一种内置螺旋盘管水道的铝合金消失模铸造工艺的制作方法

本发明涉及新能源电机壳生产技术领域，尤其涉及一种内置螺旋盘管水道的铝合金消失模铸造工艺。

背景技术：

新能源汽车是采用电能为动力的电动汽车，电力驱动及控制系统是电动汽车的核心，驱动电机是电力驱动及控制系统重要部件，驱动电机在运转过程中发热量大，为了保证电动汽车能够持续稳定的运行，需要在运转过程中对驱动电机进行冷却，为了保证冷却效果，最好能够设计使用具有水冷循环通道的电机壳，目前通常是在电机壳中设置具有较好冷却效果的螺旋水冷循环通道，由于铝合金电机壳属于结构复杂的薄壁零件，在铝合金铸造的电机壳体中设置的螺旋水冷循环通道截面积比较小、螺旋圈数多，加工设计制造螺旋水冷循环通道对产品尺寸精度要求高，壳体的防水等级要达到ip67级以上，要求铸造的壳体不能有任何的砂眼、针孔等缺陷，采用传统的铸造工艺存在以下问题：

1、浇注时需要预埋砂芯，而这种截面积小的螺旋砂芯的强度较低，浇注时螺旋砂芯容易断裂，导致电机壳中的螺旋水冷循环通道难以有效成型，难以批量制造出合格的产品；

2、如果采用粘结剂等提高螺旋砂芯强度，铸造完成后，由于强度高的螺旋砂芯的溃散性又很差，导致铸造好的电机壳中的螺旋砂芯难以从螺旋水冷循环通道中取出，螺旋水冷循环通道中会留有残砂，残砂容易堵住水冷循环通道，影响冷却效果；

3、电机壳的壁厚很薄，一般在5mm左右，铸造时砂芯容易偏心，致使电机壳的厚壁不均，机加工时造成漏水风险高；

4、采用砂芯浇注时需要制作很多排气孔，造成电机壳上有很多工艺孔，然后需要用堵头封死，存在泄露风险，且产品也不美观；

5、后期人工清理螺旋水冷循环通道中的残砂工作量大，劳动成本高。

基于以上问题，目前一般是采用低压铸造、差压铸造或消失模铸造工艺生产精密的铝合金铸造电机壳体。

消失模铸造对铸件结构的适应性非常强,特别是那些用普通砂型铸造不好分型、不好开模、不好下型芯的铸件，可实现无余量，精确成型，铸造时不用起模、合模、无砂芯、组芯；铸件的尺寸精度高、表面粗糙度值低、对工人要求低，劳动条件好等特点，特别适用于结构复杂、普通铸造时需要型芯多的壳体类铸件生产。

在采用消失模铸造工艺铸造具有螺旋水冷循环通道的铝合金电机壳时，需要事先加工好与电机壳对应一致的eps白膜，由于eps白膜内也需要设置对应的螺旋循环空腔，而这种结构的eps白膜无法一次成型加工出，需要将eps白膜分成几个部分才能进行模具发泡成型加工，成型后需要再将几个部分的eps白膜粘接在一起形成一个整体，导致整个eps白膜加工麻烦、生产周期长；而且在造型时还需要对eps白膜中的螺旋循环空腔进行单独的震动填沙，确保eps白膜螺旋循环空腔内充满型砂，否则容易出现不良产品，总之，这种消失模铸造工艺比较复杂，加工费用高，最好能够进一步改进产品结构及生产工艺，以便能够更好的保证产品质量并降低生产成本。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明提供了一种铸造精度高、产品缺陷少、生产效率高的内置螺旋盘管水道的铝合金消失模铸造工艺。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种内置盘管水道的铝合金消失模铸造工艺，其包括如下步骤：

步骤01：螺旋盘管水道制备：依据产品结构采用扁管或圆管绕制一个刚性的螺旋盘管水道，螺旋盘管水道的上下两端侧面分别设有进水口和出水口；

步骤02：电机壳eps白模模具制备：依据产品结构及螺旋盘管水道结构，设计加工出能够将螺旋盘管水道稳定固定在eps白模中的电机壳eps白模模具；

步骤03：预发泡及白膜成型：eps泡沫珠粒预发泡，将发泡后的eps泡沫珠粒加入到白膜成型机中，利用电机壳eps白模模具制备出外表均匀光滑、结构稳定的内含螺旋盘管水道的电机壳白膜，制备好后螺旋盘管水道的进水口和出水口从电机壳白膜的柱面上伸出，然后再将电机壳白膜烘干；

步骤04：刷涂料：在成型好的电机壳白模中连接上底注式浇铸系统，然后在电机壳白模表面挂上防火涂料，确保防火涂料涂覆均匀、无挂白，再将刷好涂料的电机壳白模放入烘房中烘干得到电机壳铸造模型；

