CN111585380A - 一种水冷电机壳体及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水冷电机壳体及其加工方法，包括壳体，壳体外壁与壳体内壁之间还设置有与壳体一体成型的螺旋水道芯，壳体上开设有与螺旋水道芯冷却连通的冷却液体入口与冷却液体出口，本发明通过在模具本体内设置螺旋水道芯固定孔，将螺旋水道芯固定于模具本体内型腔中，并通过型芯固定装置将型芯推至穿过螺旋水道芯后稳定固定于型腔中，在铝液通过压铸机进入模具本体后螺旋水道芯与水冷电机壳体一体成型，使螺旋水道芯内嵌于水冷电机壳体内部，由于螺旋水道芯的螺旋结构，因此冷却效果均匀，且可带走水冷电机壳体大部分热量，且制备方法相较于传统制备方法所用砂芯少，产品外观以及质量稳定，生产效率高。

Description

一种水冷电机壳体及其加工方法

技术领域

本发明涉及电机领域，特别是一种水冷电机壳体及其加工方法。

背景技术

随着新能源的推广以及其广阔的市场前景，适用于新能源汽车的水冷电机也得到了较快的发展，但传统的水冷电机外壳类产品的工艺为翻砂铸造，水冷电机水道的产生全靠机械加工或简单的砂铸，导致后续生产出来的成品外观不稳定，产品质量不可靠，成本过高且生产效率低，因此，急需一种新工艺，既能大批量、稳定、环保、可回收的生产，还可增强水冷电机的冷却效果。

发明内容

为了填补现有技术的空白，本发明提供一种水冷电机壳体及其加工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种水冷电机壳体，包括壳体，所述壳体外壁与所述壳体内壁之间还设置有与所述壳体一体成型的螺旋水道芯，所述壳体上开设有与所述螺旋水道芯冷却液体入口端连通的冷却液体入口，所述壳体上还开设有与所述螺旋水道芯冷却液体出口端连通的冷却液体出口。

作为上述方案的改进，所述冷却液体入口与所述冷却液体出口开设于所述壳体同一侧。

作为上述方案的改进，所述螺旋水道芯为熔点高于铝液的金属导热材料。

作为上述方案的改进，所述螺旋水道芯为铜管。

一种水冷电机壳体的加工方法，包括如下步骤；

S1、制备型芯，按照水冷电机壳体内部结构制备型芯；

S2、固定螺旋水道芯，将螺旋水道芯固定于模具本体内部型腔中；

S3、型芯的推入与固定，通过型芯固定装置将型芯推入至型腔内并由螺旋水道芯中部穿入，将型芯固定于型腔内；

S4、一体成型，铝液通过压铸机压入模具本体内型腔中，使螺旋水道芯完全融入铝液中，冷却后螺旋水道芯与水冷电机壳体一体成型；

S5、热处理，对冷却后的水冷电机壳体进行热处理；

S6、成品制作，对热处理后的水冷电机壳体进行清砂处理后得到水冷电机壳体半成品，再通过精密机械加工和检验获得水冷电机壳体的成品。

作为上述方案的改进，所述步骤S3中，所述螺旋水道芯的冷却液体入口端与冷却液体出口端，分别与模具本体上设置的两个螺旋水道芯固定孔连接固定，将所述螺旋水道芯固定于所述模具本体内部型腔中，且两个所述螺旋水道芯固定孔分别与所述冷却液体入口以及冷却液体出口相通。

作为上述方案的改进，在所述步骤S3中，所述模具本体上还设置有型芯固定装置，所述型芯固定装置固定端伸入模具本体内部将所述型芯推至穿入所述螺旋水道芯后固定，防止后续一体成型时型芯位置的变动导致螺旋水道芯凸出所述水冷电机壳体的内壁或外壁导致报废。

作为上述方案的改进，在所述步骤S5中，先将冷却后的水冷电机壳体放入T4炉内进行第一次热处理，第一次热处理完成后，再将水冷电机壳体放入T6炉内进行第二次热处理，以保证水冷电机壳体的刚度达到所需性能要求。

