CN112538586A

CN112538586A - 新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材及其加工工艺

Info

Publication number: CN112538586A
Application number: CN202011294844.3A
Authority: CN
Inventors: 杨立峰
Original assignee: Jiangyin Zhongyida Light Alloy Technology Co ltd
Current assignee: Jiangyin Zhongyida Light Alloy Technology Co ltd
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2021-03-23

Abstract

本发明公开了一种新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材，其成分配比如下：Mg：0.55％‑0.60％；Si：0.45％‑0.50％；Mg：Si＝1.2‑1.30；Fe＜0.10％‑0.20％；Mn、Cr、Zn三者的总占比＜0.05％。本发明制备的型材出料稳定、平直，产品尺寸符合图纸要求，弯曲、扭拧度符合图纸要求，产品轮廓度检测符合检具要求。从铸锭开始加热到挤压型材的淬火都能保证可溶解的相组织不从固溶中析出或呈现小颗粒的弥散析出。变形热效应、变形均匀性、再结晶和固溶过程、制品力学性能及制品表面质量均有很大提升。制品表面未出现麻点、裂纹等倾向。金属变形的不均匀性几乎没有。

Description

新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材及其加工工艺

技术领域

本发明涉及一种新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材及其加工工艺。

背景技术

随着汽车轻量化及绿色新能源电动汽车的全球普及，很多国家相应出台了对新能源汽车的扶持政策，以及对燃油车的禁售年限，汽车用铝的量也随之不断增加，有原来单一的发动机、天窗使用铝合金，很多部件也由钢材改为使用铝合金或钢铝复合材料，如绿色新能源的电池托盘、电池包，汽车电机外壳、汽车前后保险杠、汽车车架等，甚至有些国际高端车型改用全铝车身。

新能源汽车用液冷电机壳型材，选用合金状态为6063-T6，断面图如图1所示，型材截面大，外接圆壁厚为264mm，米重达36.8kg/m，挤压比小，为λ＝7.7，力学性能须满足GB/T6892-2015标准要求；

从断面分析，有以下难点：

1、外形为一个圆形的电机壳型材图，机壳内孔为

内孔四周共11个水道10，水道宽度只有7.0mm，模芯尺寸小，容易偏摆，壁厚不均，对模具出料稳定性具有一定影响，如果偏璧严重，会导致后续加工水道端盖孔时无法加工出来而出现产品报废的风险。因此对水道孔的尺寸位置度有一定的要求。从产品断面分析，产品挤压出料尺寸稳定的前提是模具的加工的每一个细节必须到位，每个导流孔的流量、引料槽、模芯的空刀大小要均匀一致，模具热处理后的硬度也要均匀，而传统的模具加工制造工艺肯定无法满足以上要求，主要体现在以下几点：

(1)中间的大模芯大，达197mm，模具热处理后硬度有不均匀的风险；

(2)大模芯的四周被11个小模芯包围，且小模芯的尺寸只有 7*53.95，而在加工模芯的空刀和引流槽时，只能靠电火花慢慢一点一点腐蚀，电火花使用的电极位置一般都是靠工人凭经验和肉眼观察，肯定会有加工不到位、不均匀和电火花腐蚀表面坑坑洼洼、高低不平的现象，如果空刀位和引流槽加工不到位，型材挤出供料不足，如果加工过多，型材挤出时流量过大，型材从模具挤出时出料不稳定、小模芯偏摆，出料偏璧，严重时会导致模具报废，且电火花加工的加工时间长，模具进度受到严重制约。

材料选用6063-T6合金状态，为保证材料出口温度，使合金能够得到充分固溶，以确保材料的力学性能，需合适的挤压比，选择机型为6800T，但挤压比还是较小，只有λ＝7.7，而合理的挤压比应该为1 5-35为最佳。另为获得较高的力学性能，淬火方式一般选择强风加水雾，从产品截面分析，该产品如果在淬火时用水或水雾方式，会使产品在出料时严重变形和弯曲、扭拧，如果冷却不均匀，会导致内孔椭圆，导致尺寸不良，增加了该产品的生产难度，因此淬火方式只能是强风冷却，而风冷肯定会冷却不够，有合金不能充分固溶的风险。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材，制备的型材出料稳定、平直，产品尺寸符合图纸要求，弯曲、扭拧度符合图纸要求，产品轮廓度检测符合检具要求。

