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行业领域

高端装备制造产业

需求背景

新能源汽车的发展是国家战略方向，驱动电机是新能源汽车的核心三大部件之一。电机散热方式的进步带来高效散热能力，一方面提高电机持续功率和扭矩，另一方面有效降低动力总成体积及重量，这使得电机日益向高转矩密度、高功率密度方向发展，从而降低整车重量、提高整车性能。国家工信部规划在2025年乘用车电机功率密度要>4kW/kg，转矩密度要>19N·m/kg。当前，国内新能源汽车普遍采用技术难度较低的水冷电机，尽管已实现电池保温、空调供热、转/定子冷却等水冷系统集成，但热传递路径长，导致传递热阻大、散热效率低，以及电机体积及重量偏高。为解决水冷电机的不足，国内外的研究热点集中在绝缘性能好、可直接冷却热源的高沸点、低凝点油冷技术。

需解决的主要技术难题

1）新能源汽车薄壁空心电机轴的整体坯件温挤压成形工艺设计与优化

分析温挤压成形工艺的原则和要求，结合薄壁筒形件的特点，设计适合此类零件的复合成形工艺及模具。弹塑性数值模拟分析薄壁筒温成形主要工艺参数对应变、应力、温度、损伤等多场量的影响规律，对薄壁筒形件弹性变形引起尺寸误差的影响规律，以及对模具磨损的影响规律。进而基于生产节拍更快、载荷更低、能耗更小、性能更优进行温锻工艺优化。

2）新能源汽车薄壁空心电机轴的挤压坯温冷无芯缩口工艺设计与优化

设计适合此类坯件的无芯缩口成形工艺及模具，通过压力把要缩口的挤压坯压入成形模具，内部型腔无芯约束，最终在开口端形成拱形头部。弹塑性数值模拟分析无芯缩口界面摩擦、加载速度、温度、多道次缩口角度变化对材料流动、壁厚变化、损伤开裂倾向的影响规律，以及对薄壁缩口件弹性变形引起尺寸误差的影响规律，揭示缩口裂纹形成机理，进而基于内部型腔形状尺寸精度、载荷更低、能耗更小、性能更优进行温冷无芯缩口工艺优化。

3）新能源汽车薄壁空心电机轴的缩口坯渗碳淬火工艺设计与优化

开展材料的相转变动力学实验测试并拟合相关模型。设计适合此类坯件的离子渗碳淬火、回火工艺。薄壁空心坯件在骤热骤冷的情况下将产生较大的热应力而引起大变形乃至开裂，因此需首先构建精确的有限元分析模型，数值模拟分析气压、碳浓度、时间对相变组织、热应力及变形的影响规律，进而基于形状尺寸精度、性能更优进行渗碳热处理工艺优化。

4）新能源汽车薄壁空心电机轴端部内花键径向冷挤压工艺设计与优化

针对前述工序成形的坯件，设计适合端部内花键成形的径向冷挤压工艺及工装，可将坯件大部分形状完全约束而只对坯件端部进行内花键成形，利用镦粗机制强制材料精准沿径向向内流动，从而成形出完整的内花键齿形。

期望实现的主要技术目标

1）针对中空薄壁、多台阶、多键齿的高效油冷电机轴，建立整体式制造方法，包括整体式温挤压、多道次温冷无芯缩口、花键内齿径向冷挤压、渗碳热处理的一体化技术，确保产品轻量化40%。

2）高效油冷电机轴内花键齿精度达GB6级，工艺稳定保证动平衡达***级，表面硬度HRC59-63、深度***。

3）建成新能源汽车高效油冷电机轴中试生产线1条，进行6种以上型号产品的制造，年产5万件/年。

4）申请发明专利4项，发表论文2篇。

需求解析

解析单位：重庆市永川区 解析时间：2022-10-21

涂铭旗

重庆理工大学

教授

综合评价

该项目面向集中驱动的新能源乘汽车轻量化油冷电机轴一体化成形制造关键技术及产业化应用需求，开发高性能、高品质、高性价比的电机产品。项目围绕圆股线、矩形导体和股线换位定子绕组等三代产品研发。截至2018年底，项目已经补上了我国耐高频电晕绝缘原材料、低重稀土永磁材料等技术的短板；研制出矩形分段导体（发卡式）绕组二代电机样机，其峰值功率密度有明显提升，实现了整机轻量化、小型化。为达到车辆工况运行的节能要求，二代电机从追求最高效率向扩大高效区、注重低速轻载区高效拓展。在额定功率密度满足项目指标前提下，大幅减少了整车工况运行能耗。

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