电动汽车 IMU 模块用陀螺仪壳体压铸

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  IMU 壳体必须实现的功能
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  为什么铝 HPDC 适合此零件
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  气孔、压力密封性与热蠕变
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  压铸后必须加工的部位
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  如何判断壳体是否真正合格
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  哪种工艺路线适合你的壳体项目

惯性测量单元将陀螺仪和加速度计集成在一块小 PCB 上。壳体同时承担四项功能：可重复地定位该 PCB、屏蔽电磁噪声、将热量从传感器芯片导出，并在整车全寿命周期内承受振动和热载荷。

这些功能相互制约。屏蔽要求连续的导电壁；定位要求刚度和平面度；散热要求薄壁和良好的热通路；减重要求各处少用金属。陀螺仪壳体压铸让我们在一个零件上权衡这些需求，因为壁厚和加强筋布局由模具决定，而不是由多道工序叠加决定。

最关键的指标不在壳体本身，而在传感器处的信噪比。壳体一旦变形，PCB 就会移动。几微米的位移就会表现为零偏漂移，而漂移是 ADAS 算法无法滤除的。

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  定位内孔和支撑面在传感器的对准公差内定位 PCB。
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  屏蔽接地的导电壳体减少到达传感器走线的 EMI。
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  散热金属壁为热量离开芯片提供低阻通路。
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  耐受加强筋和凸台承受路面振动而不产生疲劳裂纹。

高压压铸以高速将熔融铝注入钢模，并在压力下凝固。对于带安装凸台、连接器开口、散热筋和传感器型腔的壳体，一次压射即可替代多道铣削装夹。ADC12 及类似 Al-Si 合金流动性好，能填充薄壁，并保持足够好的近净成形精度，使机加工成为精加工步骤而非成形步骤。

一般铸态特征的公差约为 ±0.1 mm。这对外形、加强筋和非关键凸台足够，但对轴承内孔或传感器安装面不够，任何压铸厂都不应说相反的话。这些表面在压铸后加工，压铸的任务是留下足够但不过多的加工余量。

产量决定经济性。模具成本固定，必须分摊到零件上。小批量或原型项目通常更适合用坯料 CNC 加工或真空复模，两者都无需模具。当年产量稳定且几何形状冻结后，陀螺仪壳体压铸成为单件成本更低的路线。

设计必须遵守拔模斜度和壁厚均匀性。尖锐内角会集中应力并导致收缩气孔。侧壁 1.5–2° 拔模斜度、充足的圆角，以及壁厚保持在 2–3 mm 的窄带内，都能在首件压射前降低废品率。

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  适合中高年产量、几何形状冻结、带加强筋的复杂形状。
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  不适合年产量低于几千件，或形状仍每周变化。
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  注意拔模斜度、圆角半径和壁厚均匀性对良率的影响大于合金选择。

气孔是导致项目终止的缺陷。湍流充填会卷入空气，被卷入的空气在表皮下方形成空洞。如果空洞位于密封面或螺纹凸台上，零件会泄漏或螺纹会滑牙。真空辅助压射曲线和合理布置的溢流槽可在气体被卷入前将其排出型腔。

压力密封性是独立于强度的要求。壳体可能通过拉伸检查，却仍通过微孔网络渗漏。对密封腔体进行氦检漏才是可靠的测试；着色渗透只能发现表面开口缺陷。需要密封壳体时，应在图纸上规定泄漏率和测试方法。

热循环是缓慢失效模式。壳体随温度膨胀，钢制紧固件膨胀较少，接头预紧力在每个循环中变化。如果铸件发生蠕变，PCB 基准面就会漂移，传感器零偏也随之偏移。铝的保形性良好，但前提是铸件充分致密化，且装配堆叠针对该差异进行设计。

壁厚在这里同样重要。薄壁升温降温快，厚凸台滞后。这种不匹配会在零件内积累内应力，零件会在数千次热循环中释放该应力。均匀壁厚，或最终加工前进行热时效，可消除大部分应力。

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  气孔湍流充填卷入空气；出现在密封面和螺纹处。
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  缩孔厚壁向薄壁补缩；厚薄交界处最严重。
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  冷隔两个流动前沿在低于熔合温度处汇合；形成薄弱、不可见的接缝。

铸件在关键表面上留有约 0.3–0.6 mm 的加工余量。这些表面通常是传感器安装面、连接器开口、安装内孔和任何螺纹。其余部位保持铸态。

传感器安装面的平面度最需要关注。平面度做到 0.02 mm 的安装面，PCB 无需加垫片即可贴合，陀螺仪轴系也能与车架保持对齐。若安装面翘曲 0.1 mm，就必须使用软垫片，而软垫片会引入一条柔度路径，表现为振动敏感。

接下来是内孔和螺纹。带垂直度要求的 Ø8 H7 内孔，需要在一次装夹中完成，以保证孔轴线与安装面的位置关系。中途重新装夹，误差累积会吃掉公差。使用 Ø400 mm 转台的五轴加工，可以在不重新装夹的情况下加工到侧面特征。

然后是表面处理。内壁阳极氧化或导电涂层承担屏蔽功能，外表面硬质涂层应对磨损。激光打标字符高度至少 1.5 mm，才能在涂层后保持可读。涂层前喷砂可提高附着力，但会磨圆锐边，因此对构成密封线的棱边要做遮蔽。

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  端面平面度传感器安装面目标 0.02 mm；在涂层后检测，而非涂层前。
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  内孔对位内孔与其基准面在一次装夹中加工，以保证垂直度。
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  螺纹深度压铸凸台需有足够壁厚，以保证螺纹全牙啮合。

加工特征的全尺寸检测报告是必要的，但不充分。它只能说明零件与图纸一致，不能说明铸件致密、涂层连续，也不能说明装配体经热循环后仍保持对位。

要索取零件背后的工艺数据。首件的压射曲线、模温记录以及 X 射线或 CT 扫描，能说明工艺是否受控，还是好件靠运气。拿不出这些数据的供应商，是在让你接受一个口头承诺。

然后测装配体，而不只是测零件。将壳体用螺栓固定到代表性质量块上，做 -40 °C 到 +85 °C 的热循环，测量循环前后的传感器零偏。这一项测试可一次发现气孔引起的蠕变、涂层失效和预紧力损失。

来料检验应检查传感器所依赖的特征，而不是图纸上的每一个尺寸。平面度、孔位置和螺纹状态都直接影响信号质量，外观面则不会。

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  首件CT 或 X 射线，加上加工特征的全尺寸检测报告。
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  工艺数据压射曲线和模温记录，而不只是一个合格章。
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  装配测试在螺栓固定的装配体上做热循环和零偏测量。