YBX3355-2防爆電機(jī)轉(zhuǎn)子壓鑄模設(shè)計(jì)

YBX3355-2型防爆電機(jī)主要由機(jī)座、定子、轉(zhuǎn)子、接線盒、端蓋、軸承、軸承端蓋、風(fēng)扇等組成。其中定子和轉(zhuǎn)子為其核心部件，由上千張硅鋼片疊壓而成，再通過(guò)壓力鑄造將熔化好的鋁液壓入轉(zhuǎn)子壓鑄模中，以完成籠型繞組、平衡柱和風(fēng)葉鑄鋁工作。作為磁路的一部分，轉(zhuǎn)子要承受很大的旋轉(zhuǎn)力矩，其制造要求較為嚴(yán)格，裝機(jī)后，定轉(zhuǎn)子之間的間隙僅有2.5mm，如果尺寸稍微很差，就可能使電機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生摩擦，致使整臺(tái)電機(jī)報(bào)廢。因此，定子和轉(zhuǎn)子的制造精度成為電機(jī)生產(chǎn)的“瓶頸”，而解決“瓶頸”的關(guān)鍵是鐵心壓鑄模具的設(shè)計(jì)。本文從實(shí)際出發(fā)，對(duì)YBX3355-2防爆電機(jī)轉(zhuǎn)子鐵心壓鑄工藝進(jìn)行了研究，并對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心壓鑄模進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

1轉(zhuǎn)子壓鑄工藝分析

1.1轉(zhuǎn)子零部件分析

鑄鋁轉(zhuǎn)子如圖1，該零（部）件由轉(zhuǎn)子沖片、合金鋁構(gòu)成，轉(zhuǎn)子兩端是由鋁合金壓鑄而成的端環(huán)、風(fēng)葉和平衡柱構(gòu)成，并且對(duì)稱分布，因此要求所設(shè)計(jì)的上下模型腔結(jié)構(gòu)與端環(huán)、風(fēng)葉和平衡柱的外形相同。由工作圖得知，該轉(zhuǎn)子的外形尺寸為咖350mmx640mm，從設(shè)計(jì)與制造方面考慮，采用上、中、下三模結(jié)構(gòu)，上、下模為成型部分，形成轉(zhuǎn)子上、下端面的端環(huán)、風(fēng)葉、平衡柱的形狀，中模起支撐保護(hù)調(diào)節(jié)高度的作用，下模的進(jìn)給和轉(zhuǎn)子頂出機(jī)構(gòu)均由電機(jī)轉(zhuǎn)子專用壓鑄機(jī)提供。

1.2轉(zhuǎn)子鑄鋁的工藝性分析及設(shè)計(jì)要求

1.2.1轉(zhuǎn)子鐵心的疊壓

轉(zhuǎn)子沖片是和定子圓片一起落料后沖制48個(gè)導(dǎo)條槽孔和20個(gè)通風(fēng)槽孔獲得，導(dǎo)條槽孔注入合金鋁即可起到連接固定作用，通風(fēng)槽孔用于電機(jī)熱量的散失。

轉(zhuǎn)子鐵心疊壓包括沖片處理、沖片定量、理片、裝片及疊壓等諸多內(nèi)容。疊壓后的沖片裝于模具內(nèi)，再利用壓鑄機(jī)的活塞，將鋁液強(qiáng)行壓鑄到型腔內(nèi)，并且在壓力下結(jié)晶、成型，從而形成鼠籠轉(zhuǎn)子。

1.2.2壓鑄過(guò)程

整個(gè)壓鑄過(guò)程是在電機(jī)轉(zhuǎn)子鑄鋁液壓機(jī)上完成的，壓射的整個(gè)過(guò)程分為慢速、快速和增壓三部分，其中，慢速壓射是活塞缸內(nèi)的鋁液慢速上升，待快接近下模表面時(shí)，以很快的速度將鋁液壓射到型腔內(nèi)，然后增壓一段時(shí)間，使型腔內(nèi)的鋁液結(jié)晶冷卻，壓射后，澆口在鑄鋁機(jī)上自動(dòng)切斷。由推送機(jī)構(gòu)拉出，假軸下面有一個(gè)頂出機(jī)構(gòu)，向上頂出50mm左右，使鑄鋁轉(zhuǎn)子和模具分離，利用吊車將鑄好鋁的轉(zhuǎn)子吊出，退掉假軸，既得到產(chǎn)品。

