转子压铸工序.doc

转子压铸工序知识讲座一 概述：鼠笼型感应电动机由于结构简单，运行可靠，造价低廉，故在人们的日常生活和工作中得到了广泛的应用。鼠笼转子的结构型式有：铜排转子和铝条转子铜排转子是用成型铜杆按一定长度下料后，打入转子槽中，两端与端环焊接牢固；铝条转子是用铸铝的方法，铸出槽内的导条和铁心两端的端环，使转子成为一个坚实的整体。铸铝转子和铜排转子比较，有显著的优点：铜排转子的用铜量约占整个电机用铜量的40%左右，而采用铸铝转子则能节省大量的纯铜。以浇注替代铜排转子的嵌焊工艺，节省工时，提高劳动生产率；转子槽形的设计不受铜条形状的限制，可以任意选择，能改善电机的起动性能；不需要焊接，因此外表美观；端环和铁心形成一个坚实的整体，机械上容易取得平衡。转子铸铝的方法有以下几种：A. 振动铸铝B. 重力铸铝C. 离心铸铝D. 压力铸铝E. 低压铸铝转子铸铝所用的材料，在一般情况下，要求有较低的电阻系数和良好的铸造性能，一般采用Al99.8。1. 压铸原理:压铸-即是将液态金属通过压力输送到所需要的型腔内,经冷凝后,获得符合一定形状和尺寸的制件,这种获取制件的方法称之为“压铸”。二熔铝炉（燃油熔化保温炉，型号为JY-250）1熔铝炉-即熔化固态铝所需的炉膛。我司所用的熔铝炉为燃油式熔铝炉,燃油为柴油，柴油经高压从喷嘴中喷出，成雾状射入炉膛燃烧，产生高温，加热坩埚，熔化固态铝，使之成为液态铝，便于压铸。对熔铝炉的要求是：A.温度上升快B.火焰不宜直接接触铝水表面，以防止铝在熔化时吸收由于燃油不完全燃烧而挥发出来的氢气和碳氢气体。C.温度容易控制2. 熔铝坩埚的处理：坩埚：即熔铝时用来盛载铝锭并使之熔化的承载器具。我司所用“天霸王”坩埚容量为250kg（铝）。熔铝坩埚使用前处理的好坏，对铝水质量有很大的影响。石墨坩埚不溶于铝水，所得到的铝水比较纯净，质量好。但石墨坩埚体积小、成本高、不够坚固、容易损坏。对于新的石墨坩埚要做如下处理才能使用：先在80100的烘房内低温处理1420天，然后在500烘房内烘6小时左右（天霸王坩埚已做预处理），然后慢慢冷却下来。只有经过处理后并经检验合格的坩埚，才能正式投入使用。使用时先将坩埚烧红，然后放入铝块熔化；停炉时，必须先将坩埚内的温铝液舀出，让其自然冷却，否则，坩埚容易爆裂。3. 铝的熔化:铝锭表面应清洗干净，无油污、无杂质，铝的纯度为99.8%。回炉铝应集中处置、应清洁干净、无油污。铝锭和回炉铝在熔化前，应放在炉面预热，除去水分，当坩埚加热到发暗红时，分二次或三次加入预热的铝锭和回炉料。铝的熔点是660.5。铝在熔化的过程中与周围的介质（如铸铝工具）及空气相互作用， 主要有：与O作用：4Al+3O2AlO与作用：2Al+3AlO+3H与CO作用：6Al+3COAlO+AlO+AlC与C作用：2Al+3CAlO+3CO可见，铝在熔化过程中的氧化烧损是很剧烈的。当铝水与水蒸气（）及C接触时，一方面生成氧化铝（）渣滓，另一方面产生氢（H）及一氧化碳（CO），这些气体很容易渗入到铝水中去。含有气体的铝水压铸出来的转子，质量不好，因为铝水在凝结时气体被分离出来，但又跑不出去，只能留在铸件内造成气孔。氢是熔铝过程中最易产生的气体，它在铝水中的溶解度随着温度的升高而增加。当铝水温度高于800时，上述作用加剧，同时铝的结晶变粗，组织疏松，机械强度下降，凝固时体积收缩，容易产生裂纹。因此，一般控制铝水温度不超过800，而以在720左右为宜。但铝水温度也不能太低，以免降低了铝水的流动性。4. 铝水的清化: 铝水很容易氧化，在液面上生成一层氧化铝（）薄膜，它具有良好的保护作用，能防止氧化作用继续进行，也能防止气体进入铝水中去。