新能源汽车空调压缩机电机壳压铸模设计

某铝合金电机壳如图 1 所示。材料为 AlSi12(Fe)，收缩率 0.55%。铸件外形尺寸 167mm×161mm×102mm，体积 277cm³，质量 748g，热处理制度为（246±16）°C 保温 2.0–2.5 小时。气密性要求：50kPa 保压 3 秒，泄漏量不大于 30Pa。

1. 电机壳结构

铸件形状主要由两部分构成：电机壳主体，以及一个中空法兰。电机壳主体基本壁厚 6mm，中空法兰壁厚 3mm，预铸孔拔模斜度 1.5°，其余部位 2°–3°，满足压铸脱模要求。

2. 分型、浇注与排气系统设计

成型时，电机壳抱紧力较大的一侧是内腔成型侧，内腔与中空法兰一起成型。如果把电机壳内腔设计在动模侧，顶出时成型铸件所需顶出力更大，而铸件本身既没有足够强度，也没有足够空间布置顶针。因此内腔成型放在滑块上。

2.1 分型设计

分型设计如图 2。定模与动模的分型面选在电机壳的对称面上，电机壳的两个法兰面由两侧滑块成型。浇道设计位置如图 2(b)。中空法兰离浇道较远。铸件内腔设计在滑块上，型芯与铸件固定，以减少内腔脱模引起的变形，保证铸件轮廓尺寸精度。

2.2 浇注与排气系统设计

内浇口截面积计算：A ≈ 202mm²（按铸件与溢流槽体积 V 计算）。根据内浇口截面积，初选压铸机压力 3.50×10⁵ kN。设计的浇注与排气系统如图 3。浇口设在电机壳轮廓较宽处，渣包与排气道设在对面。由于渣包与排气道结构设计灵活，把它放在中空法兰一侧，既满足压铸充型要求，又能获得质量更好的铸件。

2.3 CAE 模流分析

充型过程中设置粒子后，软件会在进料液中自动布置 N 个观察点，用来观察充型时的流动分布。粒子不仅能观察充型流动状态，还能发现金属液撞击型壁后的紊流与涡流。

用 AnyCasting 模流软件做仿真，充型效果良好，见图 4(a)。充型过程的粒子显示符合预期。凝固效果见图 4(b)：一侧法兰的两个「耳朵」位置出现两处热节，设计模具时要重点考虑冷却结构。

3. 模具结构设计

用 UG 设计的电机壳压铸模结构见图 5。模架尺寸 700mm×680mm×655mm，顶出行程 60mm。为保证铸件气密性、提高成品率，模具采用真空压铸，配有真空排气阀。

3.1 反推结构设计

电机壳中间法兰的侧壁较薄，缺少支撑，滑块抽芯时容易变形。滑块尺寸 210mm×155mm×217mm，在滑块上设计反推结构支撑铸件的两处薄弱点，如图 6。滑块抽芯时，反推结构顶住铸件，防止变形。

图中编号：1 滑块座、2 弹簧、3 反推板、4 反推固定板、5 顶针、6 滑块、7 反推柱、8 顶针、9 反推复位杆、10 滑块组件、11 动模型芯。

滑块反推结构的工作过程：压铸生产前，滑块组件整体进入型腔，反推复位杆 9 先接触动模型芯 11。在动模型芯 11 的推动下，反推复位杆 9 带动反推结构左移。反推板 3、反推固定板 4 与顶针 5、8 在反推柱 7 导向下平稳左移，弹簧 2 被压缩，直到滑块组件 10 进入型腔。

压铸生产结束后，滑块组件 10 与动模型芯 11 整体右移。在弹簧 2 作用下，反推复位杆 9 始终与动模型芯 11 保持接触。此时顶针 5、8 相对动模静止，顶住铸件，在滑块组件 10 脱模过程中提供反向支撑，直到滑块组件 10 的抽芯距离足够。随后反推结构与滑块组件 10 一起右移。

3.2 冷却系统设计

冷却系统见图 7。定模设计一组循环冷却水，动模一组。另外设计一组模温油管用于平衡模温，约 150°C 的模温油在管内循环，既能在压铸前预热模具，也能带走铸件凝固释放的热量。此外，定模与动模各设计一组高压点冷管，滑块 1（见图 2）三组，滑块 2（见图 2）七组。高压点冷水管提供局部冷却：压铸后用高压水局部冷却模具，再用高压气吹干，防止模具局部过冷。定模高压点冷管 2 与动模高压点冷管 5 正对 CAE 凝固分析识别出的热节位置。

图中编号：1 定模循环冷却水管、2 定模高压点冷管、3 定模模温油管、4 动模循环冷却水管、5 动模高压点冷管、6 动模模温油管、7 滑块高压点冷管、8 滑块高压点冷管。

4. 设计中要解决的问题

CAE 仿真显示铸件凝固过程中有两处热节，因此在动模与定模对应位置分别设计了高压点冷系统，提高凝固效率。铸件法兰的大中空区域在充型末端存在强度不足与填充不良的风险。通过增加桥接结构与专门的渣包设计，既改善了充型质量与铸件内部致密性，也提升了结构强度。

中空法兰脱模时容易变形。为此在滑块脱模过程中加入反推机构，抑制法兰变形。推板、推杆固定板与反推导柱在反推机构中一物两用：既做滑动导向，也做起定位。机构采用 H13 钢，热处理硬度 46–50 HRC，表面渗氮，稳定可靠。

其他措施包括：

• 型芯表面处理：渗氮或做特殊涂层（如氮化钛铝、HC-FC 合金系列），减少冲蚀。
• 强化冷却：增加高压点冷，改善热管理，减少粘模，降低铸件冲蚀。

反推机构方面：

• 可增加调节螺钉；寿命要求超过 10 万模次的模具，弹簧应选 50 万至 100 万次等级。
• 滑块结构紧凑，拆装更换方便。

5. 结语

通过铸件结构分析与 CAE 仿真，对模具结构与温控系统做了优化，保证反推机构稳定工作。模具设计经首次试模验证通过。

常见问题

Q1：电机壳压铸为什么选 AlSi12(Fe)？

A1：AlSi12(Fe) 收缩率低（0.55%），适合复杂几何形状，在高压压铸中尺寸稳定性好。

Q2：分型面放在对称面上有什么好处？

A2：分型线居中可减少脱模变形，便于内腔与中空法兰一体成型，也能降低顶出力需求。

Q3：反推机构如何防止法兰变形？

A3：滑块内的弹簧与顶针在脱模时提供反向支撑，抵消薄壁中空法兰的变形风险。

Q4：CAE 分析出的热节怎么处理？

A4：用高压点冷（滑块内 7 路）与 150°C 模温油循环，针对热区优化凝固。

Q5：真空压铸在这个设计里起什么作用？

A5：内置真空阀减少气孔，提高铸件气密性，帮助满足 50kPa 保压测试的成品率要求。

Q6：哪些表面处理能延长模具寿命？

A6：型芯渗氮以及氮化钛铝／HC-FC 合金涂层，可减少 AlSi12(Fe) 熔体冲蚀，把模具寿命提到 10 万模次以上。

Q7：为什么这里必须做 CAE 模流仿真？

A7：仿真验证了浇口位置与紊流控制，并识别出热节，为冷却系统优化提供依据，从而得到无缺陷铸件。