YCH系列電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子鑄鋁穿軸工藝的探討

朱偉光(渤海裝備承德石油機(jī)械公司，河北承德 067000)

0 引言

渤海裝備承德石油機(jī)械公司生產(chǎn)的YCH系列高轉(zhuǎn)差率電動(dòng)機(jī)，在油田上以其節(jié)能降耗、經(jīng)久耐用深受用戶的好評(píng)。該產(chǎn)品的轉(zhuǎn)子是形成該產(chǎn)品的核心零件。轉(zhuǎn)子是經(jīng)壓力機(jī)高壓鑄鋁成型的，轉(zhuǎn)子鑄鋁質(zhì)量的好壞直接影響電動(dòng)機(jī)的使用性能。2010年1～6月生產(chǎn)加工過(guò)程中轉(zhuǎn)子鑄鋁出現(xiàn)一些質(zhì)量問(wèn)題，主要是轉(zhuǎn)子鑄鋁成型后，轉(zhuǎn)子外徑端面不平，找動(dòng)平衡時(shí)動(dòng)平衡技術(shù)指標(biāo)超標(biāo)和熱套軸時(shí)軸穿不進(jìn)鑄鋁轉(zhuǎn)子的孔中，產(chǎn)生了一批廢品，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也影響了產(chǎn)品的交貨進(jìn)度，使生產(chǎn)組織比較被動(dòng)。對(duì)于如何減小轉(zhuǎn)子壓鑄的廢品率，本文從影響轉(zhuǎn)子壓鑄質(zhì)量的六個(gè)方面，制定相應(yīng)的對(duì)策措施進(jìn)行解決，取得了較好的效果。

1 轉(zhuǎn)子壓裝質(zhì)量影響轉(zhuǎn)子壓鑄質(zhì)量

通過(guò)對(duì)發(fā)生的轉(zhuǎn)子鑄鋁廢品檢查，發(fā)現(xiàn)占42%的轉(zhuǎn)子鑄鋁后，轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng)度不一致，超差值竟達(dá)2 mm之多，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)來(lái)回晃動(dòng)，找動(dòng)平衡非常不好找。轉(zhuǎn)子的形狀及軸向長(zhǎng)度如圖1所示。

圖1 轉(zhuǎn)子形狀及軸向長(zhǎng)度

轉(zhuǎn)子壓裝的裝配圖如圖2所示。壓裝前，將轉(zhuǎn)子片沿著假軸鍵5疊裝在假軸6的外圓上，達(dá)到要求高度后，將疊裝好轉(zhuǎn)子片的假軸放到壓力機(jī)上進(jìn)行壓裝。圖中1是壓裝上壓頭，壓裝時(shí)壓力機(jī)上板壓住壓裝上壓頭，將轉(zhuǎn)子片壓齊，然后測(cè)量轉(zhuǎn)子壓裝高度達(dá)到滿足要求尺寸后，放上擋圈3，壓圈4，楔鍵2。8是底盤，其作用是托住轉(zhuǎn)子片保證轉(zhuǎn)子壓裝的正確定位和端面平度。通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子片和壓裝工裝的檢查，發(fā)現(xiàn)存在下列兩個(gè)問(wèn)題:(1)轉(zhuǎn)子沖片毛刺個(gè)別批次較大，毛刺高度在0.06～0.08 mm。由于沖片是復(fù)模沖制，沖片毛刺集中于某幾點(diǎn)，沖片疊壓后局部毛刺高點(diǎn)不能全部消除，導(dǎo)致局部超高。(2)轉(zhuǎn)子壓裝的壓頭不平，平面高度不一致。壓裝上壓頭由于長(zhǎng)時(shí)間使用，經(jīng)常加工個(gè)別零活時(shí)造成局部壓力集中，壓裝上壓頭局部變形，端面凸凹之差達(dá)到3～5 mm，用其壓裝轉(zhuǎn)子疊片必然會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子壓裝端面不平。針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，采取措施如下:(1)嚴(yán)格控制沖片的毛刺高度在0.05 mm以下，經(jīng)常進(jìn)行檢查，當(dāng)發(fā)現(xiàn)毛刺大于0.05 mm時(shí)，及時(shí)修磨轉(zhuǎn)子復(fù)模，確保轉(zhuǎn)子沖片質(zhì)量。(2)對(duì)壓裝上壓頭進(jìn)行修理，將凸凹不平之處車平，并且規(guī)定該工裝只適用于轉(zhuǎn)子壓裝，不要用作他用，始終保持其端面的平度。

