電機機殼加工工藝改進與新工藝分析

姚 新

(佳木斯防爆電機研究所有限公司,黑龍江佳木斯 154005)

0 引言

在電機加工制造中,任何零部件的加工工藝水平高低都直接關系到電機的整體性能與質量。而機殼作為電機設備中的基礎配件之一,目前在這類配件的加工制造中主要是結合澆筑方式、鑄型材料及造型工藝的不同,采用型砂鑄造與特種鑄造工藝,但這兩種工藝方法往往受到技術條件和設備等因素的影響,難以有效保證電機產品的制造質量與制造精度。

1 電機機殼加工工藝存在的不足及改進策略

1.1 氣孔問題及改進策略

在電機機殼鑄造過程中,氣孔是最為多見的問題,也是導致機殼加工質量不達標的根本原因。如何在電機機殼鑄造中避免氣孔的發生,一直是機械制造領域研究的重點。通常而言,氣孔發生在工件的上部,因為澆筑速度不合理等因素,導致氣體無法完全排出,這就致使工件上形成大面積孔洞,從而導致電機機殼表面凹凸不平,在電機使用過程中容易發生散熱不均勻現象,最終影響到電機的使用性能與使用壽命。經過調查分析可知:電機機殼鑄造中產生的氣孔多為侵入性氣孔,引發這一問題的具體原因為:(1)澆鑄溫度不符合加工標準。(2)澆鑄速度太慢,致使鐵水進入模具時一些氣體進入其中。(3)排氣不充分。(4)型砂中含有太多的水分,且缺乏良好的透氣性。(5)鐵水中含有雜質等。

對于上述問題的解決,可從以下幾方面出發來改進電機機殼加工工藝:(1)在電機機殼設計環節,結合電機產品的制造要求和標準,合理設計排氣孔,保證在機殼澆鑄過程中氣體能夠順利排出。(2)根據電機機殼的大小來對澆鑄速度進行準確設置,如果工件的截面較小,澆鑄速度不可過慢,以保證鐵水能夠及時上升,避免由于上層鐵液長時間溫度過高而造成型砂爆裂。(3)在澆鑄鐵水前,必須嚴格檢驗鐵水中的雜質,只有確認無雜質的情況下,才可以進行澆鑄作業[1]。

1.2 裂紋問題及改進策略

機殼在電機設備中發揮著重要的保護作用,一般機殼的結構十分復雜。在電機運行過程中,當大量熱量聚合到機殼時,將會引發集中收縮情況,而裂紋發生的根本原因在于澆鑄工件受熱過程中出現收縮變形,倘若這種變形是比較均勻的,那么裂紋很可能不會發生。然而在加工過程中,由于工件結構較為復雜,其各部分的冷卻速度存在較大的差異,這就造成各部分之間的問題有所不同。當受熱越大時,就越容易產生變形,反之亦然。如果工件的裂紋比較嚴重,那么會直接報廢;如果工件的裂紋程度較低,在電機機殼制造標準運行的范圍內,可以采用相應的技術手段對其進行修補[2]。目前電機機殼加工較為常用的工藝方法為鑄造型砂工藝,該工藝涉及到粘土砂、水玻璃砂、呋喃樹脂砂等工藝,這些工藝方法既能夠滿足小批量電機機殼的生產制造,還能夠滿足大批量電機機殼的生產制造,但也存在一個非常突出的問題—發生裂紋的幾率較大。

對于上述問題的加工工藝改進,主要做到以下幾點:(1)工件鑄造所用材料的選擇,需要結合電機機殼的使用要求,盡量采用合適的原砂,并將一定的添加劑放入到選定的原砂之中,以有效改良其退讓性,在此基礎上,需要對原型材料進行壓制處理。(2)優化設計電機機殼的澆筑工藝,若工件壁比較薄時,應在一定程度上提高澆筑速度與澆筑溫度,從而降低裂紋的傾向性;若工件壁比較厚時,應適當降低澆筑溫度和澆筑速度。(3)改建電機機殼的設計環節,即在開展加工工作前,需要利用先進的信息技術手段,結合本次生產的電機機殼的形狀特點等,構建相應的三維立體模型,然后對相應的數據信息進行詳細記錄和分析,計算得出澆筑過程中會形成的熱量,最后以此為依據,獲得相應的計算機圖像,從而提高電機機殼加工的精準度。

1.3 砂眼問題及改進策略

砂眼也是電機機殼加工中的常見問題,多見于工件的表面,也可能發生在機殼內部。導致該問題發生的主要原因為:(1)澆鑄工藝流程設計不科學。(2)型砂性能問題。(3)模具內部清潔不到位等。

針對上述問題,在正式實施澆鑄工藝操作前,相關人員需要對工件的橫截面進行嚴格測量與對比,并記錄對比結果,以此為依據對澆鑄工藝流程進行科學合理的設計,以保證后續澆鑄工藝的有效開展。同時,相關人員應當提高自身的責任性,樹立嚴謹的工作態度,對型砂中的微粉含量進行嚴格控制,并做好模具內部的清潔工作等。

1.4 焊接殘余應力問題及改進策略

焊接殘余應力主要指在完成電機機殼焊接以后,其內部殘留下來的焊接應力,引發這一問題的原因在于:在操作過程中,機殼的受熱不均勻。該問題會在電機運行期間逐步釋放,對電機各零部件的同軸度造成較大的營銷,還會引發電機振動、定子轉子鐵心掃膛等諸多質量問題。

