摘 要：現(xiàn)代大中型電機鑄鋁轉(zhuǎn)子以離心鑄造工藝生產(chǎn)居多，而小型鑄鋁轉(zhuǎn)子主要由壓鑄方式生產(chǎn)。文章對小型鑄鋁轉(zhuǎn)子的離心鑄造工藝展開研究，驗證了離心鑄造工藝對小型電機鑄鋁轉(zhuǎn)子實際生產(chǎn)的可行性，并提高了電機的整機運轉(zhuǎn)性能，取得了良好的成果。

關鍵詞：小型鑄鋁轉(zhuǎn)子；離心鑄造；順序凝固；致密度；電機效率

如何提高電機的工作效率，同時降低制造成本，一直是廣大電機設計制造者追求的目標，只有設計制造出更高效的電機產(chǎn)品，才能讓電機制造企業(yè)在激烈的市場競爭中生存，同時這也是當今社會節(jié)能減排、綠色發(fā)展的需要。

以往，我公司生產(chǎn)的小型鑄鋁轉(zhuǎn)子都采用壓鑄方式生產(chǎn)，電機效率一直無法得到有效提高，這是由壓鑄工藝性質(zhì)本身所決定的，主要是由于壓鑄速度較快，鐵心內(nèi)的空氣無法及時排出，造成鋁條及端環(huán)處出現(xiàn)細微的氣孔，從而影響了電機效率。近來，我公司為提高小型電機的工作效率，從提升轉(zhuǎn)子性能入手，研究了一套離心鑄造設備及工藝來生產(chǎn)小型鑄鋁轉(zhuǎn)子，取得了很好的應用效果，電機實際工作效率提高2%～3%。本文結合NEMA18-4P/2.2kW電機鑄鋁轉(zhuǎn)子，由壓鑄方式改為離心鑄造工藝后的實際性能進行分析。

1 轉(zhuǎn)子結構

本轉(zhuǎn)子鐵心為高沖自扣閉口槽結構，因此澆鑄時無需中套。鐵心外徑∮105mm，鐵心高度150mm，端環(huán)外徑∮103mm，端環(huán)內(nèi)徑∮56mm，端環(huán)厚度12mm，軸孔∮34mm，轉(zhuǎn)子總重7.95kg，其中鋁部凈重0.98kg。

2 工藝方案

此小型鑄鋁轉(zhuǎn)子，國內(nèi)自動化生產(chǎn)尚屬首次，無可借鑒經(jīng)驗，又無資料可查。經(jīng)過反復分析研究，精心擬定了一整套離心澆鑄工藝實施方案。其中包括自動化設備的研究，工藝參數(shù)確定和模具結構設計等。

2.1 自動化設備的研究

由于小型鑄鋁轉(zhuǎn)子一般批量較大，手動澆鑄無法滿足生產(chǎn)要求，所以為適應生產(chǎn)節(jié)奏，特研究了一整套雙工位自動化生產(chǎn)設備來提高生產(chǎn)效率，大量使用伺服電機、光電傳感器等先進電子元器件，采用先進PLC來進行控制，適用于外徑150mm以下，高度200mm以下的閉口槽轉(zhuǎn)子鐵心。主要結構包括：（1）鋁水保溫單元；（2）鐵心上料輸送單元；（3）轉(zhuǎn)子鐵心中頻加熱單元；（4）鐵心進出模抓取單元；（5）模具立式離心旋轉(zhuǎn)單元；，（6）鋁水自動澆鑄單元；（7）鑄鋁轉(zhuǎn)子下料輸送單元；（8）鑄鋁轉(zhuǎn)子自動切澆口及退假軸單元；（9）轉(zhuǎn)子碼垛單元。其中中頻加熱單元和模具立式離心旋轉(zhuǎn)單元為核心結構，關系到最終產(chǎn)品的質(zhì)量。

2.2 模具結構設計

由于NEMA18-4P該型鑄鋁轉(zhuǎn)子鋁環(huán)內(nèi)徑只有∮56mm，空間較小，考慮到直澆道拔模斜度等要求，上部鋁水入口處尺寸會更小，鋁液相對大型轉(zhuǎn)子直澆道更容易凝固，這就提高了工裝模具的設計制造的難度，也對澆鑄時工藝參數(shù)的穩(wěn)定控制提出了更高的要求。

模具立式旋轉(zhuǎn)單元是整套設備最核心的部分，主要結構包括：（1）漏斗；（2）上模及直澆道；（3）鐵心及假軸；（4）下模及冷卻翅片；（5）變頻旋轉(zhuǎn)電機；（6）下模合模頂升套桿；（7）下模頂升油缸；（8）鑄鋁轉(zhuǎn)子出模頂升桿；（9）鑄鋁轉(zhuǎn)子出模頂升油缸；（10）底座。

2.2.1 上下模設計

澆注時嚴格遵循自下而上的順序凝固要求，故特意在下模端環(huán)位置加了冷卻翅片，澆注時隨上下模一起旋轉(zhuǎn)，以達到下模端環(huán)最先凝固的目的。同時在下模端環(huán)內(nèi)側均布開出寬度5mm，深度0.1mm的排氣槽6個，以利于下端環(huán)排氣。下模定位止口直徑比鐵心外徑大0.1mm，即105.1mm。