作为上述方案的改进，在所述步骤S6中，所述模具本体上还开设有供型芯排出的预留工艺孔，所述预留工艺孔下方还设置有型芯回收装置以回收掉落的型芯。

作为上述方案的改进，在所述步骤S6中，还包括检验工序，通过往所述冷却液体入口处注入冷却液体，观测所述冷却液体出口处是否有冷却液体溢出来检测所述螺旋水道芯是否导通。

本发明的有益效果是：本发明通过在水冷电机壳体压铸模具本体内设置螺旋水道芯固定孔，将由铜管制成的螺旋水道芯固定于模具本体内型腔中后，通过型芯固定装置将型芯推至穿过螺旋水道芯后固定，压铸时将螺旋水道芯与水冷电机壳体一起压铸成型，使螺旋水道芯与水冷电机壳体成为一体成型，螺旋水道芯内嵌于水冷电机壳体内壁与外壁之间，且螺旋水道芯两个端口分别与水冷电机壳体的冷却液体入口以及冷却液体出口相通，冷却时，冷却液体流经所述螺旋水道芯，由于螺旋水道芯内嵌于水冷电机壳体内，因此可带走水冷电机壳体大部分热量且冷却效果均匀。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明水冷电机壳结构示意图；

图2是本发明水冷电机壳剖面图；

图3是本发明螺旋水道芯结构示意图；

图4是本发明所用模具结构示意图；

图5是本发明所用模具内部结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合实施例来详细说明本发明。

本发明涉及一种水冷电机壳体及其加工方法，下面对本发明的优选实施例作进一步详细说明。

如图1至图3所示，一种水冷电机壳体，包括壳体10，所述壳体10外壁与所述壳体10内壁之间还设置有与所述壳体10一体成型的螺旋水道芯11，所述壳体10上开设有与所述螺旋水道芯11冷却液体入口端111连通的冷却液体入口12，所述壳体10上还开设有与所述螺旋水道芯11冷却液体出口端112连通的冷却液体出口13，由于所述螺旋水道芯11设置于所述壳体10外壁与内壁之间且与壳体10为一体成型结构，因此其对于壳体10的冷却效果可达到全方位的冷却，导热能力强，可迅速将壳体10温度通过冷却液体导出，且由于螺旋水道芯11为螺旋状，冷却效果均匀，十分适用于水冷电机壳的散热。

作为优选，所述冷却液体入口12与所述冷却液体出口13开设于所述壳体10同一侧，为接冷却液体进出口的便利以及螺旋水道芯11与壳体10一体成型铸造时的定位，所述冷却液体入口12以及所述冷却液体出口13均设置于所述壳体10同一侧端面上。