但是，当我们用盛铝勺舀取铝水时，氧化铝很容易集结成快，混到铝水中去，而铝水表面立刻又生成一层氧化铝薄膜。氧化铝（）的密度（约为3.954.10），大于熔态铝的密度（2.38），熔点很高（2050），一旦混入铝水中，就再也不浮出来， 也不熔于铝水，而是成颗粒状存在于铝水中。它不仅降低了铝水的流动性，而且增大了铝的电阻率，影响了铝的质量。为了避免上述现象，一方面，铝水保温时不要随便破坏铝水表面的氧化层，在舀铝水时，注意不要把氧化膜打进铝水里去；另一方面，在铸铝之前，铝水应进行清化处理，即加入适量的清化剂，除去铝水中的气体和氧化物等杂质。清化剂一般为氯化钠、氯化氨、氯化锌等氯化物，主要作用为除去铝水中的气体和氧化物等杂质，清化处理时，将焙干的氯化物置于钟形罩的下部，沉入铝液的底部，缓慢搅动，这时将有气泡逸出，待气泡全部跑光，取出钟形罩，用勺子清除铝液表面渣滓，静置几分钟，就可以浇注了。清化后的铝液，不允许用勺子搅动表面。如果搁置时间过长， 还应进行第二次清化处理。如果用焙干的氯化钠，其加入量约为铝液的0.10.5%，如果用焙干的氯化氨，其加入量为铝液的0.020.03%。 清化处理的原理，主要是将氯化物加入铝水后，通过置换反应，生成氯化铝。例如： 加入氯化钠（NaCl）：6NaCl+AlO3NaO+2AlCl加入氯化锌（ZnCl）：ZnCl+2Al3Zn+2AlCl氯化铝（AlCl）的沸点是183，在铝水中由于氯化铝的升华作用，立即以气泡的形式升到液面而逸出。由于气泡的作用，铝水中的氢气会自动扩散到氯化铝中去，并随着气泡的上升而逸出液面，从而达到除气的作用，氯盐与氧化铝作用生成氯化铝，氯化铝的升华使这些氯化物得以借翻腾的气泡而浮于液面，从而易于除渣。在进行清化处理时，铝水的温度应很好地控制。铝水温度太高，熔渣过于稀薄，无法除尽，铝水温度太低，黏度大，去气效果不好，一般控制在720740。清化处理时，在坩埚上应设置抽风装置，以防止铝水逸出的有害气体危害员工身体健康。5. 压力铸铝设备及压铸过程:5.1. 压力铸铝是利用压铸机将熔化的铝水，压入转子铁心和压铸模中，以完成笼型转子的铸铝工作。压力铸铝的优点是：.铸造速度快，生产效率高；.工人的劳动强度低，劳动条件较好；.转子铁心不必预热；.能保证铝水充满型腔而不会有浇不满的现象；.便于组织流水线生产。5.2. 压力铸铝的主要设备是压铸机。压铸机有立式和卧式压铸机之分。本公司全部采用卧式冷室压铸机，型号有：台湾永大DC-150、上海J1115、J1115A、J1116A及广东东莞RD160C等型号，最大合型压力一般为150KN至160KN，最大压射力一般为185KN至200KN。卧式压铸机的压射方式是卧式压铸的。5.3. 浇注过程是：先把转子铁心装入动模型腔中去，动模在压臂的作用下向定模方向移动，铸铝模合模，同时压紧铁心，铝水倒入料缸，冲头处于待压位置。启动压射开关，冲头将料缸中铝水压入模具型腔。压铸完后，铸铝模动模与定模分开，压铸机自动将转子推出。5.4. 压铸模的结构：中模与定模固定在压铸机的固定工作台上，中模和定模是可以分开的，以便于料柄的取出。动模和动模座是固定在活动工作台上的。压铸时，动、定模合模，铝水从料缸被冲头压入浇道，铝水在浇道中前进，继而通过个分枝流道通过点浇口而射入型腔。压铸后，动、定模分离，中模在动模的拉动下同时分离，使转子的点浇口在中模与动模分型时首先拉断，动模退回后，动模内顶料棒将转子顶出，落入料盆。料柄由操作者撬出。5.5. 