1.2.3設(shè)計(jì)要求

(1)模具結(jié)構(gòu)應(yīng)該簡(jiǎn)單、緊湊、并且擁有足夠的強(qiáng)度。

(2)模具結(jié)構(gòu)應(yīng)該保證鐵心的裝入、取出方便，定位可靠。

(3)模具材料應(yīng)具備一定的高溫強(qiáng)度，具備一定的抵抗冷熱交替的能力以及抗腐蝕和抗磨損的能力。

(4)安裝和拆卸方便。

2轉(zhuǎn)子鐵心壓鑄模具設(shè)計(jì)

2.1模具總體方案選取

2.1.1鑄造方式的確定

轉(zhuǎn)子鑄鋁常用的方法有：重力鑄鋁、振動(dòng)鑄鋁、離心鑄鋁、壓力鑄鋁和低壓鑄鋁等，其中離心鑄鋁是質(zhì)量較好，但是工藝十分復(fù)雜，而且模具及鐵心需要預(yù)熱，效率低且費(fèi)用高，低壓鑄鋁轉(zhuǎn)子的質(zhì)量與離心鑄鋁的質(zhì)量相近，但應(yīng)用時(shí)間較短，存在一定的技術(shù)問(wèn)題，國(guó)際上先進(jìn)國(guó)家轉(zhuǎn)子幾乎都采用壓力鑄鋁工藝，在壓鑄過(guò)程中，鋁液是以高速、高壓的形式被推入型腔內(nèi)的，鋁液填充能力強(qiáng)，所以鐵心可以不經(jīng)預(yù)熱直接裝模壓鑄。壓鑄機(jī)基本上是半自動(dòng)化的，生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，再加上鐵心不用預(yù)熱等因素，總體比較，壓力鑄鋁方式為較好。本文設(shè)計(jì)即采用這種方式。

2.1.2分型面的確定

由轉(zhuǎn)子鐵心的三維視圖可以看出，壓鑄組件屬于對(duì)稱的長(zhǎng)圓柱體結(jié)構(gòu)，故分型面選擇在較大的截面處，即兩端面上，這樣可使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，并且分型方便，宜于大批量高效的生產(chǎn)。

2.3.3澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

(1)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：由于轉(zhuǎn)子鐵心呈長(zhǎng)圓柱體，因此宜選用立式壓鑄模具。簡(jiǎn)便起見(jiàn)，可將下模風(fēng)葉口作為澆注口，與活塞上端面直接接觸，澆注口面積大，澆注完成后再利用壓鑄機(jī)自帶的推送裝置將模具拉出，從而使活塞口處與下模風(fēng)葉口處連接的鋁被拉斷。

(2)排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：鋁液以高速高壓的形式壓入型腔內(nèi)部，則排氣口宜放在上模頂部，高溫鋁液造成的氣體將會(huì)有時(shí)間從上部排除，為了不使鋁液從上模噴出，可以設(shè)置多個(gè)排氣塞，即保障氣體的順利排除，又不會(huì)使鋁液溢流。

2.2壓鑄機(jī)所需的鎖模力的計(jì)算

鎖模力：F鎖=K(F主+F分)

式中，K為系數(shù)，取1.25

鑄件在中模上沒(méi)有投影面積，且沒(méi)有側(cè)向分型，故：

F主=0，F(xiàn)分=0.1AP

式中，P為壓射比壓(鋁合金取60MPa)，4為鑄件在分型面上的投影面積(cm2）

代入數(shù)據(jù)后，所計(jì)算的鎖模力為：F鎖=kF主=1.25xO.1AP=1.25xO.lx380.33x60=2852.48(kN)

2.3選擇壓鑄機(jī)

