[发明专利]薄外壁电机壳搅拌摩擦焊接工艺

说明书

本发明属于水冷式电机壳加工的技术领域，公开了一种薄外壁电机壳搅拌摩擦焊接工艺，其技术方案要点是包括成型机壳毛坯、台阶机加工、成型盖板、成型卡箍、装配盖板并进行搅拌摩擦焊接，具有在壳体外壁厚度为4mm的情况下，采用常规4‑10的搅拌头将盖板顺利地焊接在台阶内，并能有效避免壳体外壁变形或者塌陷的效果。

技术领域

本发明涉及水冷式电机壳加工的技术领域，特别涉及一种薄外壁电机壳搅拌摩擦焊接工艺。

背景技术

搅拌摩擦焊是一项较为先进的焊接工艺，利用高速旋转的焊具与工件摩擦产生的热量使被焊材料局部塑性化。当焊具沿着焊接界面向前移动时，被塑性化的材料在焊具的转动摩擦力作用下由焊具的前部流向后部，并在焊具的挤压下形成致密的固相焊缝。

与传统的焊接方法相比，搅拌摩擦焊具有焊接强度高、焊接接头外观平整、焊后残余应力小、变形小、无污染、高效节能等优点，被誉为高质量、低成本的“绿色环保焊接技术”。而铝合金水冷电机壳对于水道端面的焊接质量要求较高，要求焊缝表面平整、密封性好、微观组织均匀，不允许出现气孔缺陷，因此水冷电机壳的水道焊接大多采用搅拌摩擦焊。

如公布号为CN106181268A的中国专利公开了一种新能源汽车水冷式电机机壳及其摩擦焊工艺，水冷式电机机壳包括电机外壳，在电机外壳内部设有冷却水道，冷却水道为螺旋水道，在电机机壳外表面设有水道槽，水道槽的长度与电机机壳轴线方向一致，水道槽的底部设有与螺旋水道圈数一致的孔，每个孔与螺旋水道连通，水道槽与盖板配合，其摩擦焊工艺为：搅拌摩擦焊专机加工毛坯焊接面—冲压盖板—焊接—测试气密性—转后续加工工序到成品入库。

这种新能源汽车水冷式电机机壳及其摩擦焊工艺中的电机机壳不仅结构简单，而且方便用于电机降温，提高电机的冷却效率，有效防止相邻水道之间漏水情况的发生，同时焊接工艺节省了打坡口及清洗对接面等工序，减少了现场周转，提高了生产效率，降低生产成本。

现有一种水冷式电机的机壳毛坯，如图1所示，它包括圆筒状壳体1，壳体1的外侧壁上设有八个加强筋2，加强筋2沿壳体1的轴线方向通长设置，并环绕壳体1轴线均匀分布。壳体1的壁厚内开设有八个水槽3，水槽3沿壳体1的轴线方向通长设置，分别位于相邻两个加强筋2之间，其横截面呈弧形。

这种机壳毛坯的壳体外径为240mm，总厚度为17mm。其中，水槽的槽宽为6mm，水槽所在处的内壁厚度为7mm，外壁厚度则为4mm。此外，加强筋上与壳体相邻的两侧壁之间呈45°夹角，加强筋与壳体的连接处设有倒角，且倒角半径为8mm，加强筋背向壳体的两侧边也设有倒角，且倒角半径为5mm。

上述机壳毛坯需要进一步加工，如图2和图3所示，壳体1的外侧壁顶部开设有进水口4和出水口5，二者分别与相邻的两个水槽3连通。壳体1两端则分别开设有弧形台阶6，除了进水口4和出水口5所在位置，各台阶6均横跨两道水槽3和一个加强筋2，且壳体1两端的台阶6交错设置。台阶6深度为7mm，其内焊接有厚度为7mm的盖板7，台阶6底部与加强筋2相对的位置开设有通孔10，将相邻两个水槽3的一端连通。各水槽3首尾串连，配合进水口4和出水口5，最终形成完整的水道。

采用搅拌摩擦焊将盖板焊接在台阶内时，若使用常规4-10的搅拌头（搅拌针长度H=4mm，轴肩直径D=10mm），理论上电机壳外壁厚度至少需要5mm。因搅拌摩擦焊接时的顶锻力高达3～6KN，为防止电机壳外壁受搅拌头挤压变形甚至压塌，电机壳外壁厚度至少需要7mm。

在壳体外壁厚度只有4mm的情况下，常规4-10的搅拌头无法顺利焊接盖板，壳体外壁。若将电机壳的外壁厚度增加至7mm以上，则增加了电机壳的总重量，而新能源汽车对车身重量的控制较为严格，增加电机壳重量不利于车身减负。若采用轴肩更小的搅拌头，则会大大降低焊接效率，且小型搅拌头的使用寿命短。

发明内容