导读

逆变器壳体轮廓尺寸为560 mm×470 mm×110 mm，平均壁厚为3 mm。主要由两部分组成，一部分是将单片电池直流通过高频调制成电转换30~50 kHz、220 V交流电，另一部分是将交流电整流，滤波，调制成50 Hz、220 V交流电。这两部分工作时都会释放大量的热量。为了确保逆变器工作温度不超过60 ℃，逆变器壳体上设计了两个水冷却区域（冷却水位置1和位置2），冷却水位置2处需要搅拌磨檫焊实现密封功能。本研究重点阐述逆变器壳体铸件的模具设计，并实际生产，旨在为类似产品的生产提供参考。

图文结果

图1为逆变器壳体，材质为AlSi9Cu3合金，该合金适合于摩擦焊，抗拉强度达320 MPa，壳体质量为7.80 kg，铸造质量为12.95 kg，采用16 000 kN压铸机生产。由于铸件内部型腔结构复杂，水道和密封部位面积较大，致密性要求较高，采用1模1腔多级顺序增速和中等压力压铸工艺生产，同时采用微喷涂技术，以实现无脱模废水的绿色压铸。

进料系统设计见图2和图3。模具设计了4个滑块、普通直冷却水道、高压点冷却装置，见图4。CAE模流分析见图5。模具需要5股主进料口和2股侧面进料口，需要两条“M”型集中排气块。冷料需要3组渣包和2组排气引流道收集。5股主进料确保铸件两大主要水冷却部位填充顺畅，避免在此位置卷气和多股进料汇合，填充时间须控制在100 ms以内。模具内浇口位置选择在铸件壁厚位置，铝液在进入内浇口之前保持增速状态，以减少能量损失。冷料和型腔内残余气体推移到设定的渣包和排气块位置。

图1 逆变器壳体

图2 进料和排气系统

图3 冷料收集和排气系统

图4 模具与高压点冷装置

整个进料系统中，铝合金液流过每一截面的速度与截面积成反比：

S1v1=S2v2=S3v3

式中，S1为料筒（料柄）截面积；v1为压射头二快速度；S2为主流道截面积；v2为铝合金液流过主流道的速度；S3为内浇口截面总面积；v3为铝合金液流过内浇口速度。模具设计中需要避免进料系统中单个截面变速过大，增速过大会导致快速冲蚀浇口，减速过大会产生局部冷隔或浇不足等缺陷。模具浇口和排气系统设计数据见表1。

图5 充型时间与温度分析

表1 多级增速进料和排气系统

为了确保铝合金液在填充过程中保持增速，根据实践验证，合金液在填充过程中，单级加速比小于4时压力损失较小。模具料筒截面积、主流道截面积、内浇口截面积比经过优化为9.8:3.17:1。5股主进料口可以满足铝合金液快速充填逆变器壳体主体部分和水冷却位置，但是到达侧壁的阻力较大，经过现场测量失温较大，侧壁处会产生冷隔、花斑等缺陷，因此模具侧面需要增加两路辅助浇口进料来改变型腔内冷料和高温气体的流向，减小充填阻力，降低铸造压力，避免产生胀模现象。铸件分型面披锋控制在0.12 mm以内，以消除毛刺。

模具设计了普通冷却运水和3组高压点冷装置，见表2，实现了模芯、滑块、内浇口等处的温度基本一致，均保持在180 ℃左右。高压点冷将铸件局部壁厚处的热量通过纯水传导出去，在一个压铸循环周期内将模具温度降到160 ℃左右，实现了模具温度的动态平衡，不需要通过喷水来降低模具温度，缩短了喷雾时间，降低局部粘模现象，改善了因大量喷涂可能产生的气孔。

表2 冷却系统设计

逆变器壳体的平均壁厚为3 mm，将CAE分析数据与实际压铸参数对比验证得出：铸造压力为75 MPa，二快速度为4.60 m/s，内浇口1处的进料速度为45.08 m/s，铝液进入内浇口1处温度为630 ℃，增压压力为90 MPa。AlSi9Cu3合金液在630 ℃时流动性较好，含氢量低，填充阻力小，铸件成形效果最佳；“M”型排气块的排气压力控制在6 MPa，模具型腔内冷料和残余气体需要在150 ms以内推进溢流口和排气块。

模具在进料系统、模心、滑块等进料部位设计8路普通运水，局部厚壁部位增加了3组高压点冷却装置，确保了模芯近浇口部位和局部高温区的热量能够快速传递到冷却水中。经过测温仪实际测量，模芯和滑块部位的温度控制在180 ℃，排气部位控制在140 ℃时铸件品质理想，见表3。模具温度可以实现自动平衡，不需要通过喷涂来冷却，本模具生产时只需喷雾状脱模剂即可，无需喷水，压铸过程实现了零脱模废水的清洁生产，生产节拍由行业平均水平的75 s缩短至65 s。模具寿命提高至15万次以上。

表3 冷却水温度设计

图6 逆变器壳体CT报告

逆变器壳体模具经过优化设计和多级增速压铸工艺优化后，已实现了大批量生产，铸件内部CT切片报告见图6。逆变器壳体的两个需要搅拌摩擦焊冷却水密封区域不得有大于0.2 mm的气孔，CT结果符合要求。模具进料过程确保多级增速，避免了局部增速过快，降低了填充阻力，减缓了模具冲蚀，模具寿命提高到15万次模以上。普通冷却水和高压点冷组合使用，通过模温自动平衡，实现了无水喷涂，缩短了压铸生产节拍。

《电动汽车逆变器壳体压铸模具设计与实践》

张必胜1 张玉田1 张正来2 陆如辉3 刘景3

1. 宁波隆源股份有限公司；2. 宁波蓝晟铸工科技有限公司；3. 宁波勋辉电器有限公司