電機機殼的鑄造分析

摘要：當前電力技術的廣泛應用，帶動了電機機殼鑄造設備驅動力由石化燃料向電力的轉變，電機作為實現電能轉換及能量傳遞的一種裝置，在能量形式的轉換過程中扮演著重要角色。但是電機機殼鑄造時存在一些瓶頸問題，通過分析氣孔、砂巖、收縮等方面的電機機殼鑄造缺陷，探討提升鑄造工藝技術水平的途徑，以期為電機機殼鑄造事業提供指導意義。

關鍵詞：鑄造；電機；能量轉換；磁場；機殼鑄造工藝

中圖分類號：TG249.1文獻標識碼：A文章編號：1674-7712 (2014) 08-0000-01

一、電機簡介

電機：通常稱為電動機。一般是根據電磁感應定律來實現電能轉換或能量傳遞的一種裝置。按照其運動形式可以分為兩類：運動電機和靜止電機。靜止電機一般是實現能量的變換和傳遞，最常見的有變壓器；運動電機則是人們在生產與生活中最常見的電機，它是用來實現能量的轉換或信號轉換的一種電磁機械裝置，一般人們按照其轉換功能將其又簡單分為兩種：一種是發電機，它是將其他形式的能量轉換為電能，通過原動機把各種形式的能量統一轉換為可以用電線輸送的電能，比如水能發電、風能發電、汽輪發電等；另一種是電動機，就是將電能轉換為其他形式的能量。我國電機的發展和生產起步相對較晚，但發展速度很快，特別是改革開放及加入WTO后，工業急速發展，對電能及其動力設備大量需求，我國電機的生產迎來了發展高潮。90年代左右，我國大功率電機技術已經相當成熟，形成了一些有廣泛影響力的國產品牌。近些年，隨著汽車浪潮席卷全國，加之電動汽車等技術革命，汽車對電動機的需求也成倍增長，我國電動機又迎來一次發展高潮。提升電動機相關生產技術對企業提升經濟效益及影響力意義深遠。

二、電機分類及組成

（一）電機分類

（1）電機按照相數可以分為：單相電機、三相電機、多相電機。（2）電機按照轉速可以分為：同步電機、異步電機。（3）電機按照供電電流可以分為：直流電機、交流電機。

（二）電機的組成

（1）交流電機（alternate current motor，AC Motor）是用于實現機械能和交流電能相互轉換的機械。由于交流電力系統的巨大發展及交流電在工業應用中的主導地位，交流電機已成為最常用的電機。交流電機與直流電機相比，由于沒有換向器等，因而可以比直流電動機結構更簡單，也比較容易實現高轉速、高電壓、高電流、大容量或超大容量。交流電機一般包括以下構件：定子、轉子、機殼及機座、輔助部件（典型交流電機見圖1、圖2）。

圖1交流電動機

圖2交流電機拆解圖

（2）直流電機（direct current motor，DC Motor）：將直流電能轉換成機械能（直流電動機）或將機械能轉換成直流電能（直流發電機）的旋轉電機。它是能實現直流電能和機械能互相轉換的電機。當它作電動機運行時是直流電動機，將電能轉換為機械能；作發電機運行時是直流發電機，將機械能轉換為電能。

直流電機的結構應由定子和轉子兩大部分組成。直流電機運行時靜止不動的部分稱為定子，定子的主要作用是產生磁場，由機座、主磁極、換向極、端蓋、軸承和電刷裝置等組成。運行時轉動的部分稱為轉子，其主要作用是產生電磁轉矩和感應電動勢，是直流電機進行能量轉換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風扇等組成。

無論是交流電動機還是直流電動機，電機外殼是電動機的主要支撐件，其質量直接影響電機的正常運作。電機在能量轉化過程中產生能量消耗，消耗的能量會以熱能形式散失，現場應用中，當電機繞組溫度超過其絕緣等級最大極限溫度10℃左右時，其絕緣壽命就要大幅度減少，而電機外殼的設計及其質量直接影響了電機的散熱質量。

三、電機機殼鑄造缺陷分析

受國內相關工藝及設備的制約，我國在鑄造技術方面與國際先進水平還有一段距離，提高產品質量，減少廢品引起的損失，是提高企業經濟效益及業內影響力的主要措施，以下就機體鑄造中常見的問題及缺陷進行分析：

（一）氣孔

氣孔是鑄件最為常見的缺陷，其比例往往占據鑄件廢品的首位，如何防止氣孔，一直是研究人員及操作人員的熱門話題。氣孔一般多見于鑄件的上部，一般是由于型芯的發氣量較大而由于澆鑄速度等因素未能充分排氣，使鑄件上部產生嗆火現象，導致大面積孔洞及砂眼。在現代工藝及自動化生產的條件下，一般反應性氣孔與析出性氣孔比較少見，目前最常見的是多位侵入性氣孔。現對侵入性氣孔進行分析：（1）澆鑄速度過慢，鐵水進入磨具時，有氣體卷入。（2）澆鑄溫度不夠。（3）型砂水分含量偏高；型砂透氣性較差。（4）型腔排氣不充分。（5）鐵水未充分除渣，雜質引起氣孔等缺陷。