作为优选，所述螺旋水道芯11为熔点高于铝液的金属导热材料，且优选为铜管，因铜管无论从导热、成本、延展性以及获取途径都优于其他金属导热材料，因此本发明采用铜管作为螺旋水道芯11，优选的，为了提高所述螺旋水道芯11的散热能力，即增大所述螺旋水道芯11的热交换面积，同时提高所述螺旋水道芯11在一体成型工序中的稳定性，可以在所述螺旋水道芯11外侧加工特殊加工面，从而实现增大表面积，提高在一体成型铸造中的结合面积的效果，在本应用技术方案中，先采用滚压-犁切加工的方式来加工该特殊加工面，以保证不破坏原螺旋水道芯11水道，避免显著降低其强度，在将铜管拧转成螺旋管道结构。先是滚压成形加工过程，然后是犁切-挤压成形加工过程，最后在加工成螺旋结构，更加科学合理。加工时，铜管表层金属在加工刀具的作用下，经过复杂的金属流动后发生塑性变形，即铜管发生了塑性状态下的体积迁移，因而没有切削下来的金属残渣，可以得到三维的特殊加工面，更有利于结合固定及散热。滚压成形加工时，铜管在主轴带动下作旋转运动，滚压刀具刀齿受铜管的反作用力同步旋转，铜管表面与刀齿产生压力，楔状结构的刀齿挤进铜管表层金属，被挤开的金属沿刀齿两个挤压面向外流动，铜管表面形成二维V形沟槽结构，滚压深度小于铜管直径的1/3，从而避免变形及后续加工造成铜管打穿，铜管的二维沟槽结构两侧形成大小与滚压深度相关的鼓包，相邻的鼓包之间形成U行槽结构。犁切-挤压成形加工是一种无屑加工方法，分为犁切、挤压、成形三个阶段，当铜管做旋转运动时，刀刃接触到铜管表面并逐步切入，被犁切刃劈开的金属开始向主、辅两个挤压面分流，犁切-挤压刀具挤压面开始沿周向对金属进行挤压，形成沟槽，被挤压起来的金属越来越多，从而在刀刃旁边形成隆起，沟槽底部和中间的金属向两边分开流动并到达沟槽的边缘，形成鼓包，成形阶段是翅片形成过程，同时也是新一圈鼓包的形成过程，上一次形成的鼓包被切开，刀具主、副成形面对右侧面金属挤压，使原来金属隆起得越来越高，从而形成三维加工面，该三维加工面为深的V形沟槽与浅的U形沟槽交替排列而成，该U形沟槽可能为不规则不对称的U形沟槽，其形态与铜管的进给速度有关。该结构具有更有效的结合力与散热导热能力。为了保证加工效果，犁切-挤压进给量小于铜管直径的1/5，铜管转速以35r/min为宜，其它参数跟进铜管粗细及壁厚确定。经过实验及计算，该结构导热面积增大了2-8倍，传热性能增强了50％-180％，具有很高的应用价值。该加工优选可以采用C6132A1车床，刀具材料为W188GR4V高速钢，滚压刀具包括周向带齿的圆形刀头，受力被动同步旋转，犁切-挤压刀具包括切削刃、主挤压面、副挤压面、主成形面和副成形面，剖面为楔状结构，前段为切削刃，垂直于铜管轴线安装，刀刃设计成薄片状，使得加工过程中作用在刀具上的合力足够小防止刀具崩刀，作用在刀具上的合力可以分解为工件和主副挤压面之间产生的挤压力和摩擦力，其它参数采用本领域的常规设置即可。

作为优选，为了提高冷却液体的散热能力，降低冷却液体在螺旋水道芯11内部的流动速度，并且提高换热接触面，所述螺旋水道芯11内部还成型有沿其螺旋延伸方向延伸的凸起带，所述凸起带横截面具有62-67度顶角，优选为65度顶角，采用该角度的顶角，当电机在工作状态下，工作温度普遍在55度以上，此时冷却液的运动粘度小于2.55mm²/s，采用该角度的顶角，使得冷却液在螺旋水道中具有更好的换热性，并且避免了在螺旋水道中形成流动的间隙空腔，在加大散热面积，提高散热效果的同时保证冷却液的正常流动，取得一个最优的平衡，经过试验，相对内部管道平滑的螺旋水道芯换热量提高了5-7％。更进一步，所述凸起带为一体冲压的结构，即在螺旋水道芯的外表面形成凹槽，在其内部形成凸起，由于对螺旋水道芯11的延展性要求较高，所述螺旋水道芯11的材质可以选用铜芯。进一步，所述螺旋水道芯11的外缘还设置有凸起纹路，从而形成更大的换热面积，并且与壳体10的结合更好。

作为优选，所述壳体10一侧还一体成型有控制盒壳体，所述控制盒壳体内部设置有连接所述壳体10内部的接线孔，从而方便固定控制芯片以及接线。

作为优选，所述螺旋水道芯11对应设置在所述壳体10中转子位置的外圈，其为不均匀的螺旋结构，其两端的螺旋导程小于中间段的螺旋导程，从而使得螺旋水道芯两端更密，冷却液体能够在热量分布更密集的两端，并且对热量更敏感的电刷及线圈扭转处进行更好的散热。

