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YBX3355-2防爆电机转子压铸模设计

来源:www.zbhrmj.com 发布时间:2014年12月5日

YBX3355-2型防爆电机主要由机座、定子、转子、接线盒、端盖、轴承、轴承端盖、风扇等组成。其中定子和转子为其核心部件,由上千张硅钢片叠压而成,再通过压力铸造将熔化好的铝液压入转子压铸模中,以完成笼型绕组、平衡柱和风叶铸铝工作。作为磁路的一部分,转子要承受很大的旋转力矩,其制造要求较为严格,装机后,定转子之间的间隙仅有2.5mm,如果尺寸稍微很差,就可能使电机在运行中产生摩擦,致使整台电机报废。因此,定子和转子的制造精度成为电机生产的“瓶颈”,而解决“瓶颈”的关键是铁心压铸模具的设计。本文从实际出发,对YBX3355-2防爆电机转子铁心压铸工艺进行了研究,并对转子铁心压铸模进行了结构设计。

1转子压铸工艺分析

1.1转子零部件分析

铸铝转子如图1,该零(部)件由转子冲片、合金铝构成,转子两端是由铝合金压铸而成的端环、风叶和平衡柱构成,并且对称分布,因此要求所设计的上下模型腔结构与端环、风叶和平衡柱的外形相同。由工作图得知,该转子的外形尺寸为咖350mmx640mm,从设计与制造方面考虑,采用上、中、下三模结构,上、下模为成型部分,形成转子上、下端面的端环、风叶、平衡柱的形状,中模起支撑保护调节高度的作用,下模的进给和转子顶出机构均由电机转子专用压铸机提供。

1.2转子铸铝的工艺性分析及设计要求

1.2.1转子铁心的叠压

转子冲片是和定子圆片一起落料后冲制48个导条槽孔和20个通风槽孔获得,导条槽孔注入合金铝即可起到连接固定作用,通风槽孔用于电机热量的散失。

转子铁心叠压包括冲片处理、冲片定量、理片、装片及叠压等诸多内容。叠压后的冲片装于模具内,再利用压铸机的活塞,将铝液强行压铸到型腔内,并且在压力下结晶、成型,从而形成鼠笼转子。

1.2.2压铸过程

整个压铸过程是在电机转子铸铝液压机上完成的,压射的整个过程分为慢速、快速和增压三部分,其中,慢速压射是活塞缸内的铝液慢速上升,待快接近下模表面时,以很快的速度将铝液压射到型腔内,然后增压一段时间,使型腔内的铝液结晶冷却,压射后,浇口在铸铝机上自动切断。由推送机构拉出,假轴下面有一个顶出机构,向上顶出50mm左右,使铸铝转子和模具分离,利用吊车将铸好铝的转子吊出,退掉假轴,既得到产品。

1.2.3设计要求

(1)模具结构应该简单、紧凑、并且拥有足够的强度。

(2)模具结构应该保证铁心的装入、取出方便,定位可靠。

(3)模具材料应具备一定的高温强度,具备一定的抵抗冷热交替的能力以及抗腐蚀和抗磨损的能力。

(4)安装和拆卸方便。

2转子铁心压铸模具设计

2.1模具总体方案选取

2.1.1铸造方式的确定

转子铸铝常用的方法有:重力铸铝、振动铸铝、离心铸铝、压力铸铝和低压铸铝等,其中离心铸铝是质量较好,但是工艺十分复杂,而且模具及铁心需要预热,效率低且费用高,低压铸铝转子的质量与离心铸铝的质量相近,但应用时间较短,存在一定的技术问题,国际上先进国家转子几乎都采用压力铸铝工艺,在压铸过程中,铝液是以高速、高压的形式被推入型腔内的,铝液填充能力强,所以铁心可以不经预热直接装模压铸。压铸机基本上是半自动化的,生产效率高,劳动强度低,再加上铁心不用预热等因素,总体比较,压力铸铝方式为较好。本文设计即采用这种方式。