上模與直澆道設計為一體，直澆道高度120mm，斜度為6度，內(nèi)澆口為對稱兩瓣式，間隔6mm，澆口高度為4mm，同時在上模平衡柱上方均布開出寬度6mm，深度0.1mm的排氣槽8個，以利于上端環(huán)排氣。上模定位止口直徑與下模一致，即105.1mm。

2.2.2 假軸設計

轉(zhuǎn)子中心的假軸主要起到兩個作用，1、防止鋁液澆入軸孔，2、澆注完成后起到切除直澆口的作用。因此這就要保證假軸既能在高溫下連續(xù)工作而不變形，同時在切除澆口時要有足夠的強度，本設備采用的40Cr材料，加以適當熱處理，滿足生產(chǎn)要求。

2.3 工藝參數(shù)的確定

在離心鑄鋁工藝中，溫度是最為關鍵的參數(shù)之一，它的高低直接影響最終鑄鋁轉(zhuǎn)子質(zhì)量。要想獲得合格的轉(zhuǎn)子，必須嚴格控制好模具溫度，鐵心溫度及鋁水溫度，只有這三者達到合理的溫度配合，嚴格遵循自下而上的順序凝固原理，同時在合理的離心轉(zhuǎn)速配合下，才能獲得合格的鑄鋁轉(zhuǎn)子。

2.3.1 上下模的預熱溫度

根據(jù)順序凝固原理，鑄鋁轉(zhuǎn)子的下端環(huán)應為最先凝固的部位，否則無法得到有效補縮而形成縮孔，因此下模預熱溫度應較低，實際以250～300℃為宜。而上端環(huán)及澆口為最后凝固的部位，同時為其它部位起補縮作用，因此上模預熱溫度應相對較高，以350～400℃為宜。

2.3.2 鐵心溫度

由于小型轉(zhuǎn)子槽型面積相對較小，為了不使?jié)茶T的鋁液過早凝固，因此鐵心預熱溫度相對較高，考慮到轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)運過程中的熱量損失，實際鐵心預熱溫度在520～550℃。

2.3.3 鋁液溫度

本轉(zhuǎn)子鋁重0.98kg，考慮到直澆道補縮量及澆鑄過程中損失的鋁液，實際鋁液澆鑄量為1.3kg，由于該鐵心槽型較小，因此所需鋁液溫度相對較高，實際生產(chǎn)時控制在760～780℃。

2.3.4 離心機轉(zhuǎn)速

根據(jù)《鑄造實用手冊》中，以重力倍數(shù)（G）為基礎計算轉(zhuǎn)速（rpm）的公式：n=299G/R內(nèi)，其中：G為重力加速度9.8，R內(nèi)（cm）為轉(zhuǎn)子鋁端環(huán)內(nèi)半徑，以此為參考，計算出合適的轉(zhuǎn)速為1046r/min，在實際澆鑄中發(fā)現(xiàn)，按此轉(zhuǎn)速澆出的轉(zhuǎn)子，下端環(huán)有拋空現(xiàn)象，后采用升速澆注法，一檔轉(zhuǎn)速為800r/min，，當?shù)谷?/3鋁液后，進行二擋提速，速度升高至1046r/min，澆鑄出的轉(zhuǎn)子合格。

2.4 轉(zhuǎn)子性能分析

利用上述設備，按照上述工藝生產(chǎn)出的NEMA18-4P鑄鋁轉(zhuǎn)子性能優(yōu)秀，整機裝配測試后，電機效率普遍提高2%～3%，取得了良好效果，達到了預期目的。對鋁端環(huán)切割后發(fā)現(xiàn)，比壓鑄的鋁端環(huán)致密度要更好，沒有壓鑄時普遍產(chǎn)生的直徑在∮1～∮2mm之間的小氣孔，這也直觀地印證了轉(zhuǎn)子性能的優(yōu)秀。

2.5 經(jīng)濟效益分析

以NEMA18-4P/2.2kW此型號電機為例，一天按工作16小時，效率提升2.5%計算，一年可節(jié)約電能：2.2*16*2.5%*365=321度，電價按照0.8元/度計算，一年可節(jié)約電費：321*0.8=256.8元，經(jīng)濟效益顯著。

3 結束語

從試制的NEMA18-4P鑄鋁轉(zhuǎn)子結果看，無論從轉(zhuǎn)子制造質(zhì)量，還是整機運行性能，都是非常成功的。其離心鑄造工藝參數(shù)選擇及模具結構設計合理，工藝方法可行。經(jīng)了解，與國內(nèi)其它電機廠家的同類型電機相比，該轉(zhuǎn)子裝配后的電機運行效率都是最高的。用離心澆鑄工藝生產(chǎn)的小型鑄鋁轉(zhuǎn)子電機，大大降低了客戶的后續(xù)使用費用，具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效果，值得推廣應用。

參考文獻

[1]張玉平.金屬型離心鑄造電機轉(zhuǎn)子工藝的改進[J].鑄造技術，1993（5）：43-44.

[2]曾海軍.轉(zhuǎn)子離心鑄鋁工藝探討[J].電機技術，1987（1）：45-47.

作者簡介：汪濤（1989-），男，漢族，浙江紹興人，助理工程師，本科學歷，畢業(yè)于長春工業(yè)大學，長期從事重力澆鑄，壓鑄，離心澆鑄等相關工作，現(xiàn)從事電機制造工藝，研究方向：材料成型，鑄造。