步骤05：震动埋沙造型：将干燥完毕的电机壳铸造模型放置于震实台中，采用雨淋式注沙，分层添加型砂，边添加边震实进行造型，震实时间30s-65s；

步骤06：浇铸成型：采用底注式浇铸方式对震实造型好的模型进行浇铸，浇铸温度740-810℃，浇铸时间大于20s，浇注后螺旋盘管水道的进水口和出水口从电机壳的柱面伸出；

步骤07：喷丸清理：具体为待铝水完全冷却凝固，清砂后再通过喷丸清理得到铸造好的铝合金电机壳；

步骤08：热处理：对铸造好的内置盘管水道的铝合金电机壳进行t6热处理，得到待加工用的铝合金电机壳。

所述步骤01中的螺旋盘管水道为熔点高于铸造铝合金熔点的金属螺旋盘管水道，所述金属螺旋盘管水道优先采用不锈钢螺旋盘管水道或铜制螺旋盘管水道，也可以采用熔点高于铸造铝合金的耐高温铝合金螺旋盘管水道；利用不同金属的熔点温度差，确保在铝合金浇注时螺旋盘管水道不会融化变形。

所述步骤01中的螺旋盘管水道连接有便于白膜成型用的工艺支撑骨架，所述工艺支撑骨架也铸造于铝合金电机壳中，所述工艺支撑骨架的一端从铝合金电机壳的一端露出，所述工艺支撑骨架的露出端与底注式浇铸系统的下端相连；通过设置工艺支撑骨架便于螺旋盘管水道在电机壳eps白模中定位成型，也能避免消失模浇注过程中电机壳铸造模型走位偏心，而且更加利于不锈钢或铜制的螺旋盘管水道与铝合金电机壳相结合。

所述步骤01中的螺旋盘管水道的表面设有便于结合铝合金与不锈钢或铜的凹坑或麻点。

所述步骤01中的螺旋盘管水道的外表面设有波浪起伏的棱线或凹槽。

所述步骤01中的螺旋盘管水道的外表面设有便于结合铝合金与不锈钢或铜的包覆钢丝网。

本发明通过设置凹坑或麻点、波浪起伏的棱线或凹槽以及包覆钢丝网等辅助结构，使浇注在螺旋盘管水道外的铝合金能够与不锈钢或铜制螺旋盘管水道结合更加紧密，能够减少两种不同热膨胀系数金属材质结合在一起时因冷热变化产生的内应力，避免热胀冷缩造成电机壳体开裂。

所述步骤01中的螺旋盘管水道中的扁管的规格尺寸为：25x7x0.3mm，扁管制备的螺旋盘管水道的旋向和螺旋数量、螺距根据电机壳尺寸及电机功率设置。

所述步骤01中的螺旋盘管水道中的圆管的规格尺寸为：φ7x0.3mm，圆管制备的螺旋盘管水道的旋向和螺旋数量、螺距根据电机壳尺寸及电机功率设置。

本发明通过预制一个不锈钢或铜制的螺旋盘管水道，将预制好的螺旋盘管水道成型在电机壳eps白模中，只要一次成型就能加工出内含预制螺旋盘管水道的一体式电机壳eps白模，不需要再将eps白膜分成几个部分进行分开成型后再粘结，内含预制螺旋盘管水道的电机壳白膜制备好后，铸造前不需要再对电机壳eps白模内的水道空腔进行单独的震动填沙，铸造后电机壳内部也无砂芯需要清理，加工工艺更加简洁可靠，减少了eps白模发泡成型模具数量，节省了eps白膜粘结固化、震动填沙、清砂等辅助时间，生产节拍大幅缩短，有效提高了生产效率；本发明消失模铸造工艺适合铸造螺旋水道直径大、螺旋圈数多、螺旋水道截面积小的内嵌螺旋盘管水道的水冷电机壳，铸造后的电机壳内腔拔模角小，铸造壁后达5mm，加工余量小，产品精度高。

本发明通过合理设置工艺支撑骨架及螺旋盘管水道上的进水口和出水口结构，能够增加电机壳体强度，避免变形和开裂；在消失模浇注过程中采用底注式浇铸方式，螺旋盘管水道能够从下到上逐渐稳定的包覆在铝水中，螺旋盘管水道定位准确，不会移位，工艺支撑骨架、进水口和出水口中露出在电机壳外部分不影响电机壳安装及使用。