为防止压铸时铝水从排气槽中压出，压铸模一般不开设专门的排气槽，而是利用模具结构的接缝进行排气。5.6. 压力铸铝的工艺特点：压力铸铝时，铝水压射到转子铁心槽和型腔中去的速度极快，其充型速度可达到1025M/S。压铸时铝水充型是在瞬间完成的，因此转子铁心可不必预热，铸铝转子质量稳定，一次合格率可高达99%以上。且操作工艺简单，劳动条件较好。5.7. 压力铸铝的质量，目前存在着以下一些问题：.由于压力很大，铝水充型速度很高，原来在型腔中的空气难于排尽，会在铸件中产生气孔；.由于浇口处冷却很快，浇口处的铝水不能对型腔进行补缩，所以在铸件较厚部分（端环）易产生缩孔；.转子铁心不预热，转子槽壁无氧化层绝缘，又因为由于压力大，铝水紧贴槽壁，甚至进入硅钢片之间，增加了转子笼条之间的泄露电流，使转子附加损耗大为增加。5.8. 压力铸铝时，由于压力大，铝水的流动性不是很大的问题，浇注温度可控制在720左右。每次加入料缸里的铝水量必须严格控制，加料过少则铸不满，过多则可能铝水飞出伤人。5.9. 转子压铸时，应正确地选择压射比压、充型速度、压铸温度等工艺参数。这些参数相互之间有一定的关系，一般通过试模确定。6. 铸铝转子铁心的预处理:由于本公司打片用的冲压油一般粘度较大，铸铝转子铁心经压装后，其心部的片间存油是转子产生气孔的一个主要原因，由于转子铸铝是在高温、高压、瞬间形成的一个过程，在铝液刚刚充满转子型腔，而与转子片间的油类发生反应生成气体时，由于铝液迅速凝固，这些气体还来不及逸出而被铝液包围，因此，这些气体便以气泡的形式残留在转子的笼条和端环之中，呈不规则分布状态，这种状态造成转子笼条断开、细条、内部组织疏松，端环气孔增加，电阻率增大，导致整机性能变坏。转子在压铸前应对转子铁心进行脱油处理，具体实施为：转子铁心可用工业清洗剂冷态脱油，自来水冲洗，然后甩干或者电炉烘干；或将转子铁心直接用约700的高温加热脱油，然后冷却下来，使槽内形成一层氧化薄膜。这二种方法，以后者为好，一来可对铁心进行脱油处理，二来可对转子铁心槽进行氧化处理，氧化处理可提高铝笼条与转子槽壁的接触电阻，即铝与硅钢片的绝缘性能增加，使转子横向电流减少，从而使电机性能提高。7. 合理的注射系统：合理的注射系统很重要，它是铝液压射入型腔保证质量的关键，它包括压射室、储料室、浇道、浇口、排气系统及合适的压射速度、比压力等。一般来说，压射室、储料室、浇道基本上都能满足目前压铸转子的性能要求，但浇口尺寸的大小、排气面的合理设计、压射速度的快慢、比压力的大小等都是不可忽视的。排气面的设计及分布决定了在压铸瞬间型腔里的气体是否能及时排出，设计合理的排气面应能使气体及时排出而保证铝水不致由排气面喷出。排气面分布的位置应是气体最后排出的地方，不能使型腔内部存在有余气的“死角”，否则转子端环将会产生气孔。压射速度的快慢同样对压铸转子的质量起到关键作用，压力铸造时，铝水压射到转子铁心槽和型腔中的速度很高，其填充速度可达1025m/s，整个压铸过程是在瞬间完成的。如果铝水充型速度很快，充型速度大于气体的排出速度，铝液将会堵塞排气系统，并形成旋涡及喷雾，型腔内的气体难于排尽，会使气体滞留在型腔内部，产生气孔。如果铝水充型速度慢，铝水固化快，型腔内部可能填充不满，造成转子笼条组织疏松及欠铸现象。铝水的比压力（铸件型腔内单位面积上所受的静压力）P=4Q/D2P比压力 ；N/m2 Q压射压力 ：N D压射活塞直径；m 铝水的比压力是铸件获得组织紧密和轮廓清晰的主要因素，增大铝水的比压力可以提高转子笼条的致密性和端环的光洁度，但过高的比压力，易使模具受到铝液的强烈冲刷，并增加了粘模的可能性，降低模具的使用寿命，因此，在能保证铸件组织致密的情况下，尽量使用较低的比压力，一般约在60100MN/m2。