为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材，铝型材其成分配比如下：Mg：0.55％-0.60％； Si：0.45％-0.50％；Mg：Si＝1.2-1.30；Fe＜0.10％-0.20％；Mn、Cr、 Zn三者的总占比＜0.05％。6063-T6铝型材必须具备一定的力学性能。在其他条件相同时，其抗拉强度、屈服强度随含量增加而升高。606 3台金的强化相主要是Mg2Si相，Mg2Si相是由2个镁原子同1个硅原子组成，镁的相对原子质量为24.3l，硅的相对原子质量为28.09，因此M g2Si化合物中，镁硅的质量比为1.73：1。根据以上分析结果，如果镁硅含量比值大于1.73，则合金中镁除形成Mg2Si相外，还有过剩镁，反之比值小于1.73，则表明硅除形成Mg2Si相外，还有剩余硅。镁过剩对合金力学性能是有害的。镁一般控制在0.5％左右，Mg2Si总量控制在0.79％。当硅过剩0.01％时合金的力学性能σb约为218Mpa，已大大超过国家标准性能，并过剩硅从0.01％提高到0.13％，抗拉强度可提高到约250Mpa，即提高14.6％。要形成一定量的Mg2Si，必须首先考虑到Fe与Mn等杂质含量造成的硅损失，即要保证有一定量的过剩硅。为了使6063合金中的镁充分与硅匹配，实际配料时，必须有意识地使Mg：Si＜1.73。镁的过剩不仅削弱强化效果，而且又增加了产品成本。

本发明还提供的技术方案是，加工新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材的工艺，包括如下工序：模具设计→模具加工制造→合金成分确定→铸棒→试模→尺寸检验→挤压生产→在线淬火→拉伸调直→尺寸检验→锯切装框→人工时效→力学性能检验→精锯→成品检验包装→入库。当然，实际生产时考虑客户方面的需求，工艺步骤适当作了调整，具体如下：模具设计→模具加工制造→合金成分确定→铸棒→试模→尺寸检验→客户送样→客户确认→挤压小批量生产→在线淬火→拉伸调直→尺寸检验→锯切装框→人工时效→力学性能检验→精锯→成品检验包装→入库→客户确认→批量生产。1、模具设计、制造；

2、试模→修模→试模→尺寸合格，根据每一次的试模结果，合理调整模具各部流速、流量，修模至出料尺寸合格状态；

3、制定合理的挤压工艺；

4、制定合理的时效工艺；

5、根据第一套模具的试模结果，优化模具设计方案，确保后续模具上机试模合格率。

模具设计上，主要从怎样增加模具的强度和提高模具加工的精度方向出发，改变传统的模具设计理念，把大模芯变成镶嵌的方法，大模芯变成

的小模芯，(大模芯在热处理完精车后，采用热过盈的方法镶嵌)，给出了模芯与模芯间的空间，把很多原来需要电火花加工的工序改为数控机床加工，提高了模具加工的精度和模具强度，大大缩减了模具的加工制造时间，且解决了因模芯过大造成热处理硬度不均匀的技术难题；钢材选用质量更可靠的高强度H13锻打钢材(与钢材供应商协商适当调整了钢材金属元素Mo和Vi的比例)，模具热处理后，上模硬度控制在48-50HRC，下模硬度控制在50-52HRC。

进一步的技术方案是，在挤压生产工序中，挤压筒温度420-43 0℃，模具温度480-500℃，保温4-6h；铝棒温度：490-500℃，考虑到型材结构复杂，挤压速度应选择偏慢，挤压速度按金属流出速度≥4. 0-5.0m/min，出口温度控制在510-540℃之间；采用在线淬火，强风冷却方式，冷却速度≥200℃/分钟，出淬温度≤250℃；拉伸率0.3％-0. 5％。

