，同时对螺旋水道9的密封性，若有漏水，则返回步骤2；

（5）最后把电机外壳2清洗、包装、入库。

在上述焊接过程中，采用的辅助焊接工装包括工作平台15，在工作平台15上固定方形的定位垫块18和直角基座17，其中定位垫块18支撑电机外壳2上的固定座6，直角基座17套设在电机外壳2的中心孔7外侧，在直角基座17和电机外壳2之间通过定位盘12固定连接，在中心孔7内穿过电机轴，电机轴的一端与直角基座17固定，另一端通过圆筒形的垫块13和锁紧螺母14压紧电机外壳2，在直角基座17上设有用于对定位盘12定位的定位销16。

在上述焊后，采用的密封性检测试验台包括可以移动的双层平台，在平台的上层设置电机外壳2，其中电机外壳2的水道出水口3设置出水开关24，电机外壳2的水道进水口4设置进水开关25，其中进水开关25通过进水管27与电动试压泵29连接，出水开关24通过出水管22与回水收集箱21连接，在进水管27终端设置压力表28和第二气缸26，出水开关24分支管与第一气缸23连接。焊接后的水道进行打压测试，测试压力0.6-1MPa

另外，还可以对螺旋水道进行气密性检测，利用检测工装，检测机壳整体的气密性，将机壳放入水中，气管接入一端的进气孔，另一端用堵头堵住，观察机壳内外壁是否有气泡，有气泡就证明机壳有气孔，不合格。

水冷式电机机壳经过搅拌摩擦焊专用设备的多次加工验证，针对该产品材质（A356）的特性，对加工过程中主轴的转速，摩擦焊头的材质选用，摩擦焊头的硬度，该零件装夹工装的设计与改进都进行了大量试验，使其气密性、力学性能都优与图纸设计要求，并且稳定性与一致性较好，新工艺节省了打坡口及清洗对接面等工序，减少了现场周转，提高了生产效率。

该工艺的运用主要解决了漏水及漏水风险问题，且该工艺在加工过程中无飞溅，无有害烟火，不需要添加焊丝（条）和保护气体，接头无气孔、裂纹，力学性能较好，节能，无污染焊前准备要求低等优点，在产品质量得到保证前提下，工艺步骤减少，缩短了加工时间，降低了生产成本，充分满足了客户质量和交期的要求。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的电机壳体水冷结构及焊接方法并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。