圖2 轉(zhuǎn)子壓裝袋配圖

這兩項(xiàng)措施實(shí)行以后，轉(zhuǎn)子壓裝質(zhì)量有了很大提高，基本消除了轉(zhuǎn)子壓裝高度不一致的問(wèn)題。在轉(zhuǎn)子找動(dòng)平衡時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，很容易找好動(dòng)平衡。

2 調(diào)整假軸鍵槽寬度結(jié)構(gòu)尺寸

從圖2中可以看出轉(zhuǎn)子片在壓裝時(shí)，其轉(zhuǎn)子片7是疊壓在假軸6上的，其定位靠假軸鍵5的側(cè)面和假軸6外徑及底平面來(lái)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)轉(zhuǎn)子鑄鋁完成后其假軸這一部分要從鑄鋁轉(zhuǎn)子部分退出，然后利用鑄鋁時(shí)的余熱穿入電機(jī)軸。但有時(shí)在穿入電機(jī)軸時(shí)發(fā)生穿不進(jìn)去，再用壓力機(jī)壓入，導(dǎo)致電機(jī)軸和鍵損壞的現(xiàn)象。

經(jīng)過(guò)檢查和分析發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子片與轉(zhuǎn)子假軸外徑尺寸、鍵槽寬度尺寸及假軸鍵的配合尺寸是影響轉(zhuǎn)子疊壓的關(guān)鍵因素。各個(gè)零部件的相關(guān)尺寸見轉(zhuǎn)子假軸圖3、轉(zhuǎn)子假軸鍵圖4、轉(zhuǎn)子片圖5、電機(jī)軸外徑和鍵槽尺寸圖6、電機(jī)軸鍵尺寸圖7。

圖3 轉(zhuǎn)子假軸圖

圖4 轉(zhuǎn)子假軸鍵圖

圖5 轉(zhuǎn)子片圖

圖6 電機(jī)軸外徑和鍵槽尺寸

圖7 電機(jī)軸鍵尺寸圖

假軸鍵槽尺寸有一個(gè)對(duì)稱度要求0.05mm，就是說(shuō)所加工尺寸的軸線，必須位于距離為對(duì)稱度要求的公差值范圍內(nèi)。為保證穿軸順利常規(guī)做法是必須將轉(zhuǎn)子假軸鍵槽對(duì)稱度要求提高，縮小其公差在0.01～0.03mm之間。這樣就加大了假軸的制造難度，增加制作成本。

經(jīng)過(guò)計(jì)算和分析，發(fā)現(xiàn)將轉(zhuǎn)子假軸鍵槽加大0.2～0.4mm甚至更多，轉(zhuǎn)子假軸鍵槽對(duì)稱度的影響就可以消除，因此將轉(zhuǎn)子假軸鍵槽尺寸增大0.2 ～0.4mm，如圖8 所示。

