国外压铸技术新能源汽车驱动电机壳体铸件及合金概述

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驱动电机多功能集成外壳

大纲

遵守未来二氧化碳排放将显着改善电动汽车驱动的发展。同时，涵盖的车辆类型范围应该广泛，从混合动力驱动到插电式混合动力再到纯电池供电的电动机。目前，该电机仍处于概念阶段，在设计、规格、性能和量产规模方面存在多种变化。本文概述了外壳生产以及可用的铸造工艺和铸造合金。用于混合动力或电池电动汽车的第一代电动机的特点是集成度较低的外壳组件的简单、模块化安装。这是因为现有的车辆架构或车身概念和部件最初是仅为内燃机车辆开发的。

最初，电力驱动领域的技术可能性非常广泛，并且对哪些系统优选作为乘用车驱动系统的开放观点导致了相对简单的电机和不太复杂的外壳形式。壳体、定子安装套筒、传动法兰和电子控制单元壳体设计为独立部件，主要由铝压铸件制成。为了实现电机的主动冷却，外壳是由多个部件组成的集成解决方案。如图1所示。这种单组件解决方案适用于压铸，对于较小的设计更改更加灵活，并且更适合较低吨位的压铸机。

设计理念的根本改变

新一代铸造技术理念的基本条件发生了根本性的变化。与此同时，独立车辆是专为电力驱动而设计的，其产量要高得多。此外，轻量化、有限结构空间、高比功率和效率以及低总体成本等要求的显着提高，进一步推动了电机架构的变革。

高度集成的组件和功能

优化的一种方法是改进组件集成。这意味着多个单独模制的部件，例如壳体、传动机构和电子控制设备，通过各种连接技术连接在一起，然后安装在壳体内。组件集成解决方案的生产技术优势在于，可以通过消除关键接口来有效降低成本。在汽车应用的减重和故障安全方面也具有巨大潜力。除了组件集成之外，功能集成提供了另一种降低成本、重量和提高性能的方法。冷却介质或其他流体通道的引导是通过使用消失芯技术直接引入铸件来实现的。这增加了冷却通道优化的可用空间。该概念可以优选地通过模铸或砂型铸造来实现。在这里，我们展示了一种新技术选择，使用为铝压铸开发的气体注射技术，该技术允许在不使用型芯的情况下在压铸零件中形成中空通道。从生产技术角度来看，铝件压铸过程中的快速凝固了注气工艺窗口，增加了精确工艺控制的需求和意识。

在AlenHTW/CastingTechnology的一个研究项目中，为带有螺旋冷却通道的简化演示电机外壳实施了必要的工艺。在压铸电机外壳的批量生产中采用气体注射技术，使未来的整体外壳设计成为可能，从而比两部分解决方案具有显着的成本优势。

第三阶段，形成组件和功能集成的复杂复合外壳。在这些电机外壳中，控制电子设备和变速箱的各个组件集成到外壳中，外壳还可能包括介质引导通道。这些复合材料外壳只能用于压铸工艺，建议仅用于砂型铸造工艺。

基于多年高应力气缸曲轴箱批量生产经验，CPS技术在电机壳体上的应用不断发展。通过使用外部冷却铁，可以将局部结构优化技术转移到定子支撑套的铸造工艺中。定子支撑套筒可以承受由于发生的收缩和固定定子的高周向应力而增加的机械强度。此外，快速定向凝固过程可以显着降低结构的孔隙率。这可以提高电机运行期间的泄漏安全性。

我们还通过生产气缸曲轴箱获得了设计特别紧凑的铸件的经验。这样可以优化利用新的电机外壳空间，而在许多情况下，该空间是非常有限的。值得一提的是，已经针对模具和CPS工艺开发了新的生产技术解决方案，特别是用于表示复杂的螺旋或弯曲流体流动通道，并且这些解决方案也适用于新一代电机。

冷却概念

对于电机来说，优化的外壳设计和冷却通道设计对于后续运行具有决定性作用。同时，还必须优化管道设计，以实现无故障且经济高效的生产过程。这可以优选地使用模拟工具来实现。