對于這一問題的處理,目前機電機殼加工中常用的工藝方法為:振動時效法與熱處理法。其中前者也稱之為振動消除應力法,具體是借助一種嚴格受控的振動能量,讓電機機殼焊接過程中形成共振,同時把振動能量傳遞至電機機殼的每一個部位,從而使得工件產生微觀上的變形,讓被歪曲的晶格重新回到平衡狀態,最終解決機電機殼加工時與加工結束后產生的內部殘余應力造成機殼的抗載荷能力與尺寸發生改變。該工藝方法的應用優勢在于:投入成本較少,操作簡便等;不足之處在于:機殼工件在時效振動后,振動時效的應力消除不穩定,難以獲得理想的效果。后者主要是通過在高溫下讓相應材料的屈服點下降或是產生蠕變現象,從而讓焊接殘余應力得以松弛。結合處理的結構件的大小與位置的不同,該工藝方法又可分為整體熱處理與局部熱處理,基于電機機殼體積等多方因素,首選整體熱處理方法,但是該工藝方法的處理效果往往受限于熱處理溫度、加熱方法、保溫時間、加熱速度、冷卻速度。

由于在消除電機機殼的焊接殘余應力以后,其車削加工精度直接關系到機殼是否發生變形問題,所以需要結合機殼的具體型號,制作相應的前后法蘭止口定位加工工裝,并在工裝上安裝機殼,再進行精粗車,確保機殼前后法蘭與定子腔的同軸度,從而有效減少電機機殼在加工時由于裝夾等因素的影響而發生二次變形問題[3]。

2 電機機殼加工的新工藝分析

2.1 沖壓成形工藝

電機產業是一個相對傳統的行業,歷經上百年的發展,現已具有相當規模。以往的電機制造中普遍運用金屬鑄造殼體、鋁合金殼體,盡管這兩類電機機殼的品質明顯提高,但是由于鑄造零件時常發生縮孔、氣泡等問題,導致電機機殼的質量難以滿足相應領域的應用需求,從而影響到整個電機設備的質量。針對這一問題,國內外大型電機制造公司開始研究以鋼板為材料,采用沖壓成形工藝來進行電機機殼加工,所制成的機殼產品具有重量輕、精度高及通風冷卻效果較佳等優點,同時鋼板沖壓加工制造效率較高,不會對環境造成污染,能夠提高材料的利用率,可以根據用戶的需求迅速變化,及時響應市場發展的需要。在電機機殼加工過程中,采用鋼板沖壓成形工藝,有利于解決機殼沖壓回彈問題,這是因為鋼板電機機殼材料選擇DC04,厚度大于3mm。該材料具備優良的延展性與導磁性,及較少的剩磁,然而其在塑性彎曲成型過程中回彈較大,所以在成型為圓筒狀時必須做好整形處理,合理擠壓工件的外表面,使之外表面松弛,改變應力狀態,從而避免由于回彈變形而降低工件的加工精度。最后,在鋼板電機機殼沖壓成形以后,需要采用合適的焊接方法來對接口進行焊接;為確保焊縫質量,建議選擇氬弧焊工藝技術,并使用專門的焊接機器人,設計專用的雙工位夾具,通過與機器人相配合來提高焊接品質和生產效率。

2.2 成組工藝技術

現階段,為實現多品種電機機殼的小批量生產,及滿足快速相應市場需求,很多中小型電機制造企業開始嘗試采用成組工藝技術和數控加工相結合的機殼產品生產方式。成組工藝技術主要是將工藝、材料及結構類似的零部件組成一個零部件組,依據零部件組制定工藝開展相應的加工作業,以達到減少機殼品種、擴大批量、提高生產效率等目的。其中零部件的類似性是廣義層面的,即在尺寸、功能、精度、材料及幾何形狀等方面基本相似。成組工藝技術的實施流程包括:零部件分類成組→制定零部件的成組加工工藝→設計成組工藝裝備→組織成組加工生產線。同時,數控加工具備充分的柔性,只需提前設置零部件程序,更換相應工裝,即可加工出新的零件,顯著提高生產加工效率。

2.3 防爆電機機殼除濕加工工藝

防爆電機機殼除濕加工工藝主要是在定子進殼安裝前,把機座、端蓋及軸承內蓋等所需裝配的零部件吊裝放入到傳送帶上,送至70℃的烘干箱進行烘干處理,持續時間約為2h,然后送至冷區區域進行處理,待其溫度達到室溫以后,盡快裝配成防爆電機。該加工工藝能夠有效去除靜壓試驗后防爆電機機殼零部件的潮氣,在完成轉配后,確保電機內部具備良好的干燥度,避免電機設備由于潮氣重而發生絕緣性能下降、絕緣材料損壞、絕緣材料快速老化等問題,從而提高電機機殼的使用壽命。

3 結語

綜上所述,在原有的電機機殼加工工藝應用中,由于受到多方面因素的影響,導致最終機殼成品經常出現砂眼、裂紋、氣孔及焊接殘余應力等一系列問題,這些問題嚴重影響到電機的整體性能和使用年限。所以在電機機殼加工制造過程中,制造企業應當加強對這些問題發生原因的分析,然后結合電機機殼的具體生產要求和制造標準,進一步優化和改進相關加工工藝,以有效降低上述問題的發生幾率。同時,為能夠更好的適應新時期下市場發展的需求,更好地保證電機機殼加工質量,提高生產效率,為企業創造更多的收益,企業應當加強對新工藝的研究和應用,以促進自身的可持續發展。