文：浙江华朔科技股份有限公司杨军、张正来、凌支援、蔡朝新、张硕秋

摘要　针对新能源汽车电机壳体压铸件产生粘模缺陷的问题，从模具结构设计、3D打印嵌件平衡模具温度，防止高温铝液破坏模具表面致密层等方面，在生产过程中对新能源电机壳体压铸件粘模缺陷进行改善，提出了应用 打印嵌件的解决方案。

关键词　压铸件粘模；随型冷却；3D打印；模具温度

铝合金压铸过程中由于局部模具温度过高易产生粘模，导致压铸件缺料、拉裂等缺陷。在压铸生产过程中，当高温铝液进入模具直接与型腔接触时，会导致模具局部深腔温度过高，破坏模具表面的硬化层，并在化学反应和机械粘接共同作用下粘附到模具表面。传统的解决方式是增加运水进行点冷却，但无法实现随型冷却。为了避免粘模现象，本课题除了分析在压铸过程中形成粘模的原理之外，还提出应用3D打印模具运水水道，实现随型冷却，确保模具温度均匀恒定，克服粘模现象，延长模具的使用寿命，提高铸件的合格率。

1、压铸件粘模形成的原因

1.1 铝合金化学成分对压铸件的影响

铝合金中合适的 Fe含量能减少粘模倾向，易于压铸。当铝合金中Fe含量低于0.7％，则铝液与模具易粘合；Fe含量太高时，易形成β－FeSiA1３或 者 FeSia19相，增加铸件的脆性，会产生裂纹。因此，压铸铝合金中Fe含量应控制在0.7％～1.0％。对该电机壳体所使用的 A1－12Si－1Cu－Fe合金进行成分分析，经光谱实测分析，Fe含量在0.8％左右，符合标准要求。

1.2 压铸模结构设计对压铸件粘模的影响

电机壳体的壁厚差较大，局部型腔较深，蓄热能力很强，模具局部温度达到300℃，导致模具表层热应力集中，过早疲劳失效，发生粘模现象，见图1。

通过模流分析，也验证了浇口处位置存在热节，见图2。

1.2.1 传统的模具冷却水道设计

传统模具设计时，在局部模具温度过高的部位增加单个或一组冷却水道来进行点冷却。由于冷却水道只能是单个的而且是直孔，水道中心到模具的表面距离相差很大，导热能力相差较大，导致模具表面温度差异较大。由于模具型腔不规则，点冷却水道无法均匀排布，导致模具型腔的温度差异很大。

1.2.2 传统冷却水道加工方法

传统模具冷却水道只能采用深孔钻加工，进水孔是直孔而且孔径大小受模具型腔结构的限制，运水能力有限，冷却水道之间无法贯通。冷却水只能在冷却水道孔口同一侧进水和出水，降低了导热效果。

2、随型冷却嵌件设计与应用

2.1　设计3D打印模具随型冷却嵌件

为了减少粘模，一般通过降低铸造压力和进料速度来解决，但同时也增大了铸件内部缺陷的产生几率，铸件的不良率大幅提高，合适的铸造压力和进料速度是压铸工艺稳定性的前提。从粘模成因可以看出，模具温度越高，模具表面硬度失效越快，导致模具表面硬化层早期脱落、表面粗糙度增大，使铝合金与模具表面亲和力强，造成粘模。解决铸件表面粘模缺陷最直接的方法是控制粘模位置的模具温度，保持温度均衡，因此，3D打印嵌件的冷却水道可以解决电机壳体浇口位置的随型冷却问题，精准控制模具温度，避免粘模缺陷。

2.1.1 随型冷却嵌件结构设计

截取压铸模中浇口位置3D模型，依据产品形状和壁厚，设计模具型芯的内部3D随型冷却水道，设计有弧形转接过渡，确保水道中心到模具表面距离相等，进水口、出水口位置与模具型腔内的冷却水道位置须完全符合。

2.1.2 随型冷却嵌件冷却水道孔径设计

首先，根据模拟软件计算出压铸过程中模具最高温度，通过计算得出模具的总蓄热量，随后计算出确定运水量。其次，根据成形时间来确定冷却水道的直径，确保在铸件成形时内冷却水道有足够的冷却水，实现系统冷却，精准控制使模具型芯温度在200℃左右，见图3。

2.2 随型冷却3D打印嵌件材料选取及制作

选取铁基粉末，采用熔融沉积法（FDM）结合激光选区烧结工艺（SLS）来制作该3D随型冷却嵌件，然后进行热处理，精密加工，最后对3D打印嵌件表面进行纳米涂层处理，以增强模具嵌件表面的抗粘模性能。同时，随型冷却嵌件制作出高压点冷螺纹接口，以便连接高压冷机水管，见图4。

2.3　随型冷却3D打印嵌件的使用前后效果

未使用3D打印随型冷却嵌件，在压铸喷涂前，进行模具温度检测，模具温度为271.1～302.7℃，温差为31.6℃，见图5。使用3D打印随型冷却嵌件，在压铸喷涂前，进行模具温度检测，模具温度为203.3～216.0℃，温差为12.7℃，见图6。

没有使用3D打印随型冷却嵌件，在压铸喷涂后，模具温度为 210.9～230.3℃，温差为19.4℃，见图7。使用3D打印随型冷却嵌件，在压铸喷涂后，模具温度为173.1～181.5℃，温差为8.4℃，见图8。

可以看出，使用3D打印随型冷却嵌件后，不但能明显降低模温，而且喷涂前后温差显著减小，并保持了模温均衡。

2.4 使用3D打印随型冷却嵌件的生产实际效果

使用3D打印随型冷却嵌件后，粘模不良现象得到明显改善，降低了产品不良率和模具故障维保频次，提高了生产效率，见图９。

3、结　语

3D打印随型冷却嵌件，冷却水道采用弧形过渡转接，冷却水道中心到嵌件表面距离均匀，嵌件散热均匀，嵌件的温度可以实现精准控制。嵌件表面进行纳米涂层处理，提高了嵌件表层硬度，增强了嵌件表面的抗粘模性能，粘模现象得到明显改善，降低了产品不良率和模具故障维保频次，提高了生产效率。