根據(jù)鎖模力F鎖，對(duì)壓鑄機(jī)進(jìn)行選擇，可選用HJ013系列315T的轉(zhuǎn)子鑄鋁專用壓鑄機(jī)，主要參數(shù)如下：

鎖模力/kN3150

動(dòng)模板行程/mm1400

壓射力/kN800

射料量/kg50

工作臺(tái)尺寸/mm1200x1200

2.4模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

2.4.1假軸的設(shè)計(jì)

假軸又稱鑄鋁軸，它是無(wú)軸轉(zhuǎn)子鐵心疊壓時(shí)的定位件。假軸與沖片軸孔以及假軸上的鍵與沖片鍵槽的尺寸配合，直接影響到鐵心槽口是否平直及轉(zhuǎn)子槽有效面積的大小，假軸選擇中空軸，優(yōu)點(diǎn)是：①節(jié)省材料，降低模具重量；②退假軸時(shí)，向孔內(nèi)澆冷水，使假軸迅速冷卻，假軸直徑減小，方便退出。隨著假軸使用過(guò)程中的磨損，外徑尺寸減小，可以使用手錘敲擊假軸頂端使假軸退出。假軸外徑為160mm，內(nèi)徑為咖110mm。軸頭是下模在線切割機(jī)上加工時(shí)獲得，無(wú)需再做加工，直接焊接于軸底部即可，方便轉(zhuǎn)子鐵心的定位，沖片內(nèi)徑為咖16000063．選取軸外徑為160【0.06-0.1】，則可確定假軸尺寸。

2.4.2壓鑄上、下模的設(shè)計(jì)

由于使用于高溫環(huán)境下，并有一定的強(qiáng)度要求，故材料選擇使用3Cr2W8V。下模外徑取419mmx55mm和440mmx80mm的臺(tái)階，上模需要加設(shè)排氣槽孔，只需在平衡柱頂部鉆10mm的通孔，再鉆一個(gè)18mm深8mm的沉孔，安裝上排氣塞達(dá)到排氣的效果，上模需固定于鑄鋁機(jī)的動(dòng)模上，特開(kāi)設(shè)4個(gè)寬30mm、深25mm的槽，利用螺栓連接固定。

2.4.3壓鑄中模的設(shè)計(jì)

中模起支撐保護(hù)、防止鋁液飛濺的作用，所以取內(nèi)徑比轉(zhuǎn)子沖片外徑大0.2～0.3mm，厚度為25mm，配合中模墊取高度為370mm車削加工好后，利用線切割將其切割成均等的三瓣兒，切口形狀為“Z”，分成三瓣兒更容易安裝拆卸，不影響配合尺寸，并且還能有效防止鋁液外漏使中模與沖片粘結(jié)難以推出的麻煩。

2.4.4排氣塞的設(shè)計(jì)

當(dāng)鋁液進(jìn)入型腔時(shí)，為了使槽內(nèi)的氣體排掉，上模平衡柱頂端應(yīng)開(kāi)設(shè)排氣槽，制作排氣塞，排氣塞可以利用車床加工而成，要求精度并不高。

2.5轉(zhuǎn)子壓鑄模具裝配圖

圖2為轉(zhuǎn)子壓鑄模具裝配示意圖，其中圖(a)為該模具的三維視圖，圖(b)為該模具的剖視圖。該模具具有重量輕，造價(jià)低，通用性好，可以同時(shí)滿足不同很數(shù)(2～8很)、不同高度的轉(zhuǎn)子沖片的壓裝。

3結(jié)語(yǔ)

本文以YBX3355-2防爆電機(jī)轉(zhuǎn)子壓鑄模為設(shè)計(jì)目標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)有生產(chǎn)條件，對(duì)轉(zhuǎn)子鐵心壓裝工藝及要求進(jìn)行了分析，對(duì)轉(zhuǎn)子壓鑄模具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。模具雖然零件不多，但卻能完全能夠滿足制造精度的要求，為YBX3355-2防爆電機(jī)高效率、大批量的生產(chǎn)奠定了基礎(chǔ)。本文所提出的設(shè)計(jì)方法具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。