圖8 轉(zhuǎn)子假軸鍵槽尺寸增大0.2～0.4mm

這樣轉(zhuǎn)子假軸加工制造容易，轉(zhuǎn)子疊片時(shí)轉(zhuǎn)子片利用其內(nèi)徑和鍵槽尺寸以轉(zhuǎn)子假軸外徑、轉(zhuǎn)子假軸鍵定位，自動(dòng)定心，轉(zhuǎn)子壓鑄后穿軸容易。原來(lái)假軸鍵在退出假軸時(shí)，隨著轉(zhuǎn)子假軸移動(dòng)，現(xiàn)在不隨著轉(zhuǎn)子假軸移動(dòng)，留在鑄鋁轉(zhuǎn)子的鍵槽內(nèi)，退出力大大減小，留在鑄鋁轉(zhuǎn)子內(nèi)的假軸鍵輕輕一敲即可退下，使轉(zhuǎn)子壓鑄后退出轉(zhuǎn)子假軸更加容易，大大減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。唯一不足之處是開始疊壓轉(zhuǎn)子片時(shí)需要手工扶一下轉(zhuǎn)子假軸鍵，待轉(zhuǎn)子片增多后，疊壓就會(huì)非常順暢，轉(zhuǎn)子假軸鍵自行找，正效果良好，同時(shí)也避免轉(zhuǎn)子穿軸時(shí)產(chǎn)生的廢品。

3 控制轉(zhuǎn)子假軸外徑和轉(zhuǎn)子假軸鍵寬度尺寸

通過(guò)檢查還有兩個(gè)因素影響鑄鋁轉(zhuǎn)子穿軸這一工藝過(guò)程:(1)轉(zhuǎn)子假軸經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用其外徑不同程度磨損，正常假軸外徑要求為φ100，現(xiàn) 在 個(gè) 別的 假軸 外徑 為 φ99.90 ～φ99.96。(2)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間使用正常假軸鍵的尺寸也已經(jīng)磨小，個(gè)別鍵的寬度為27.85～27.88mm，它們的磨損同樣影響轉(zhuǎn)子的壓裝質(zhì)量，熱套電機(jī)軸時(shí)使得其不能正常穿入。針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，采取措施如下:(1)對(duì)使用的轉(zhuǎn)子假軸和假軸鍵進(jìn)行尺寸檢查，對(duì)不符合要求的假軸和鍵一律作報(bào)廢處理。(2)對(duì)假軸鍵尺寸進(jìn)行調(diào)整，假軸鍵尺寸大，電機(jī)軸鍵尺寸小，減少由于鍵的摩擦導(dǎo)致鍵槽和鍵損壞。

4 調(diào)整壓鑄機(jī)壓力參數(shù)校正轉(zhuǎn)子壓裝誤差

轉(zhuǎn)子壓鑄設(shè)備是利用YT32-500型5000 kN四柱式萬(wàn)能液壓機(jī)改造成的專用全立式冷式壓鑄機(jī)，合模、開模、頂出鑄件完全由液壓機(jī)完成，新增加壓射和澆口剪切系統(tǒng)，轉(zhuǎn)子壓鑄模結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖9 轉(zhuǎn)子壓鑄模結(jié)構(gòu)

上模6、下模3、澆口套1、模具中上模板7和上模6固定在壓力機(jī)的壓板上平面上，中模4固定在模具小車中的中模開合缸上，下模3、下模板2固定在模具小車上。轉(zhuǎn)子壓鑄時(shí)將壓裝轉(zhuǎn)子5在壓鑄機(jī)上壓緊、固定，壓鑄模中模3、上模2以轉(zhuǎn)子外緣定位，中模4固定轉(zhuǎn)子外圓，下模托住壓裝轉(zhuǎn)子的底部，上中下三模均用止口連接定位，保證轉(zhuǎn)子片外圓與壓鑄模的上、下模同心。在壓鑄時(shí)，壓力機(jī)壓住轉(zhuǎn)子上模的壓力為15 MPa，與壓裝轉(zhuǎn)子時(shí)壓在上壓頭的壓力是一樣的。這里需要注意的是兩者壓的部位面積不同，壓裝轉(zhuǎn)子時(shí)，壓裝面積較大，居于轉(zhuǎn)子的中部，而壓鑄時(shí)，壓住轉(zhuǎn)子的面積狹窄，集中于最外邊緣，而且是在加熱狀態(tài)下施壓。壓鑄時(shí)，還有鑄鋁液體灌沖模具的反向壓力較大，抵消一部分壓向轉(zhuǎn)子片的壓力。因此，壓鑄時(shí)，壓力機(jī)壓住轉(zhuǎn)子上模的壓力應(yīng)適當(dāng)增加。根據(jù)計(jì)算，將壓模壓力適當(dāng)調(diào)為20 MPa。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，壓鑄轉(zhuǎn)子質(zhì)量有了明顯改觀，轉(zhuǎn)子端面平齊，高度一致。鑄鋁脫模順利流暢，減少鑄鋁轉(zhuǎn)子的端面不平現(xiàn)象。