冷却通道设计

图5水槽设计结构比较a)弯曲几何形状的初始设计，b)针对功能和生产技术优化的弯曲几何形状，以及c)螺旋水槽核心。考虑了冷却介质流量、冷却介质中的压力损失以及壳体中的温度分布。复杂的冷却通道给集成电机外壳的生产带来了挑战。考虑到生产技术的要求，通过计算流体动力学计算开发了功能解决方案。图5显示了对AVLListGmbH外壳进行的各种CFD计算的结果。1.图a基于弯曲参考几何形状计算出两种替代冷却通道几何形状，其生产只能依赖于非常复杂的模具。这消耗了更短的操作时间并且具有更高的过程可靠性。

2、图b在低流阻的弧形模具中插入支撑件，以增加砂芯的刚性。流量计算清楚地表明，这种几何形状调整不会影响冷却通道的效率。3.图c这里计算出螺旋形状。事实上，螺旋形状可以通过提供更大的冷却表面并增加流动冷却介质中的湍流来改善传热。但其缺点是电机纵轴上存在超过30K的显着温度梯度。使用CFD模拟的一个基本优势是可以显着缩短开发时间。

压铸工艺冷却通道设计

当今最常用的电机外壳冷却解决方案之一是螺旋水套。上述沿着纵轴的温度梯度的性质是为什么必须优化冷却通道几何形状同时保持压铸机的可制造性的原因。受电子设备或家庭供暖中热交换器的启发，翅片水套概念应运而生。翅片水套和螺旋水套的冷却介质表面几乎相同。主要区别在于冷却液的量。翅片式水套仅需螺旋通道体积的四分之一。这意味着表面积/体积比要好得多。

图6带有固定水套的内壳横截面。

为了量化翅片水套冷却效果的效率，使用CFD软件实现冷却介质的流动和热交换。内壳温度分布计算结果如图7所示。仿真结果在专门为此目的开发的测试台上进行了验证。1.第一个测试台允许冷却介质直接流过有机玻璃外壳。流动模拟和透明模型表现出良好的一致性。

2.应使用第二个测试台来验证传热结果。发现模拟预测的压力损失与测量值有很好的相关性。温度分布与测试台上的测量值之间也存在关系。需要注意的是，使用翅片水套时，即使在热损失功率高达7kW的情况下，外壳本身的温度也能保持在90C以下。

电机外壳合金材料的选择

在运行过程中，电机外壳需要满足各种要求，这些要求可以通过适当的铸造合金选择和热处理来满足。同时需要注意的是，铸造工艺的选择可以控制铸件的质量和力学性能。这些要求主要受以下因素影响

1、定子压向内壳，产生的应力需要具有高强度和延伸率的合金。2、使用时尺寸稳定性适用于经过热处理的铸造材料。3、避免表面和接触腐蚀。特别是壳体外露的密封面采用耐腐蚀合金。4.防止电磁场干扰。所用材料具有电磁兼容性。原则上，应确定可用标准铸件和黄金所需的性能，以便在必要时尽快开始开发目标材料。考虑到电机面临的巨大成本压力，完整的分析包括金属成本，不包括昂贵的特种合金。图8显示了可以使用的合金成分及其对各种铸造工艺的适用性。

图8符合EN1706的铸造合金概览a)适用于不同铸造工艺的最大铁含量图表。低铁含量使得原铝的使用更具挑战性并增加了金属的成本。b)铝合金所能承受的最大铜含量。随着铜含量的增加，耐腐蚀性减弱。

为了能够将定子滑入定子支撑套筒中，对强度和延展性有最低要求。在这种情况下，目标和金属成本之间存在冲突较高的允许铁含量会降低金属的成本，但会降低金属的延展性。对于两部分压铸解决方案，弹性强度Rp02140MPa和断裂伸长率1的最低要求可以通过标准合金ENAC-AlSi9Cu3Fe来满足。

在批量生产中，02的延伸率较高，超过180MPa，只有通过T5热处理才能实现。当需要更高的强度和延伸率时，需要进行T6热处理，并使用具有更高延展性的合金，例如ENAC-AlSi8Cu3，可用于CPS和压铸工艺。需要注意的是，铸态件是最具成本效益的解决方案，T5热处理比双阶段T6热处理更具成本效益。含铜铝合金在铸态下尺寸不稳定。

图9AlSiCu铸造合金在热处理后或随后的铸态下可达到的机械性能值，EN1706和Nemark生产之间的比较。材料选择方面的第二个决定性标准是耐腐蚀性。这对于密封表面尤其重要，因为存在平面腐蚀的风险，导致密封件变形和介质进入，从而导致电机故障。铜会对铸造合金的耐腐蚀性产生负面影响。AlSiMg合金在满足机械性能的同时提供最高级别的防腐蚀安全性。确定最大允许铜含量是当前的研究主题。由于其顺磁性，所有铝合金铸造合金都满足电磁兼容性要求。