2.1.2分型面的确定

由转子铁心的三维视图可以看出,压铸组件属于对称的长圆柱体结构,故分型面选择在较大的截面处,即两端面上,这样可使模具结构简单,并且分型方便,宜于大批量高效的生产。

2.3.3浇注系统、排气系统的设计

(1)浇注系统的设计:由于转子铁心呈长圆柱体,因此宜选用立式压铸模具。简便起见,可将下模风叶口作为浇注口,与活塞上端面直接接触,浇注口面积大,浇注完成后再利用压铸机自带的推送装置将模具拉出,从而使活塞口处与下模风叶口处连接的铝被拉断。

(2)排气系统的设计:铝液以高速高压的形式压入型腔内部,则排气口宜放在上模顶部,高温铝液造成的气体将会有时间从上部排除,为了不使铝液从上模喷出,可以设置多个排气塞,即保障气体的顺利排除,又不会使铝液溢流。

2.2压铸机所需的锁模力的计算

锁模力:F锁=K(F主+F分)

式中,K为系数,取1.25

铸件在中模上没有投影面积,且没有侧向分型,故:

F主=0,F分=0.1AP

式中,P为压射比压(铝合金取60MPa),4为铸件在分型面上的投影面积(cm2)

代入数据后,所计算的锁模力为:F锁=kF主=1.25xO.1AP=1.25xO.lx380.33x60=2852.48(kN)

2.3选择压铸机

根据锁模力F锁,对压铸机进行选择,可选用HJ013系列315T的转子铸铝专用压铸机,主要参数如下:

锁模力/kN3150

动模板行程/mm1400

压射力/kN800

射料量/kg50

工作台尺寸/mm1200x1200

2.4模具结构的设计

2.4.1假轴的设计

假轴又称铸铝轴,它是无轴转子铁心叠压时的定位件。假轴与冲片轴孔以及假轴上的键与冲片键槽的尺寸配合,直接影响到铁心槽口是否平直及转子槽有效面积的大小,假轴选择中空轴,优点是:①节省材料,降低模具重量;②退假轴时,向孔内浇冷水,使假轴迅速冷却,假轴直径减小,方便退出。随着假轴使用过程中的磨损,外径尺寸减小,可以使用手锤敲击假轴顶端使假轴退出。假轴外径为160mm,内径为咖110mm。轴头是下模在线切割机上加工时获得,无需再做加工,直接焊接于轴底部即可,方便转子铁心的定位,冲片内径为咖16000063.选取轴外径为160【0.06-0.1】,则可确定假轴尺寸。

2.4.2压铸上、下模的设计

由于使用于高温环境下,并有一定的强度要求,故材料选择使用3Cr2W8V。下模外径取419mmx55mm和440mmx80mm的台阶,上模需要加设排气槽孔,只需在平衡柱顶部钻10mm的通孔,再钻一个18mm深8mm的沉孔,安装上排气塞达到排气的效果,上模需固定于铸铝机的动模上,特开设4个宽30mm、深25mm的槽,利用螺栓连接固定。

2.4.3压铸中模的设计

中模起支撑保护、防止铝液飞溅的作用,所以取内径比转子冲片外径大0.2~0.3mm,厚度为25mm,配合中模垫取高度为370mm车削加工好后,利用线切割将其切割成均等的三瓣儿,切口形状为“Z”,分成三瓣儿更容易安装拆卸,不影响配合尺寸,并且还能有效防止铝液外漏使中模与冲片粘结难以推出的麻烦。

2.4.4排气塞的设计

当铝液进入型腔时,为了使槽内的气体排掉,上模平衡柱顶端应开设排气槽,制作排气塞,排气塞可以利用车床加工而成,要求精度并不高。

2.5转子压铸模具装配图

图2为转子压铸模具装配示意图,其中图(a)为该模具的三维视图,图(b)为该模具的剖视图。该模具具有重量轻,造价低,通用性好,可以同时满足不同很数(2~8很)、不同高度的转子冲片的压装。

3结语

本文以YBX3355-2防爆电机转子压铸模为设计目标,结合现有生产条件,对转子铁心压装工艺及要求进行了分析,对转子压铸模具的结构进行了设计。模具虽然零件不多,但却能完全能够满足制造精度的要求,为YBX3355-2防爆电机高效率、大批量的生产奠定了基础。本文所提出的设计方法具有较强的应用价值。

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