一种水冷电机壳的铸造方法
【专利摘要】本发明涉及一种水冷电机机壳铸造方法，机壳采用铸铝合金，具有机壳及底座，所述机壳上布置有与机壳一体成型的带状螺旋布置的水道，带状螺旋水道与机壳一体铸造成型，本方法通过采用特殊的铸造和落砂工艺，使水道砂芯完全排出，水道内无残留砂，提供了机壳散热效率。本方法工艺简单、成本低，并提供了利用本方法铸造成型的电机机壳，其中螺旋形水道末端设置有进水口和出水口，所述水道截面积大于进水口截面积。该机壳水道对传统的螺旋形水道进行了改进设计，增加水道拐角，并合理设计拐角尺寸，以使水道更符合生产需要。
【专利说明】一种水冷电机壳的铸造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及到电机制造领域，尤其是水冷电机机壳的制造方法及结构。
【背景技术】
[0002]随着新能源汽车的推广和应用，电动汽车以及油电混合动力汽车已经得到充分的开发和利用，二者相同之处在于不可避免地使用驱动电动机，以维持车辆行驶动力。驱动电动机一般需具有较高功率，尤其是应用于较大型商用车，如公交车、客车等。但是电动机在运转时由于电流热效应及机械能损失等，使电动机的发热量大，限制了电机效率的提升。由于防护等级要求较高，电机内部产生的热量很难直接导出，一般采用机壳水冷方式进行换热。铝合金由于密度低，导热系数高经常被选作机壳材料。现有铝合金机壳多为铝型材并通过焊接形成水道，该种工艺只能形成沿电机轴向S型布置的水路，且焊接成本高，焊接质量不易控制。S型水路由于弯头水阻大，导致水泵功率及扬程需求高，也会使得整个水路循环管道承受更多的压力，安全系数低。铝合金质机壳螺旋水道的铸造一直是业内寻求解决的问题，由于螺旋水道结构复杂，普通的落砂工艺不能将水道中的砂芯去除干净，阻塞水道影响散热效果。
【发明内容】
[0003]本发明提供一种水冷电机壳的铸造方法，提供一种制造简单、产品缺陷较少、工艺易于实现的铸造方法。所述水冷电机壳具有螺旋形水道，所述水道与所述电机壳一体成型铸造而成；其特征在于，所述铸造方法包括以下步骤:
[0004](I)制作螺旋形水道砂芯；
[0005](2)将砂芯充分干燥；
[0006](3)将机壳内模具和外模具预热处理；
[0007](4)将水道砂芯置于机壳内模具和外模具,与机壳外模具相互定位；
[0008](5)将金属熔液浇涛入内模具和外模具之间；
[0009](6)自然冷却成型后将内模具和外模具分开；
[0010](7)将机壳进行热处理，使水道砂芯自动粉碎；
[0011](8)向机壳水道内水力冲洗清砂。
[0012]在上述步骤(I)中，所述砂芯的采用两种以上覆膜砂与酚醛树脂混合。当所述砂芯的制作采用三种覆膜砂与酚醛树脂混合时，所述三种覆膜砂的比例分别为50%?70%、10%?20%、10%?40%。所述酚醛树脂与覆膜砂混合物比例为不大于10%。
[0013]优选地，所述机壳采用ZL104型铝合金铸造。
[0014]步骤(7)中，所述热处理温度为540°C，时间为4小时。
[0015]另外，还提供一种利用上述方法铸造的水冷电机，具有机壳及底座，所述机壳上布置有与机壳一体成型的带状螺旋布置的水道，水道末端设置有进水口和出水口，所述水道截面积大于进水口截面积。所述机壳上布置有出线口，所述水道沿所述出线口形状环绕布置。整个水道各部分截面积相同。
[0016]本发明的螺旋水道与机壳一体成型同时铸造成型，无需焊接，铸造成型后直接进入精加工工序，相比现有螺旋水路焊接制造工艺，取消了焊接工序，节省了焊接材料和焊接人工，避免了因焊接产生的漏水问题和焊接结构机座由于焊缝原因导致外观差的问题。一体成型的结构也使得螺旋水路完全与机壳接触，达到了二者的最大接触面积，热传递效率闻。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明水冷电机机壳结构示意图；
