汽车转向电机壳体的铸造和精加工.pdf

15 2017年第2期 汽车转向电机壳体的铸造和精加工 王云祥 （嘉兴市巨鑫模具科技有限公司，浙江 嘉兴 314201） 摘要：汽车转向电机壳体是一种薄壁铸件，是关系到汽车安全运行的结构件，因此对他的内在 质量和加工、安装的精度要求都非常高。为了实现该电机壳体的批量生产，从模具的设计和加 工、压铸工艺、铸件加工工艺及检测方法等进行了技术改进，成功实现了壳体的大批量生产。 关键词： 铝合金； 压铸；电机壳体；铸造缺陷；改进 中图分类号：TG249.2 文献标识码：B 文章编号：1673-3320（2017）02-0015-04 Founding and Finish Machining of Automotive Steering Dynamo Shell WANG Yunxiang (Juxin Mold Technology Co., Ltd., Jiaxing 314201, Zhejiang China) Absract: Automotive steering dynamo shell is a thin-walled casting, and is a component that is of vital importance to safe motion of automobile. Consequently, dynamo shell is required to possess both very high internal quality and accuracies of machining and installing. In order to reach batch production of the dynamo shell, improvements in design and machining of mold, die casting process, and machining and examination of the castings were performed, with the result that mass production of the dynamo shell was successfully attained. Key wards: aluminum alloy; die casting; dynamo shell; casting defect; improvement 汽车转向系统的发展经历了纯机械式转向系 统、液压助力转向系统和电动助力转向系统3个基 本阶段。由于在降低油耗以及提升安全性方面的 优势，电动助力转向系统（EPS）在乘用车市场 每年正以9%10%的增长速度发展，而商用车也 逐渐从液压助力过渡到电动助力转向。 转向驱动电机作为电动助力转向系统的重要 组成部分，其电机壳体的特点是薄壁压铸件，结 构比较复杂，壳体易畸变，电机壳体质量好坏会 影响到整个驱动电机的性能。 电机壳体零件要求外观色泽光亮、内部组织 致密和产品具有较高的气密性，产品加工面不允 许有气缩孔，铸件外观不允许有冷隔、缩陷及裂 纹等铸造缺陷。压力铸造虽然优点突出，但影响 因素较多，技术人员需要认真进行模具设计、模 具制造工艺、铸造及金切加工工艺设计，制定科 学的操作规范等工作，才能获得合格的成品零件 以及高效的产出率。图1为电机壳体零件图。 图1 电机壳体零件图 1 铸件内部气孔 传统机壳铸造易出现铸件内部疏松和气孔， 收稿日期 ： 2017-01-04 作者简介 ： 王云祥（1982-） ，男，全国机械工程师，主要从事压铸模具设计与制造、铝合金铸造工艺、精密加工工艺及项目管 理等工作。 材料与工艺 16 2017年第2期 铸造工程 Foundry Engineering 加工表面气孔的不良，无法满足产品的质量要 求，不能通过气密性检测。X探伤铸件内部缺陷 见图2，切后铸件内部缩孔见图3，加工面露气孔 见图4。 图2 X探伤铸件内部缺陷 图3 切后铸件内部缩孔 图4 加工面露气孔 （1）原因分析 电机壳体铸件属于圆筒类的薄壁件，机壳凸 缘的螺丝孔部位壁厚比其他地方厚，整体结构较 为复杂。 铸造时铝液在狭小、复杂的型腔内流动，部 分区域容易产生裹气，同时铝液如果不能在短时 间充满型腔，最先进入到型腔的铝液随着温度的 急剧降低，在远离浇口的铸件部位出现隔皮、冷 隔等缺陷，产品合格率为80%左右。 （2）改进措施 对于内部气孔要求较高的压铸件，科学合 理的模具排溢系统设计方案显得极其重要，如果 排溢系统设计不合理，在铸造过程中气体不易排 出，冷金属及夹杂物残留在铸件内，会出现气 孔、夹渣及冷隔等铸造缺陷。 