进一步的技术方案为，在人工时效工序中，时效温度为185℃，保温6h，出炉强风冷却，冷却速度为200℃/分钟。

本发明还提供的技术方案为，加工新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材的挤压模具，包括上模与下模，上模上设有若干个导流孔，下模上设有若干个与导流孔相连通的分流孔，下模其模芯由大尺寸模及镶嵌在大尺寸模中心孔内的小尺寸模构成。对挤压生产来说，挤压温度是最基本的且最关键的工艺因素。挤压温度对产品质量、生产效率、模具寿命、能量消耗等都产生很大影响。挤压最重要的问题是金属温度的控制，从铸锭开始加热到挤压型材的淬火都要保证可溶解的相组织不从固溶中析出或呈现小颗粒的弥散析出。挤压过程中必须认真控制挤压速度。挤压速度对变形热效应、变形均匀性、再结晶和固溶过程、制品力学性能及制品表面质量均有重要影响。挤压速度过快，制品表面会出现麻点、裂纹等倾向。同时挤压速度过快增加了金属变形的不均匀性。挤压时的流出速度取决于合金种类和型材的几何形状、尺寸和表面状况。

进一步的技术方案是，下模上设有用于大尺寸模热过盈镶嵌孔，分流孔设置在镶嵌孔的周围；导流孔尺寸上大于分流孔，相邻分流孔之间通过减压桥相连，减压桥下表面设有流道孔，分流孔位置处的下模上设有用于形成水道的下模凸块。下模凸块可以通过一体连接在上模上的方式实现，也即上模的下表面一体连接有向下凸起的下模凸块。

进一步的技术方案是，大尺寸模呈锥台状且其中心设有中心孔，中心孔呈阶梯孔，小尺寸模呈与阶梯孔适配的阶梯柱状；上模与下模之间通过螺栓可拆卸式连接。

进一步的技术方案为，大尺寸模其最大外径为197mm，阶梯孔其大尺寸孔的孔径为110mm；所示模芯材质为H13锻打钢。

进一步的技术方案为，导流孔呈上大下小的锥形孔状。这样使得挤压时利用流体力学的原理，使得在下模上被挤压的铝型材能够更充分，避免薄壁或偏壁的情况。

本发明的优点和有益效果在于：制备的型材出料稳定、平直，产品尺寸符合图纸要求，弯曲、扭拧度符合图纸要求，产品轮廓度检测符合检具要求。从铸锭开始加热到挤压型材的淬火都能保证可溶解的相组织不从固溶中析出或呈现小颗粒的弥散析出。变形热效应、变形均匀性、再结晶和固溶过程、制品力学性能及制品表面质量均有很大提升。制品表面未出现麻点、裂纹等倾向。金属变形的不均匀性几乎没有。改变传统的模具设计理念，把大模芯变成镶嵌的方法，大模芯变成

的小模芯，(大模芯在热处理完精车后，采用热过盈的方法镶嵌)，给出了模芯与模芯间的空间<指大尺寸模与下模凸块之间的空间>，把很多原来需要电火花加工的工序改为数控机床加工，提高了模具加工的精度和模具强度，大大缩减了模具的加工制造时间，且解决了因模芯过大造成热处理硬度不均匀的技术难题；增加了模具的强度、提高了模具加工的精度。挤压时利用流体力学的原理，使得在下模上被挤压的铝型材能够更充分，避免薄壁或偏壁的情况。

附图说明

图1是是新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材的示意图；

图2是本发明涉及的挤压模具的示意图；

图3是图2中经过螺栓纵剖面的纵剖图；

图4是本发明合模后下模中大尺寸模、下尺寸模的分解示意图。

图中：1、上模；2、下模；3、导流孔；4、分流孔；5、大尺寸模；6、小尺寸模；7、镶嵌孔；8、减压桥；9、流道孔；10、水道； 11、凸块；12、中心孔；13、螺栓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图2至图4所示，本发明是一种新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材，铝型材其成分配比如下：Mg：0.55％-0.60％；Si：0.45％-0.50％； Mg：Si＝1.2-1.30；Fe＜0.10％-0.20％；Mn、Cr、Zn三者的总占比＜ 0.05％。

加工新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材的工艺，包括如下工序：模具设计→模具加工制造→合金成分确定→铸棒→试模→尺寸检验→挤压生产→在线淬火→拉伸调直→尺寸检验→锯切装框→人工时效→力学性能检验→精锯→成品检验包装→入库。在挤压生产工序中，挤压筒温度420-430℃，模具温度480-500℃，保温4-6h；铝棒温度：490-500℃，考虑到型材结构复杂，挤压速度应选择偏慢，挤压速度按金属流出速度≥4.0-5.0m/min，出口温度控制在510-540℃之间；采用在线淬火，强风冷却方式，冷却速度≥200℃/分钟，出淬温度≤250℃；拉伸率0.3％-0.5％。在人工时效工序中，时效温度为 185℃，保温6h，出炉强风冷却，冷却速度为200℃/分钟。