[0018]图2是利用本发明所提供的机壳铸造方法所涉及的砂芯水道结构示意图；
[0019]图3是砂芯水道主视图。
[0020]I是机壳，2是进水孔，3是出水孔，4是接线盒，5是进水口，6是出水口，7是砂芯水道，8是定位栓。
【具体实施方式】
[0021]本发明提供一种具有螺旋形水道的电机壳的铸造方法，利用砂型形成水道结构，采用重力浇铸实现，使金属液如铝合金溶液在重力作用下注入铸型。具体方法如下:
[0022]制作砂芯:根据机壳水道结构制造如图2所示的砂芯，将两种以上覆膜砂与适量酚醛树脂适当混合，通过射芯机，用压缩空气将砂粒与酚醛树脂混合物吹进砂芯模具中，此时砂芯模具预热温度为250°C。在一定的压力下保温保压20分钟，开模后即可得到具有一定强度和满足结构尺寸要求的砂芯。该砂芯要求在干燥后具有一定的强度，能够承受浇铸时金属液的冲击，且能够在机壳热处理时自动粉碎便于清理。由于砂芯是用于机壳内部水道成型，需要定位于铸造机壳的内模具与外模具之间，制作砂芯水道7时在其本体上同时形成定位栓8，与砂芯的定位栓8位置相对应的外模具内壁上设置有凹槽，定位时将定位栓插入凹槽，便于砂芯定位。砂芯制造好后，应充分干燥，以避免铸造时大量发气影响铸造质量。
[0023]定位:将机壳内模具和外模具分别充分预热后，将砂芯置于内模具与外模具之间，利用定位栓8精确定位。
[0024]浇铸:将溶化的金属液从内模具与外模具上方浇铸至内模具与外模具之间，浇铸后若发气量大，应在冒口进行补缩。
[0025]分模:铸造的机壳经冷却成型后采用自动分模机构将模具打开取出。
[0026]热处理及落砂:考虑到机壳需承受各种负载,且加工质量和加工效率的要求,需对机壳进行热处理，在热处理时砂芯在高温下自动粉碎从水道口及预留工艺孔处排出。所以砂芯在制作时需要考虑到机件的热处理温度，以使砂芯在该热处理温度下能够自动粉碎。
[0027]清砂:机加工后还应该做气密测试，测试合格后的产品需冲水5分钟以上保证壳体水道内的砂子完全排净。
[0028]上述步骤是本发明的铸造方法的一般步骤，作为本发明的一种实施例，以铝合金为例，详细讲解上述步骤。铝合金制机壳具有质量小，强度高，成本低等特点，本实施例选用ZL104型铝合金，用于机壳铸造。首先，利用三种覆膜砂与酚醛树脂适当混合形成砂芯，由于要求该砂芯机壳热处理时自动粉碎，对覆膜砂与酚醛树脂混合物成份比例进行适当控制。本实施例中机壳热处理温度为400?600°C，故在覆膜砂与树脂混合时选用适当的比例，以下是不同比例三种覆膜砂混合所制作砂芯的粉碎温度:
[0029]
1#覆膜砂 12#覆膜砂~13#覆膜砂 I酚醛树脂比例I粉碎温度
50%30%20%10%500 ?65CTC
50%20%30%5%400 ?500。。
40%60%O5%450 ?550。。
[0030]砂芯制作好以后，应进行干燥，干燥时可以采用室温下用风扇进行吹风，当其湿度低20%时，可以认为已经充分干燥。
[0031]由于采用重力浇铸，铝合金熔液从模具顶部至模具底部需经过一段时间，为保证铝合金熔液顺利流入模具底部而不在浇铸过程中出现凝固现象，需将模具进行预热处理，根据ZL104型铝合金的特点，模具预热条件应在200?300°C。预热后将砂芯置于内外模具之间并定位，形成浇铸模型。
[0032]将溶化的铝合金熔液从内模具与外模具上方浇铸至内模具与外模具之间。由于砂芯形成水道形状，经铝合金熔液浇铸的机壳将形成具有中空水道的一体式结构。采用重力浇铸方式铸造容易在冒口处形成缺陷，补缩即可。
[0033]冷却成型的铝合金机壳需经过热处理，采用T6热处理工艺，热处理温度为500?650°C，最好是540°C ±10°C，处理时间4小时，此时机壳内砂芯会自动碎裂，从水道口及预留的工艺孔处排出。
[0034]机壳进行机加工后测试合格后的产品需冲水5分钟以上以保证壳体水道内的砂子完全排净。