5 搞好轉(zhuǎn)子壓鑄的模具清理，減少壓鑄過(guò)程誤差

轉(zhuǎn)子壓鑄過(guò)程是一個(gè)比較復(fù)雜的工藝過(guò)程，其中有許多因素都在影響質(zhì)量，模具在壓鑄過(guò)程中的清理就是一個(gè)十分重要的環(huán)節(jié)。壓鑄一個(gè)轉(zhuǎn)子后，模具上會(huì)遺留一些殘留鋁片或者殘?jiān)绻患皶r(shí)清理，當(dāng)下一個(gè)轉(zhuǎn)子壓鑄時(shí)這些殘?jiān)蛘咪X片就會(huì)墊在轉(zhuǎn)子的端面處，當(dāng)壓鑄模具合攏時(shí)，影響其正確定位，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子壓鑄后鑄鋁轉(zhuǎn)子端面歪斜，因此要十分重視這一過(guò)程。

對(duì)此要求在轉(zhuǎn)子壓鑄的準(zhǔn)備工作開始時(shí)，就要檢查壓鑄模具的清潔，檢查各個(gè)外內(nèi)表面、氣道的暢通。工作中，每當(dāng)完成一次壓鑄，準(zhǔn)備下一個(gè)壓鑄轉(zhuǎn)子之間都要進(jìn)行模具的清理，及時(shí)將殘?jiān)弯X片處理干凈。專人檢查、專人清理，確保模具的正常使用，保證轉(zhuǎn)子壓鑄端面不歪斜。

6 控制轉(zhuǎn)子壓鑄的預(yù)熱溫度和保溫時(shí)間

轉(zhuǎn)子壓鑄時(shí)，工藝要求壓裝轉(zhuǎn)子在預(yù)熱爐的加熱溫度為300℃ ±50℃，保溫時(shí)間大于2 h。轉(zhuǎn)子壓鑄后，推拉缸帶動(dòng)模具小車剪切澆口并行進(jìn)到頂出工位，利用油壓機(jī)的拉伸缸頂出轉(zhuǎn)子，立刻人工剔除內(nèi)澆口，退出假軸及轉(zhuǎn)子壓裝胎，利用余熱穿入轉(zhuǎn)子軸并保持轉(zhuǎn)子垂直放置20 min以上。但由于是流水線式生產(chǎn)，由于個(gè)別壓裝轉(zhuǎn)子在預(yù)熱爐中的保溫時(shí)間不夠2 h，因此鑄鋁轉(zhuǎn)子內(nèi)孔沒有足夠漲大，使得部分轉(zhuǎn)子穿軸困難。

為此采取措施是:嚴(yán)格執(zhí)行壓鑄工藝要求，加熱溫度和保溫時(shí)間由專人負(fù)責(zé)，并做記錄，保證壓裝轉(zhuǎn)子在預(yù)熱爐中的加熱溫度和保溫時(shí)間，減少因?yàn)榇隧?xiàng)因素導(dǎo)致產(chǎn)生廢品。

7 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，從影響轉(zhuǎn)子鑄鋁穿軸的六個(gè)方面進(jìn)行控制和改進(jìn)，2010年8月以后，轉(zhuǎn)子鑄鋁端面不平和穿軸不入的現(xiàn)象大幅減少，其采取的措施和方法行之有效，產(chǎn)品質(zhì)量提高明顯，工藝裝備及質(zhì)量管理上了一個(gè)新的臺(tái)階，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

［1］游曉虹，解波.電機(jī)鑄鋁轉(zhuǎn)子壓鑄工藝總結(jié)與分析［J］.鑄造設(shè)備研究，1997:32-34.