其中涉及到的挤压模具，如图2至图4，包括上模1与下模2，上模 1上设有若干个导流孔3，下模2上设有若干个与导流孔3相连通的分流孔4，下模2其模芯由大尺寸模5及镶嵌在大尺寸模5中心孔12内的小尺寸模6构成。下模2上设有用于大尺寸模5热过盈镶嵌孔7，分流孔4设置在镶嵌孔7的周围；导流孔3尺寸上大于分流孔4，相邻分流孔4之间通过减压桥8相连，减压桥8下表面设有流道孔9，分流孔4位置处的下模2上设有用于形成水道10的下模2凸块11。大尺寸模5其中心设有中心孔12，中心孔12呈阶梯孔，小尺寸模6呈与阶梯孔适配的阶梯柱状；上模1与下模2之间通过螺栓13可拆卸式连接。大尺寸模5其最大外径为197mm，阶梯孔其大尺寸孔的孔径为110mm；所示模芯材质为H13 锻打钢。导流孔3呈上大下小的锥形孔状。

其力学性能检测如下表：

采用本发明方案制备的汽车液冷电动机外壳铝合金型材的销售量达到月50-100吨/月，且尺寸、性能稳定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材，其特征在于，所述铝型材其成分配比如下：Mg：0.55％-0.60％；Si：0.45％-0.50％；Mg：Si＝1.2-1.30；Fe＜0.10％-0.20％；Mn、Cr、Zn三者的总占比＜0.05％。

2.加工如权利要求1所述新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材的工艺，其特征在于，包括如下工序：模具设计→模具加工制造→合金成分确定→铸棒→试模→尺寸检验→挤压生产→在线淬火→拉伸调直→尺寸检验→锯切装框→人工时效→力学性能检验→精锯→成品检验包装→入库。

3.根据权利要求2所述的新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材的加工工艺，其特征在于，在所述挤压生产工序中，挤压筒温度420-430℃，模具温度480-500℃，保温4-6h；铝棒温度：490-500℃，考虑到型材结构复杂，挤压速度应选择偏慢，挤压速度按金属流出速度≥4.0-5.0m/min，出口温度控制在510-540℃之间；采用在线淬火，强风冷却方式，冷却速度≥200℃/分钟，出淬温度≤250℃；拉伸率0.3％-0.5％。

4.根据权利要求3所述的新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材的加工工艺，其特征在于，在所述人工时效工序中，时效温度为185℃，保温6h，出炉强风冷却，冷却速度为200℃/分钟。

5.加工如权利要求1所述新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材的挤压模具，其特征在于，包括上模与下模，上模上设有若干个导流孔，下模上设有若干个与导流孔相连通的分流孔，下模其模芯由大尺寸模及镶嵌在大尺寸模中心孔内的小尺寸模构成。

6.根据权利要求5所述的新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材的挤压模具，其特征在于，所述下模上设有用于大尺寸模热过盈镶嵌孔，分流孔设置在镶嵌孔的周围；导流孔尺寸上大于分流孔，相邻分流孔之间通过减压桥相连，减压桥下表面设有流道孔，分流孔位置处的下模上设有用于形成水道的下模凸块。

7.根据权利要求6所述的新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材的挤压模具，其特征在于，所述大尺寸模呈锥台状且其中心设有中心孔，中心孔呈阶梯孔，小尺寸模呈与阶梯孔适配的阶梯柱状；上模与下模之间通过螺栓可拆卸式连接。

8.根据权利要求7所述的新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材的挤压模具，其特征在于，所述大尺寸模其最大外径为197mm，阶梯孔其大尺寸孔的孔径为110mm；所示模芯材质为H13锻打钢。

9.根据权利要求8所述的新能源汽车用液冷电机壳挤压铝型材的挤压模具，其特征在于，所述导流孔呈上大下小的锥形孔状。