综上所述，本发明的有益效果是：采用上述结构后，通过在铝合金电机壳体内设置一个预制好的不锈钢螺旋盘管水道，预制的不锈钢螺旋盘管水道在消失模铸造过程不需要分几次成型制造电机壳eps白模，也不需要在水道内部填沙，水道流畅不易堵塞，确保电机壳内水冷循环通道冷却效果好，通过在电机壳体中合理设置工艺支撑骨架及不锈钢螺旋盘管水道上的进水口和出水口结构，确保内置不锈钢螺旋水道的铝合金电机壳体强度高、结构稳定可靠，不易变形和开裂，使铝合金消失模铸造工艺能够合大批量、稳定可靠的生产具有内置不锈钢螺旋水道的铝合金电机壳，能够提高电机壳铸造精度高，减少电机壳铸造缺陷，降低生产成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。其中：

图1是本发明内置螺旋盘管水道的铝合金消失模铸造工艺流程图；

图2是本发明螺旋盘管水道与工艺支撑骨架的结构示意图；

图3是本发明螺旋盘管水道结构之一的示意图；

图4是本发明螺旋盘管水道结构之二的示意图；

图5是本发明螺旋盘管水道结构之三的示意图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详细说明。

请参阅图1所示，本发明内置盘管水道的铝合金电机壳体消失模铸造结构及铸造工艺包括如下步骤：

步骤01：螺旋盘管水道制备：依据产品结构采用扁管或圆管绕制一个刚性的螺旋盘管水道，螺旋盘管水道的上下两端侧面分别设有进水口和出水口；

步骤02：电机壳eps白模模具制备：依据产品结构及螺旋盘管水道结构，设计加工出能够将螺旋盘管水道稳定固定在eps白模中的电机壳eps白模模具；

步骤03：预发泡及白膜成型：eps泡沫珠粒预发泡，预发泡时控制汽源压力0.05--0.08mpa、比重18～23g/l，挥发物含量≥3.5%，熟化时间24小时；将发泡后的eps泡沫珠粒加入到白膜成型机中，利用电机壳eps白模模具制备出外表均匀光滑、结构稳定的内含螺旋盘管水道的电机壳白膜，制备好后螺旋盘管水道的进水口和出水口从电机壳白膜的柱面上伸出；然后再将白膜置于湿度30以下、温度42℃-45℃烘房烘干24小时；

步骤04：刷涂料：在成型好的电机壳白模中连接上底注式浇铸系统，然后在电机壳白模表面挂上防火涂料，确保防火涂料涂覆均匀、无挂白，涂料厚度控制在0.6-0.8mm，再将刷好涂料的电机壳白模放入45℃-55℃烘房中、湿度控制在30以下，烘干72小时以上得到电机壳铸造模型；浇铸系统是用于连接浇铸零件的铝水进出通道，通常由横向浇道和纵向浇道粘结构成；

步骤05：震动埋沙造型：将干燥完毕的电机壳铸造模型放置于震实台中，采用雨淋式注沙，分层添加型砂，边添加边震实进行造型，震实时间30s-65s；

步骤06：浇铸成型：采用底注式浇铸方式对震实造型好的模型进行浇铸，浇铸温度740-810℃，浇铸时间大于20s；

步骤07：喷丸清理：具体为待铝水完全冷却凝固，清砂后再通过喷丸清理得到铸造好的铝合金电机壳；

步骤08：热处理：对铸造好的内置盘管水道的铝合金电机壳进行t6热处理，得到待加工用的铝合金电机壳。

螺旋盘管水道为熔点高于铸造铝合金熔点的金属螺旋盘管水道加工得到，所述金属螺旋盘管水道优先采用不锈钢螺旋盘管水道或铜制螺旋盘管水道，也可以采用熔点高于铸造铝合金的耐高温铝合金螺旋盘管水道。

请参阅图2所示，螺旋盘管水道1连接有便于白膜成型用的工艺支撑骨架2，所述工艺支撑骨架2也铸造于铝合金电机壳3中，所述工艺支撑骨架2的一端从铝合金电机壳3的一端露出，所述工艺支撑骨架2的露出端与底注式浇铸系统4的下端相连。

请参阅图3所示，螺旋盘管水道1的表面设有便于结合铝合金与不锈钢或铜的凹坑或麻点11。

请参阅图4所示，螺旋盘管水道1的外表面设有波浪起伏的棱线或凹槽12。

请参阅图5所示，螺旋盘管水道1的外表面设有便于结合铝合金与不锈钢或铜的包覆钢丝网4。

螺旋盘管水道中的扁管的规格尺寸为：25x7x0.3mm，扁管制备的螺旋盘管水道的旋向和螺旋数量、螺距根据电机壳尺寸及电机功率设置。

螺旋盘管水道中的圆管的规格尺寸为：φ7x0.3mm，圆管制备的螺旋盘管水道的旋向和螺旋数量、螺距根据电机壳尺寸及电机功率设置。

本发明除适合铸造内置螺旋盘管水道的铝合金电机壳外，也适合铸造内置螺旋盘管水道的铝合金缸体、筒体等零件。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。