您的汽车轮辋上的塑料外壳的名称是什么？它的价格是多少？它们通常被称为轮毂盖或轮毂装饰盖，价格根据您拥有的汽车类型而有所不同。不管怎样，子厂用的那种一般不超过10万的车价格在30到50元之间。舒适。原厂价30-50元。如果是这样，请翻转4-5次。

汽车外壳由哪些材料制成？是塑料的吗？汽车车身外壳大多采用钢板、碳纤维、铝、强化塑料等金属材料制成。汽车外壳和零部件的材料根据其用途而有所不同。一般由钢板制成，奥迪的豪华车是铝制的，赛车是碳纤维制成的，悍马H2的引擎盖是强化塑料制成的。早期的车体沿袭马车车体结构，整个车体主要由木材制成。1912年，EdwardBart创造了第一辆全金属车身，1925年，VincenzoLancia发明了承载车身，它由金属结构件和钢板冲压而成的大型覆盖件组成。这些车身的金属结构是至今仍在使用，并不断改进和发展。

镀锌钢

自20世纪70年代以来，镀锌钢板一直被用作车身钢板。镀锌钢板具有优良的耐腐蚀性能，广泛应用于汽车领域。最初，人们通过实验发现，当铁和锌在没有用电线连接的情况下放入盐水中时，铁和锌都会生锈，铁变成红锈，锌变成“白蓝色”。当两者之间使用时，它们会生锈，而当连接时，铁不会生锈，而锌会产生“白锈”。这样，锌就可以保护铁。这种现象称为牺牲阳极保护。工程师们将这一现象应用到实际生产中，生产出了镀锌钢板。研究表明，当镀锌剂量为350克/平方米时，户外镀锌钢板的使用寿命延长数倍甚至十几倍，牧区约15至18年，工业区约3至5年。它比普通的铁板更长。

普通低碳钢板

在现代汽车生产中，最常用的是普通低碳钢板。低碳钢板具有优良的塑性加工性能，其强度和刚度可以满足汽车车身的要求，也可以满足汽车车身的定制焊接要求，因此在汽车车身上得到广泛应用。为满足汽车制造业的轻量化要求，钢铁企业推出了一系列高强度汽车钢板。这是一种高强度钢板，在低碳钢板的基础上采用强化方法，大大提高了抗拉强度。利用高强度的特性，即使厚度减小也能保持车体所需的机械性能，从而减轻车辆的重量。例如，BH钢板在低强度条件下冲压成型，然后进行涂漆和热处理以提高其抗拉强度。另一方面，采用该加工技术可以将现有强度为440MPa的钢板强度提高到500MPa。原本侧板采用1毫米厚度的钢板，但高强度钢板只需要08毫米的厚度。使用高强度钢板可以有效提高车体的抗冲击能力，防止行驶时因与路面的沙子或碎石碰撞而产生凹痕，延长汽车的使用寿命。

汽车用高强度钢板必须具有高强度和良好的延展性。目前高强度钢有BH钢、双相DP钢、相变塑性钢、微合金M钢、高强度无间隙固溶IF钢等。一般用于要求高强度、高防撞吸能、成型要求严格的零件，如车轮、加强件、保险杠、防撞杆等，随着性能和成型技术的进步，高强度钢材用于汽车，包括车顶板等。用于车门内外板、发动机罩、行李箱盖等内外板。目前，许多中价位汽车都使用高强度钢板。

近年来，中高端汽车越来越多地采用铝、塑料等有色金属材料作为车身零部件，例如奥迪A2采用全铝车身，日产SUV“奇骏”则采用全铝车身。具有代表性。“我们的前挡泥板使用塑料，汽车的保险杠也是塑料制成的。

很多人认为车身的安全性取决于车身的刚性，钢板越厚越安全。然而现代汽车设计并没有考虑到这一点，而且从力学研究的角度出发，设计者为软的地方创造软的地方，为硬的地方创造硬的地方，这样车身的部件在发生碰撞时可以根据需要升起。到不同的应力条件。分散它，削弱冲击力。为驾驶员和会员提供最大限度保护的目标已经实现。