8.脱模剂：主要目的是使铸件容易脱模。它是将脱模剂与水按一定的比例混合后，经过喷嘴喷洒在模具型腔的表面，使之在模面形成一层薄蜡面，使铸件容易脱模。另外对模具起到保护作用，可以减少模腔碳化物的产生。水与脱模剂的稀释量应按一定比例控制，这个比例应在生产中通过实验确定。过多的水会使模具表面过分冷却而产生细微裂痕导致脱模困难，过少的水会致使成本提高。喷涂时，过份及过长的喷涂时间，并不会致使铸件容易脱模，相反会使模温下降及有多余的水份残留在模腔内而使铸件产生气孔。脱模剂的功能是帮助脱模而并不是冷却剂。9.冲头油：主要目的是保护冲头在高温下不致氧化及减少与料缸的摩擦。它的主要配方为机油和石墨粉。冲头油应保持清洁，不可混有较硬砂粒及灰尘，刷涂在冲头上不可太厚。10.被覆剂：主要目的是防止铁类物质在高温下过热氧化的一类涂料。配方较多：一般是石墨粉、水玻璃加水或白胶泥加石墨粉和机油的混合物。这些涂了一般刷涂在舀铝铁勺上，起保护作用。11.铸铝转子的质量问题:11.1. 铸铝方法与转子质量的关系铸铝转子电动机比铜条转子电动机的附加损耗约增加26倍，采用的铸铝方法不同，附加损耗也不同，其中压力铸铝转子电动机的附加损耗最大。这是因为压铸时强大的压力使笼条和铁心接触得十分紧密，甚至使铝水挤入了叠片之间，使笼条的横向电流增大，使电机的附加损耗大为增加。此外，压铸时由于加压速度快，压力大，型腔内的空气不能完全排除，大量的气体呈“针孔”状密布于转子笼条、端环等处，致使转子中铝笼条的密度减小，平均电阻率增加，这样使电机的主要技术指标大为下降。11.2. 转子质量对电机性能的影响11.2.1. 转子斜槽宽大于设定值，转子斜槽漏抗增大，电机总漏抗增大；而导条长度相应增加，导条电阻增大，使电机最大转距降低，起动转距降低，满载时的电抗电流增大，功率因数降低，定、转子电流增大；定子铜耗增大，效率降低，温升高，转差率大；转子损耗增大，效率降低，温升高，转差率大。11.2.2. 转子斜槽宽小于设定值，转子斜槽漏抗减小，电机总漏抗减小，起动电流大，此外，电机的噪声和振动增大。11.2.3. 转子断条:A. 转子铁心压装过紧，铸铝后转子铁心胀开，有过大的拉力加在铝条上，将铝条拉断。B. 压铸后脱模过早，铝水未凝固好，铝条由于铁心胀力而断裂。C. 压铸前，转子铁心槽内有夹杂物。D. 铝液清化不好，铝水中有夹杂物，致使铝条中有气孔而形成铝条断开。如果转子断条，则转子导条电阻很大，所以起动转距很小，转子损耗增加，效率降低，温升高，转差率增大。11.2.4转子细条:A. 转子错片，槽斜线不直，使铝水流动困难。B. 模具预热温度低，使铝水流动性变差。转子细条，使导条电阻增大，效率降低，温度升高，转差率大，振动大，噪声增加。11.2.5.气孔:A. 铝水清化处理不好，铝水中含气严重，压铸速度太快或排气槽过小时，模腔中气体来不及排出。B. 铁心中油渍没有去尽即进行铸铝，油渍挥发在工件中形成气孔。气孔使导条电阻增大，效率降低，温度升高，振动大，噪声增加。11.2.6. 铸不满:A. 铝水温度过低，流动性差。B. 模具温度过低，铝水浇入后迅速降温，流动性变差。C. 铸入的铝水量不够。D. 铸铝模内浇口（点浇口）截面积过小，铝水过早凝固，堵住铝水通道。铸不满使导条电阻增大，效率降低，温度升高，振动大，噪声增加。11.2.7. 缩孔: A. 铝水、模具的温度搭配不当，达不到顺序凝固和合理补缩的目的。因为缩孔总是产生在铝水最后凝固的地方。B. 模具结构不合理，如内浇口截面积过小，