图4是本发明所用模具结构示意图，图5是本发明所用模具内部结构示意图，下面就本发明中所用的模具进行简要的介绍：

一种水冷电机壳体加工模具，包括模具本体20，所述模具本体20包括上模21与下模22，以及固定于所述模具本体20一端的型芯固定装置23，所述下模22与所述上模21盖合，其内部形成中空的用于铝液浇筑的型腔，所述下模22上端面还设置有两个螺旋水道芯固定孔，所述型芯固定装置23通过连接板24固定于所述模具本体20一端，且所述型芯固定装置23顶升端伸向所述型腔，所述螺旋水道芯固定孔通过螺纹转接头固定螺旋水道芯11于所述型腔中间的固定位置，然后通过所述型芯固定装置23将型芯顶入螺旋水道芯11内并使型芯穿过所述螺旋水道芯11，保证所述型芯外周向与所述螺旋水道芯11内周向各处位置相同，从而保证后续一体成型后螺旋水道芯11通入冷却液体后对壳体的均匀的冷却效果，且通过所述型芯固定装置23的顶升端将所述型芯固定，保证其位置的稳定以免后续浇筑时其位置发生改变导致螺旋水道芯11与所述型芯贴合，从而导致后续一体成型后螺旋水道芯11凸出水冷电机壳体内壁或外壁导致报废。

作为优选，所述模具本体20一端开设有通至型腔的型芯入口25，所述型芯固定装置23顶升端运动路径与所述型芯入口25中心线重合，所述型芯固定装置23顶升端端部与尾部设置有凹孔的型芯配合，使所述型芯固定装置23可将所述型芯固定于所述型芯固定装置23的顶升端，通过所述型芯固定装置23中液压缸231的顶升作用，将型芯顶入型腔内，并穿过固定于型腔内的螺旋水道芯11。

作为优选，所述上模21上还设置有浇筑孔211，所述浇筑孔211连通至所述型腔。所述浇筑孔211下端连接有两组浇筑分支2111，两组所述浇筑分支2111呈角度连通至所述型腔。为保证浇筑时的快速成型以及螺旋水道芯11顺利且快速的与水冷电机壳体一体成型，因此设置两组浇筑分支2111，其出口端分别通至型芯两侧附近，从而保证对型腔内螺旋水道芯11上部以及螺旋水道芯11下部同时注入铝液，保证其一体成型的速度以及同时性，成型效果更好。

作为优选，所述下模22上端面四角处还设置有定位柱221，所述上模21对应所述定位柱221位置分别设置有与所述定位柱221匹配的定位孔。

作为优选，所述下模22底部还设置有至少两组顶升装置，以用于后续成型冷却后顶出成型后的水冷电机壳体。

作为优选，所述模具本体20侧面设置有控制盒成型孔26，所述控制盒成型孔26内部设置有固定轨道261，还设置有固定在固定轨道261上的控制盒成型模262，通过所述控制盒成型孔26处设置的控制盒成型模262在水冷电机壳体上压铸出水冷电机壳体上的控制盒，以便于后续水冷电机的布线以及水冷电机内部元件的布置。

作为优选，固定所述型芯固定装置23的连接板24为U形连接板24，所述连接板24的开口方向朝向型腔，所述连接板24的底部固定有液压缸231，所述液压缸231顶升端由型芯入口25伸向所述型腔。