[0035]应用以上方法所铸造的水冷电机，如图1，具有机壳和底座，其中机壳上设置有与机壳一体成型的螺旋形水道。由于螺旋形散热水道的概念早已经被提出，但受限于制造工艺，螺旋形散热水道始终停留在机壳焊接形成，或使用铜管形成水道的阶段。与机壳一体铸造成型的螺旋水道目前还没有投入实际应用的先例。本发明所提供的水冷电机使用与螺旋水道一体铸造成型的机壳1，使螺旋水路完全与机壳接触，达到了二者的最大接触面积，热传递效率更高。机壳螺旋水道在设计时既要兼顾换热面积又要考虑水流的阻力，在水道设计时，尽量使水道整体截面积相同，以保持水流的顺畅及水流阻力最小。图2和图3是铸造本发明机壳水道所用的砂芯示意图。通过该砂芯可以看出本发明的水冷电机用机壳水道的特点。在水道的正常宽度，或者平均宽度标记为d，其设计成略大于进水口 5的宽度，以使水道内水阻进一步减小；但二者截面积差不宜过大，否则会在水道中形成气泡甚至空间夹层，降低导热效率。
[0036]机壳I外部设置有进水孔2和出水孔3，设置于所述机壳下部，分别与水道进水口5和出水口 6相通。将进水孔2和出水孔3有利于水泵设置，且进水孔2和出水孔3沿机壳径向设置，便于排水管安装。在工艺允许的范围内，进水孔2和出水孔3应设计成越贴近机壳本体越好。
[0037]作为本发明水冷电机的一种实现方式，电机机壳上设计有出线口，即接线盒4，用于电机绕组导线引出，出线口处结构的缺失，一般情况下，会引起机壳上散热水道的布置困难。本发明中所提供的散热水道，沿接线盒4形状环绕布置，即当接线盒4是方形时，水道沿方形接线盒迂回环绕，在拐角处保持水道的截面积不变，既可以保证机壳均匀散热，避免漩涡，又可以保证水阻较小。根据图2的显示，水道平均宽度为d，遇方形接线盒迂回拐角处平均宽度为d’，理想情况下，d应当与d’数值相同或相近，以保持冷却水流速一致。进一步，采用铝制或铝合金制机壳，具有良好的散热性能，并且能够进一步减轻电机重量，提高电机效率。对于本发明所公开的采用螺旋水道的机壳，宜采用重力浇铸的方式铸造而成。
【权利要求】
1.一种水冷电机壳的铸造方法，所述水冷电机壳具有螺旋形水道，所述水道与所述电机壳一体成型铸造而成；其特征在于，所述铸造方法包括以下步骤: (1)制作螺旋形水道砂芯； (2)将砂芯充分干燥； (3)将机壳内模具和外模具预热处理； (4)将水道砂芯置于机壳内模具和外模具，与机壳外模具相互定位； (5)将金属熔液浇涛入内模具和外模具之间； (6)自然冷却成型后将内模具和外模具分开； (7)将机壳进行热处理，使水道砂芯自动粉碎； (8)向机壳水道内水力冲洗清砂。
2.根据权利要求1所述的水冷电机壳的铸造方法，其特征在于，所述砂芯的采用两种以上覆膜砂与酚醛树脂混合。
3.根据权利要求2所述的水冷电机壳的铸造方法，其特征在于，所述砂芯的制作采用三种覆膜砂与酚醛树脂混合，所述三种覆膜砂的比例分别为50%?70%、10%?20%、10%?40%。
4.根据权利要求3所述的水冷电机壳的铸造方法，其特征在于，所述酚醛树脂与覆膜砂混合物比例不大于10 %。
5.根据权利要求4所述的水冷电机壳的铸造方法，其特征在于，所述机壳采用ZL104型铝合金铸造。
6.根据权利要求4所述的水冷电机壳的铸造方法，其特征在于，所述热处理温度为540°C，时间为4小时。
7.—种水冷电机,使用如权利要求1?6任意一项所述的方法铸造而成,其特征在于，具有机壳及底座，所述机壳上布置有与机壳一体成型的带状螺旋布置的水道，水道末端设置有进水口和出水口，所述水道截面积大于进水口截面积。
8.根据权利要求1所述的水冷电机，其特征在于，所述机壳上布置有出线口，所述水道沿所述出线口形状环绕布置。
9.根据权利要求1所述的水冷电机，其特征在于，整个水道各部分截面积相同。
【文档编号】B22C1/00GK104209472SQ201410438179
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】胡淼, 杨凯新 申请人:天津市松正电动汽车技术股份有限公司