針對以上問題，制定以下對策措施：（1）設置合適的排氣針孔，使氣體充分排除。（2）澆鑄鐵水時，設置攔渣，保證鐵水純度。（3）保證鐵水澆鑄溫度。（4）保證型砂質量，包括其添加劑、水分含量等。

（二）砂眼

砂眼也是鑄件常見缺陷，多見于鑄造件的上部，也經常在電機殼內部加工后暴露出來。對其原因進行分析：（1）澆鑄系統設計不合理。（2）型砂性能欠缺。（3）型腔內部不干凈。（4）砂芯干燥不良。

針對以上問題，制定以下對策措施：（1）要有合理的澆注速度。截面太小，則澆注速度太慢，鐵液上升速度太慢，上型受鐵液高溫烘烤時間長，容易使型砂爆裂，嚴重時會造成片狀脫落。澆注系統的比例，應使鐵液能平穩注入，不得形成紊流或噴射。（2）盡量使鐵液流經的整個通道在砂芯內生成，可在直澆口與橫澆口搭接處設置過濾器，可以將鐵液在直澆道內可能沖刷下來散砂和鐵液夾渣加以過濾，從而可減少砂眼和渣眼。（3）變截面處應盡可能圓滑光潔，避免形成易被鐵液沖垮的尖角砂。（4）要控制型砂中的微粉含量。（5）在型腔表面施表面安定劑。（6）選取恰當的芯頭間隙和斜度并保證下芯和合箱的工裝精度。

（三）收縮

電機外殼結構較雜，壁厚差異較大，在外殼厚大熱節處往往會產生集中收縮，嚴重時會產生較深的縮裂缺陷。原因分析如下：（1）造型時充填不緊實。（2）澆鑄溫度偏高。（3）鑄液收縮傾向較大。

根據以上分析，制訂以下策略：（1）提高型砂的流動性，控制合適的型砂緊實率，可以采用預實等方法。（2）切勿盲目提高澆鑄溫度。（3）保證鐵水有良好的鑄造性能。（4）保證和改善熔煉工藝。

當然，造成電機機殼缺陷的不止以上幾種，以上幾種只是發生概率相對較大，發生較為頻繁，對企業效益影響較大的幾種。未來的電機向著小型化，智能化等方向發展，電機外殼的技術也一直在不斷進步，外殼制造加工工藝和技術一直是電機生產企業的核心生產技術之一。

四、電機機殼鑄造的主要工藝技術

先進的工藝技術有利于電機機殼鑄造水平的提升。在設計和實用技術時，要做好前置處理、中央處理和后置處理的流程。先要根據實際物體的形狀建立實體模型，通過數值模擬和剖分多面體單元，以及三維模擬計算技術等做好鑄造的前置工作；其次，通過數值模擬計算方法來分析和判斷熱平衡方程及縮孔，完成中央處理工作；最后，采用彩色圖形或圖像等，將分析得出的計算機結果動態表現出來。在電機機殼鑄造過程中，要注意諸多環節的工藝應用，如澆筑位置、分裂面、冒口、冷鐵等，可采用有利于型內排氣和渣上浮的底注式澆筑系統。同時要注意熔煉工藝的有效運用，選擇化學原料的原則是：既要防止石墨化膨脹不充分而產生縮松，又要防止出現石墨漂浮現象；在熔煉過程中要依據有限補縮的均衡凝固理論，采用低溫澆筑法以降低液體收縮。總之，不管是以二維方程式顯示鑄件某斷面的溫度-時間動態、三維方式顯示鑄件的應力場分布、還是選擇化學成分及熔煉技術等，工藝技術方面的應用都應體現出精密與適宜。

五、結束語

在我國改革開放，并加入WTO后，我國追趕世界的步伐加快了很多，許多制造加工技術得到了飛速的發展，許多廠家為了滿足日益增長的高強度薄壁鑄鐵件的工藝要求，紛紛引進國際先進的工藝技術及其裝備，鑄造技術也得到了全面的更新和極大的提升，在熔煉方面大都采用雙聯熔煉或電爐熔煉，相當一部分企業采用了粘土砂高壓造型，制芯則普遍采用覆膜砂熱芯或冷芯工藝。電機外殼鑄造材料也發生了巨大的變化，由以前的鑄鐵到現在普遍采用鋁合金等材質，在提高電動機性能的同時也解決了以前電機外殼加工制造過程中的一些瓶頸問題，但我國仍要不斷學習國際上先進的技術，進一步提高產品的質量與競爭力。

參考文獻：

[1]李軍.鑄型溫度與鑄件縮松關系的研究[J].熱加工工藝，2011(07).

[2]王寧國.金屬型重力鑄造條件下的鋁合金鑄件生產技術[J].裝備制造技術，2011(10).

[3]李先迎，王飛雄.EIZ80空分機殼鑄造工藝[J].鑄造技術，2012(04).

[4]李永林.鋁合金電機殼加工工裝研究[J].天津冶金，2012(05).

[作者簡介]劉海東（1968.03-），男，湖北恩施人，本科，工程師，董事長，總經理，研究方向：機械制造工藝、鑄造工藝、電動機制造工藝。