一种水冷电机壳体的加工方法，包括如下步骤；S1、准备上模21、下模22、型芯固定装置23和螺旋水道芯11；制备型芯，按照水冷电机壳体10内部结构制备型芯；

S2、固定螺旋水道芯11，将螺旋水道芯11固定于上模21、下模22形成的内部型腔中；

S3、型芯的推入与固定，通过型芯固定装置23将型芯推入至型腔内并由螺旋水道芯11中部穿过，将型芯固定于型腔内；

S4、一体成型，铝液通过压铸机压入模具本体20内型腔中，使螺旋水道芯11完全融入铝液中，冷却后螺旋水道芯11与水冷电机壳体10一体成型；

S5、热处理，对冷却后的水冷电机壳体10进行热处理；

S6、成品制作，对热处理后的水冷电机壳体10进行清砂处理后得到水冷电机壳体10半成品，再通过精密机械加工和检验获得水冷电机壳体10的成品。

作为优选，在步骤S1中，加工所述螺旋水道芯11的过程中，可以考虑在所述螺旋水道芯11外侧加工特殊加工面。

作为优选，所述螺旋水道芯固定孔通过螺纹转接头将螺旋水道芯11固定于型腔内固定位置，所述螺旋水道芯固定孔设置于下模21上，且所述下模21对应所述螺旋水道芯固定孔位置还设置有与其连接的支撑杆，以保证后续铝液进入型腔内时可保持所述螺旋水道芯11的位置固定，且两个所述螺旋水道芯固定孔分别与所述冷却液体入口12以及冷却液体出口13相通，通过先将所述螺旋水道芯11与所述螺旋水道芯固定孔连接固定，将所述螺旋水道芯11固定于所述模具本体20内型腔中，从而便于后续型芯穿过其中部时定位，由于螺旋水道芯11是与水冷电机壳体10一体成型，且为了保证其冷却效果的均匀，需要将其设置于水冷电机壳体10内壁与外壁之间，因此先将螺旋水道芯11固定，再通过型芯固定装置23将型芯从所述模具本体20侧面设置的型芯入口推入至穿过所述螺旋水道芯11中部后固定，以保证型芯外壁各处与所述螺旋水道芯11内周向各处距离相等，以保证所述螺旋水道芯11通入冷却液体后对所述水冷电机壳体10的冷却效果的均匀。

作为优选，在所述步骤S3中，所述型芯固定装置23通过所述连接板24固定于所述模具本体20上，所述型芯固定装置23顶升端固定住型芯后，将型芯顶入模具本体20上开设的所述型芯入口25内并向前推进，直至将所述型芯推至穿入所述螺旋水道芯11后停下并将型芯位置固定，防止后续一体成型时型芯位置的变动导致螺旋水道芯11凸出所述水冷电机壳体10的内壁或外壁导致报废。

作为优选，在所述步骤S4中，铝液通过模具本体20上设置的浇筑孔211进入，所述浇筑孔211下端连接有两组浇筑分支2111，两组所述浇筑分支2111呈角度连通至所述型腔。为保证浇筑时的快速成型以及螺旋水道芯11顺利且快速的与水冷电机壳体一体成型，因此设置两组浇筑分支2111，其出口端分别通至型芯两侧附近，从而保证对型腔内螺旋水道芯11上部以及螺旋水道芯11下部同时注入铝液，保证其一体成型的速度以及同时性，成型效果更好。

作为优选，在所述步骤S4中，铝液温度控制在730摄氏度到740摄氏度之间，且铝液充型时的充型压力控制在0.34MPa到0.36MPa之间，保压时的增压压力控制在0.43MPa到0.45MPa之间，且保压时间控制在270秒到290秒之间，经试验得出283秒到285秒为最佳。

作为优选，在所述步骤S4中，水冷电机壳体上的控制盒通过所述控制通过所述控制盒成型孔26处设置的控制盒成型模262在水冷电机壳体上压铸出来，所述控制盒成型模262上还设置有浇筑出控制盒上线路布置孔的预留孔，所述控制盒的压铸以便于后续水冷电机的布线以及水冷电机内部元件的布置。且所述模具本体20对应所述控制盒成型孔26两侧还设置有脱模孔，辅助所述顶升装置进行脱模。

作为优选，在所述步骤S5中，先将冷却后的水冷电机壳体10放入T4炉内，升温至520摄氏度到550摄氏度，然后保温1.2h到1.5h后放入冷却池中冷却，即完成了第一次热处理，冷却完毕后，再将水冷电机壳体10放入T6炉内，升温至160摄氏度到180摄氏度，然后保温4.5h至5h，即完成了第二次热处理，两次热处理完成后的电机壳硬度可达HB80到HB85，足以保证水冷电机壳体10的刚度达到所需性能要求。

作为优选，在所述步骤S6中，所述模具本体20上还开设有供型芯排出的预留工艺孔，所述预留工艺孔下方还设置有型芯回收装置以回收掉落的型芯，由于经过热处理后型芯变得干燥易碎，因此只需将水冷电机壳体10放入震砂机中进行震砂处理，型芯则会从所述预留工艺孔排出至型芯回收装置，因本发明中残留砂芯只有型芯残留的砂芯，而型芯又通过型芯固定装置23固定于模具本体20内部，因此型芯基本可完全回收至型芯回收装置，型芯回收装置回收的型芯经过一系列处理后还可回收利用，大大降低了生产成本。

