浅析一体式水冷电机壳用铝合金挤压型材的优势

王东升，蒋 华，张洪海

（1.忠旺（辽阳）铝模板制造有限公司，辽宁辽阳 111003；2.辽宁忠旺集团有限公司，辽宁辽阳 111003）

0 引言

铝合金延展性好、比重小，用其制成的电机壳具有重量轻、散热好、表面光洁、耐腐蚀等优点，深受市场欢迎。特别是随着新能源汽车的推广，工信部能耗标准的提高，整车轻量化显得越来越必要，而电机作为新能源汽车传统三大关键零部件之一，有望依靠减轻电机壳重量进而提高质量功率密度。因此，铝合金在新能源汽车电机上得到了广泛应用。

目前铝合金电机壳因水道结构的特殊性，多采用低压铸造的加工方式。随着铝合金型材挤压加工技术的成熟，特别是它解决了铸造形成的材料致密度差、容易产生气孔、砂眼等缺陷问题[1]，因此挤压电机壳市场份额有望逐步提高。

1 水冷电机壳结构

水冷电机的技术难点在于冷却水道的结构设计，目前主流的水路布置方案大致分为笼式结构、Z 字型结构和螺旋结构。其中只有Z 字型水道结构的机壳适合采用铝合金挤压型材加工，在设计过程中主要考虑流速、水阻、压强、温度来计算水道的具体参数，并通过CFD 软件仿真验证。

1.1 铸造水冷电机壳

原方案中水冷电机壳采用铝合金铸造工艺，包括内外筒型壳体，产品笨重，达10.3kg。在壳体之间布置有螺旋结构水套，通过橡胶密封圈或者打密封胶的方式封闭。由于内外壳体结构不同，需投入两套模具。内外壳需合装为一个完整的闭合水路，要求壳体之间配合精度准确，需机械加工保证，一般来说成本偏高。

1.2 挤压水冷电机壳

随着金属挤压技术的成熟，采用铝合金型材作电机缸体的厂家也逐年增多。经结构设计，采用型材的电机壳结构主要包括：缸体、前端盖、后端盖、密封铝环以及冷却水管接头部分。产品净重8.4kg，如图1 所示。其中电机缸体采用6063-T5/T6 铝合金材料，通过挤压机热挤压成型。前后端盖为铸造件，安装时分别用8 颗M8 的螺栓连接固定到缸体。

图1 挤压水冷电机壳结构图

电机缸体横截断面比较规则，很适合选用铝合金一体式挤压成型。如图2 所示，Ⅰ号端面处于同一平面，作为壳体与密封铝环的配合面，Ⅱ号端面通过机加低于Ⅰ号端面，使相连水道之间串联贯通，再通过搅拌摩擦焊的方法使其形成封闭水道。一体式水道通常无内外壳之分，缸体是一个整体，将水道型腔挤压在机壳内，与螺旋结构电机壳相比，减少了中间配合，加工精度要求也相对较低，气密性失效风险小，加工成本低[2]。

图2 铝合金电机缸体结构图

1.3 挤压和铸造电机壳的技术特点比较

目前电机壳的主要生产加工方式包括挤压和铸造，技术特点各有优劣，但总体而言挤压成型的电机壳重量轻，节省成本更突出。现将挤压和铸造电机壳的技术特点作如下比较，详见表1。

2 电机缸体用铝型材的挤压工艺及优势

2.1 电机缸体用铝型材的挤压工艺

将铝合金圆铸锭加热后，在高温状态下从模具出口将其挤压成型为需要的形状，再经过淬火和调直，并进行定尺锯切然后进行时效的过程，其工艺流程如图3 所示。

图3 挤压工艺流程图

2.2 电机缸体用铝型材的工艺要求

电机缸体用铝型材工艺要求如下：

（1）铝型材内部组织不允许有沙孔和气泡，外露正面的沙孔或气泡直径≤0.5mm，在25cm2内不多于2 个。

（2）铝型材外露正面斑点直径≤2mm，在25cm2内不超过2 个。

（3）铝型材外露正面划伤方向沿铝型材长度方向的划伤长度≤50mm，正面允许深度≤0.2mm，宽度≤0.1mm，遮蔽位置允许有深度≤0.3mm，宽度≤0.2mm 的划伤，每米范围内划伤数不多于2条，且相距500mm。

（4）上述各类缺陷总和面积不超过铝型材表面积的5%。

（5）锯切的铝型材矫直后同心度≤0.02mm，且不允许型材表面有裂缝。

2.3 电机缸体用铝型材的工艺优势

电机缸体用铝型材的工艺优势如下：

（1）缸体毛坯能够快速成型。挤压加工可以充分利用铝合金的塑性，使坯材最大可能接近缸体形状，减少后序的切削加工。

（2）产品覆盖面大。挤压加工通过切换不同的挤压模具，可以生产不同截面形状的缸体。

（3）生产设备投入少。缸体挤压只需投入一定吨位的挤压机，挤压模具和工装夹具。

（4）容易实现批量化和平台化生产。挤压加工可以高效、快速生产出尺寸精度一致的产品，其生产的型材可以根据产品不同需求长度进行截取，对于同平台开发的多款产品，不需要开多幅模具[3]。

（5）挤压加工能减少材料浪费。与切削加工相比，可以严格控制材料在生产过程中的使用量，节省成本。

（6）缸体用挤压铝型材相比压铸来说，轻量化更加突出。

3 结语

本文重点介绍了铝合金型材用作电机缸体，通过挤压工艺实现了电机水道和外壳的一体化成型，在保证质量检验要求下减轻了缸体重量，打破了电机外壳依靠铸造的传统工艺，其优势突出，轻量化明显，适合电机大批量、平台化生产，具有一定的生产价值和社会意义。