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电机铸铝转子压铸工艺的研究与分析

作者: 发布时间:2020-01-20 14:29:15 阅读: 43 次

摘要:随着目前大量转子采用压力铸铝,压力铸铝转子的内在质量难于控制,越来越多的压铸转子的铸铝缺陷在实际生产中频繁出现。由于转子铝笼内部的气孔、缩孔、缩松、裂纹、断条等内在缺陷都将直接影响其电阻率,从而直接影响电机效率。

关键词:电机  转子   压铸工艺  电机制造

 

0   引言

 

现实生产中,由于铸铝过程中影响因素诸多,直接导致转子在槽形及铝环中间或多或少存在一定数量的缩孔和气孔的存在,影响了转子内在致密度和填充率不高。从压铸理论上来讲只要选择合理的压射比压、充型速度,合理的压铸温度等工艺参数,能减少铸铝转子的气孔、缩孔的产生,来提高转子的内在质量。减小转子的杂散损耗、铝耗、转差率、温升,从而提升电机的效率。

1   工艺分析

 

我国电机行业在七、八十年代对电机转子的生产工艺,普遍采用离心铸铝工艺,随着目前机电液一体化的快速发展,给电机转子铸铝工艺有了根本性的变革。从原先中心高为H132以下采用压力铸铝,发展到现在中心高为H132~H400几乎所有的产品都采用压力铸铝,除一些外径大而高的产品目前仍采用离心铸铝,但是转子压力铸铝逐步替代离心铸铝那是一种必然的趋势。原因在于离心浇铸的转子质量完全取决于人工经验,而且劳动强度大,生产效率低,铸铝转子的表面质量差,模具使用寿命低,成本高。但现实生产中,由于铸铝过程中所出现的诸多因素,如压室中的气体过多而难于消除、模具的排气系统不畅、铝水净化和除气处理的质量及转子最终的补缩不够等因素,导致压铸转子的内在气孔、缩孔等压铸缺陷的产生。更为主要的是随着国际知名电机厂家对电机零部件及核心部件(定转子铁芯)的采购的质量越来越高,压力铸铝所出现的工艺缺陷,已无法满足高端客户的要求。在目前设备的前提下,怎样提高铸铝转子的质量已对电机转子的压铸提出了更高的要求。

2   解决方法

 

在压铸机是完好的状态下,对该设备的性能进行适当的调试,选择合理的压铸参数,填充速度,良好的排气系统,合适的压射比压以及浇铸温度,来满足压铸转子的压铸工艺要求。

2.1  铝液的熔化

采用石墨坩埚进行化铝,减少铝液中铁的含量,尽量避免铝液中含铁、硅含量过高来影响转子铁芯的电导率,以及外观质量。当铝温达到760℃时进行净化处理,把烘培干燥的精炼剂置于已预热的钟罩内,沉入铝液底部搅动,等气泡上升停止时取出,用捞渣勺将液面的渣料清除干净,静置1015分钟铸铝,方可进行浇铸。

2.2  选择合适的熔杯直径

根据所需转子压铸模具的进料端面的面积大小,尽可能选择较小的熔杯直径来提高转子的压射比压,以及减少压室中废气的存储空间,降低转子铁芯内部的气孔、缩孔的数量。

2.3  合理的压射压力

在设备许可的条件下,选择合适的压力,来保证铸铝转子的压射比压。此参数的选择根据所选熔杯的大小而定,尽可能使压射比压控制在(对于中心高H132~H355以下铸铝转子)18MPa~30MPa之间(无增压系统而言)。

2.4  通畅的排气系统

在模具的内腔必须开有与转子槽数等同,均布而且密而多的排气槽,一般宽度为5~6mm,深度为0.3~0.4mm,同时在上模表面开设环形排气槽和若干矩形排气槽,同时要开设一圈溢流槽,模具中圈与模具上下模的止口处必须开设若干条放射状且均布的排气槽,有利于转子压铸过程中瞬间的排气,尽可能减少转子铁芯内部气体的排出,减少气孔、缩孔等缺陷,提高铸铝转子的内部组织的致密度。

2.5  适宜的浇铸温度

在浇铸时铝水温度一般控制在680℃±20℃左右,浇铸温度过高,容易加大铝液的氧化和吸气。在浇铸过程中,容易使得气体在导条和铝环内部中形成气孔、缩孔等缺陷。

2.6  模具温度

一般情况下首台转子压铸时,要对模具进行预热,预热温度一般为100~120℃左右,在连续工作中模具温度要恒定,一般控制在60~80℃之间。如果温度过高可适当用水进行冷却,来保证在压铸充型过程中转子的下端环铝水能够得到更大程度的补充,提高下端铝环的内部质量,如果模具温度过高,导致风叶与铝环端面处的过渡圆弧容易产生裂纹,甚至铝环下表面容易产生缩松、凹痕等现象。

3   实施案例

 

通过对德国某公司铸铝转子的实际铸铝情况,在工艺上作了如下工艺参数的调整,在调整参数的情况下,使的转子内部填充的致密度得到明显提高,在这里我们引用填充率来作为衡量我们转子内部填充致密情况。填充率指的是转子实际用铝量和理论用铝量的一个比值。实际填充率越高转子的内部质量越好。

使用设备200T立式转子压铸机,压射缸直径为250mm125T/25MPa);压室直径为210mm。通过以下四种方案的比较我们可以看出,通过改变关键的压铸参数来提高转子内部的质量,是行之有效的。如下表所示:

方案

铁芯高度

氮气压力(MPa)

开口阀大小(圈)

压射压力(MPa)

压射比压(MPa)

铝温℃

铝重(Kg)

产品理论铝重(Kg)

转子填充率(%)

1

215

8

1

15.5

21.9635

670

4.686

5.3132

88.19

2

215

8

0.75

15.5

21.9635

670

4.826

5.3132

90.8

215

8

0.75

15.5

21.9635

660

4.846

5.3132

91.2

3

215

10

0.6

17.5

24.7975

660

4.926

5.3132

92.7

4

255

10

0.6

17.5

24.7975

685

5.4

5.85

92.3

255

10

0.6

17.5

24.7975

682

5.42

5.85

92.6

255

10

0.6

17.5

24.7975

685

5.41

5.85

92.5

 

 

    

4   结论

 

我们通过对实物的解剖效果上来看,做了如下的比较:方案一和方案二在相同的条件下看,从转子填充率的角度来看方案二明显要比方案一要好的多,下模缩孔和气孔明显少于方案一。

方案三和方案四在相同参数条件下,铁芯高度不同的情况下,从实物的解剖效果上来看,首先要比方案二要好,不管从铝环的对比还是槽形的质量上来看,都要优于方案二。从铸铝转子的填充率来看,显然方案三和方案四相差不大,但明显要高于方案二。最主要的是产品的质量在方案四再次验证中来看,产品重量已趋于稳定状态。最终该产品已经德国厂家的认可,已经开始批量生产,为公司赢得了市场。

 

参考文献:

 

[1]赵洪基、叶益良 黄立明  电机铸铝转子压铸工艺的理论研究  新工艺新技术

[2]电机制造工艺学   哈尔滨电机制造学校   机械工业出版社