根据该铸件的特殊结构，在模具设计时采用 了一种压铸模具的特异排溢系统（图5），该排溢 系统由主流道、铸件型腔、集渣包、排气槽及齿 条式排气块等组成。内浇口对面排溢系统设计： 主流道连接铸件型腔，主型芯顶部设有溢流口， 溢流口接渣包，渣包连排气槽，共设计三个排溢 结构，自成一体。内浇口侧面排溢系统设计：在 内浇口的侧面设有溢流口，溢流口接渣包，渣包 连接齿条式排气块，其特征是三个排溢结构以管 道连接一个齿条式排气块。整个特异排溢系统内 浇口的侧面共设计四组排溢结构，此排溢系统设 计方案能在铸造过程中，用极短的时间将模具型 腔内部的气体排出，从而使铸件内部气孔情况得 到很大的改善，产品的合格率达到98%以上，改 进后铸件实物见图6。 图5 特异排溢体统 图6 改进后铸件实物 2 加工精度未能达到设计图纸要求 汽车转向电机属于汽车的精密部件，电机正 常工作时，转子高速运转，若电机壳体加工尺寸 的精度未能达到设计图纸要求时，会出现电机运 转噪音过大，电机抖动等异常从而影响整个转向 系统的灵敏度。电机壳体加工图见图7。 17 2017年第2期 图7 电机壳体加工图 （1）原因分析 由于该类机壳的最终组装要求，机壳的加 工孔的位置度测量基准是根据一序加工的铸件定 位基准进行建立。由于机壳加工分为两序，多次 的装夹误差，造成加工的安装位置孔的尺寸不稳 定，难以达到量产的工程能力，风险较大。图8是 改进前检测样本容量50件，位置度0.2 mm的连续 性数据分布图。 图8 改进前加工尺寸数据分布图 （2）改进措施 由于机壳加工需要二次装夹，多次装夹易引 起的累积误差（包括人为装夹误差和产品与夹具 装夹间隙引起的误差），同时测量基准根据一序 装夹的铸件面来进行定义，因此导致后续加工孔 的位置度不稳定。 采用一种机加工的二次基准校正装置，其 工作原理：在工件加工前，通过一个激光检测探 针，对加工件进行加工原点检测，并将检测数据 传送给CNC机床的控制系统，机床根据实际测 量数据，自动校正加工基准原点，完成二次加工 基准的校正，从而消除产品安装误差，保证了加 工产品的尺寸精度，加工尺寸测量数据稳定、 可靠。一种机加工的二次基准校正装置示意图见 图9。图10是改进后检测样本容量50件，位置度 0.2 mm的连续性数据分布图，改进后的加工尺寸 精度大幅度地提高。 图9 一种机加工的二次基准校正装置示意图 汽车转向电机壳体的铸造和精加工 王云祥 18 2017年第2期 铸造工程 Foundry Engineering 图10 改进后加工尺寸数据分布图 3 结束语 （1）通过对电机壳体类零件的传统铸造工艺 及加工工艺进行有效的改进，大幅度提升了机壳 产品质量，产品精度稳定、可靠，有效地降低了 制造成本。 （2）目前产品已顺利投入到大批量生产，过 程质量稳定。 （3）两项改进措施分别获得两项国家实用新 型专利。 2017“铸博会”“压铸展”：总是被模仿，从未被超越 放眼望去，在中国铸造行业展览会发展历史中，有多少个铸造展会来也匆匆、去也匆匆。在现今铸 造行业展圈子内，唯有中国铸造协会主办的铸造展会屹立不倒，阔步向前。 “为何中国铸造协会主办的展会，能够年年有成绩，岁岁有进步，成为了铸造行业内口口相传的 一块金字招牌？”正是因为，中国铸造协会所办展会能够紧扣行业发展脉搏，是与中国铸造行业同步成 长，清楚知道铸造行业真正需要一个什么样的展会，这也是作为全国唯一一个由国家级行业协会主办的 铸造类展会，和其他铸造展的区别。 近几年，随着中国铸造协会主办展会不断发展壮大，在铸造展会圈里也上演着一出出“超级模仿 秀”。中国铸造协会会展工作部经常收到一些老展商反映，有一些铸造展“组展单位”在招展宣传上， 从展会名称、举办地点、展位价格、同期活动等诸多方面故意与我们的展会相混淆，以吸引展商。更有 甚者，直接以中国铸造协会主办（或协办、支持）的名义，联系广大铸造生产企业，推销所谓的“铸 造”展览会，不明真相的铸造企业参展后发现展会现场专业观众寥寥无几，展会各项服务均不到位。参 展企业感觉受骗后，纷纷向中国铸造协会投诉，给我会声誉造成极大影响。虽然我会经过多次维权声 明，但此现象在当今铸造展览圈仍旧存在，只能提醒广大行业企业，擦亮双眼“去伪存真”。 2017年6月13-16日在上海，又是一年一度的“铸博会”、“压铸展”。屈指一数，中国铸造协会展 览已有三十年的历史，铸造行业工作者见证了这个展会从无到有，历经三十年的变化。除了感慨，有一 点自豪的是，三十年来，中国