作为优选，在所述步骤S6中，还包括检验工序，通过往所述冷却液体入口12处注入冷却液体，观测所述冷却液体出口13处是否有冷却液体溢出来检测所述螺旋水道芯11是否导通，且可观测冷却液体的进出量是否相同，以保证螺旋水道芯11内部没有被堵塞。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，但本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种水冷电机壳体，包括壳体(10)，其特征在于：所述壳体(10)外壁与所述壳体(10)内壁之间还设置有与所述壳体(10)一体成型的螺旋水道芯(11)，所述壳体(10)上开设有与所述螺旋水道芯(11)冷却液体入口端(111)连通的冷却液体入口(12)，所述壳体(10)上还开设有与所述螺旋水道芯(11)冷却液体出口端(112)连通的冷却液体出口(13)。

2.根据权利要求1所述的一种水冷电机壳体，其特征在于：所述冷却液体入口(12)与所述冷却液体出口(13)开设于所述壳体(10)同一侧。

3.根据权利要求1所述的一种水冷电机壳体，其特征在于：所述螺旋水道芯(11)为熔点高于铝液的金属导热材料。

4.根据权利要求3所述的一种水冷电机壳体，其特征在于：所述螺旋水道芯(11)为铜管。

5.权利要求1至4中任一项所述一种水冷电机壳体的加工方法，其特征在于：包括如下步骤；

S1、制备型芯，按照水冷电机壳体(10)内部结构制备型芯；

S2、固定螺旋水道芯(11)，将螺旋水道芯(11)固定于模具本体(20)内部型腔中；

S3、型芯的推入与固定，通过型芯固定装置(23)将型芯推入至型腔内并由螺旋水道芯(11)中部穿入，将型芯固定于型腔内；

S4、一体成型，铝液通过压铸机压入模具本体(20)内型腔中，使螺旋水道芯(11)完全融入铝液中，冷却后螺旋水道芯(11)与水冷电机壳体(10)一体成型；

S5、热处理，对冷却后的水冷电机壳体(10)进行热处理；

S6、成品制作，对热处理后的水冷电机壳体(10)进行清砂处理后得到水冷电机壳体(10)半成品，再通过精密机械加工获得水冷电机壳体(10)的成品。

6.根据权利要求5所述的一种水冷电机壳体的加工方法，其特征在于：所述步骤S3中，所述螺旋水道芯(11)的冷却液体入口端(111)与冷却液体出口端(112)，分别与模具本体(20)上设置的两个螺旋水道芯固定孔连接固定，将所述螺旋水道芯(11)固定于所述模具本体(20)内部型腔中，且两个所述螺旋水道芯固定孔分别与所述冷却液体入口(12)以及冷却液体出口(13)相通。

7.根据权利要求5所述的一种水冷电机壳体的加工方法，其特征在于：在所述步骤S3中，所述模具本体(20)上还设置有型芯固定装置(23)，所述型芯固定装置(23)固定端伸入模具本体(20)内部将所述型芯推至穿入所述螺旋水道芯(11)后固定，防止后续一体成型时型芯位置的变动导致螺旋水道芯(11)凸出所述水冷电机壳体(10)的内壁或外壁导致报废。

8.根据权利要求5所述的一种水冷电机壳体的加工方法，其特征在于：在所述步骤S5中，先将冷却后的水冷电机壳体(10)放入T4炉内进行第一次热处理，第一次热处理完成后，再将水冷电机壳体(10)放入T6炉内进行第二次热处理，以保证水冷电机壳体(10)的刚度达到所需性能要求。

9.根据权利要求5所述的一种水冷电机壳体的加工方法，其特征在于：在所述步骤S6中，所述模具本体(20)上还开设有供型芯排出的预留工艺孔，所述预留工艺孔下方还设置有型芯回收装置以回收掉落的型芯。

10.根据权利要求6所述的一种水冷电机壳体的加工方法，其特征在于：在所述步骤S6中，还包括检验工序，通过往所述冷却液体入口(12)处注入冷却液体，观测所述冷却液体出口(13)处是否有冷却液体溢出来检测所述螺旋水道芯(11)是否导通。

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