一种感应式电机铜鼠笼转子的压铸方法及压铸装置

摘要

本发明涉及一种感应式电动机铜鼠笼转子的压铸方法及压铸装置，适用于纯铜及高含铜合金的压铸，属有色金属冶炼及压延加工技术领域。本发明的压铸方法包括模具预处理、铜料熔炼、熔液压铸成型、及淬水冷却工序。本发明的压铸方法采用的压铸装置由压铸机与熔化炉构成，其中：熔化炉包括为一体的坩埚和中频感应炉，中频感应炉的加热功率为0～100KW；压铸机模具包括采用多个镶块镶拼组合连接。本发明具有工艺及装置合理，产品无铸件裂纹、表面裂纹、填充不良、粘模等缺陷，其振动现值符合IEC34－14(1996)中的R级规定，比Y系列电动机技术条件所规定的N级提高了一级等优点。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种感应式电机铜鼠笼转子的压铸方法及压铸装置，适用于纯铜及高含铜合金的压铸，属有色金属冶炼及压延加工技术领域。

背景技术：

近年来，由于铜的导电性比铝高40％左右，使得铸铜转子得到了关注，但是由于铸铜转子生产的困难性，使得目前电动机广泛使用的仍然是铸铝转子。

压铸铜转子技术的难点是：铜熔液的纯度和很高的浇铸温度。压力铸铝的浇铸温度仅为700℃，铜压力铸铜的浇铸温度不低于1100℃。熔化过程中温度超过1200℃就会大量产生氧化，氧化越多浇铸流量越差，容易在浇铸过程中产生气泡，在铸件内产生气孔，影响电机的工作性能。同时这样高的浇铸温度对于模具以及压铸机的压室都是很大的考验。使用压铸铝转子的模具来压铸铜转子，其仅能承受600次左右的冲击，比起压铸铝转子能达到5万次左右的冲击相差太远，必须寻找或开发一种能适用于铜压铸的模具材料，同时通过压铸模设计、压铸模过程控制等方面研究针对纯铜及高含铜合金感应式电机铜鼠笼转子的压铸方法及压铸装置。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种感应式电机铜鼠笼转子的压铸方法及压铸装置，

本发明的压铸方法在现有方法的基础上改进而成，包括预热、铜料熔炼、压铸成型等工序，其特征在于包括了淬水冷却工序，其中：

(1)预热工序：

a、压铸模具采用加热模架来预热模具，或模架和模具同时加热的方式预热模具，预热温度控制在350-650℃；

b、压室采用集中于下半部加热来预热，预热温度控制在350-650℃；

c、叠合硅钢片并使用中频炉加热，预热温度保持在350～500℃，并装入预热好的模具型腔中；

(2)铜料熔炼工序：

a、铜料预处理：铜料为纯铜或高含铜合金，纯铜的铜含量大于99.995％，高含铜合金中铜含量不低于95％；将纯铜或高含铜合金原料加工成长度为4～6cm的铜杆，铜杆经吹砂去除污物，在500～600℃预热温度下去除水分，随后装炉熔炼，首批冷炉熔炼可随炉预热；

b、熔炼：当铜杆装炉熔炼设备后，将中频炉加热功率升到20KW，至铜杆变红后再升为40KW进行熔炼，当铜杆全部熔化且温度在1150～1250℃时熔炼结束；

c、脱氧：从熔炼开始至熔炼结束，通过熔炼设备上的气体通道向熔炼设备通入混合气体，在铜科表面形成防止氧化的保护气体气氛，所使用的气体为N₂与H₂、CO、C₂H₂的混合气体，N₂与C₂H₂以2∶1的比例混合，而N₂与H₂或CO均以含氮气95％以上进行混合，混合气体的通入量为0.2～1.0L/min。

(3)压铸成型工序：

a.压铸前，通过气体吹入或静电喷枪喷涂法向铸造型腔和压室内通入含硬脂酸锌的无水基粉状或颗粒润滑剂，或涂刷一种有机物与无机物混合的膏体润滑剂；

b.压铸过程中的压射速度为0.5-2.83m/s，压射压力为300-800Bar，增压压力为600Bar以上；

(4)淬火冷却工序：将压铸成型的电动机铜转子取出放入室温水中冷却1分钟后取出空冷。

本发明的压铸方法所使用的纯铜为铜含量达99.99％以上电解铜、阴极铜或铜线杆，高含铜合金为铜含量在95％以上的铜合金。

本压铸方法适宜生产各种规格的感应式电动机铜转子。

本压铸方法使用的压铸装置，由压铸机与熔化炉构成，其中：

(1)熔化炉包括为一体的坩埚和中频感应炉，中频感应炉的加热功率为0～100KW；

(2)压铸机包括采用多个镶块镶拼组合连接方式的，由置于支架(17)上的可移动模具组件、可替换模具组件及固定模具组件组成的铸造成型模具和压室模具，其中：

a.可移动模具组件由机体(1)、连接在机体(1)上的隔热板(2)，与隔热板(2)连接的可移动模架(3)，与可移动模架(3)连接的可移动模具镶块(4)构成；

b.可替换模具组件由可替换式模架(5)、与可替换式模架(5)配接的可替换式模具镶块(6)构成；

c.固定模具组件由固定模具镶块(7)、与固定模具镶块(7)配接的固定模架(8)、与固定模架(8)配接的隔热架(14)、与隔热架(14)配接的机体(16)、固定在固定模具组件上的其上开有内浇口(9)的压室(10)构成；其中，内浇口(9)与水平方向成45°。

d.其上分别开有沿压铸铜液方向的横向圆柱形深槽和垂直于压铸铜液方向的纵向圆柱形深槽的可移动模架(3)、中模模架(5)和固定模架(8)上嵌有电加热棒(15)和与热电偶为一体的电加热棒(18)，或嵌有电加热棒(15)和与热电偶为一体的电加热棒(18)及可弯曲的盘条式加热器(21)；

e.压室模具(10)由其上方开有抽真空口(12)的部件、与该部件连接的可更换部件(22)、置于压室中的冲头(13)组成；其中：压室下半部体壁中置有数根加热棒(24)及一根带热电耦的加热棒(21)；可更换部件(22)上开有浇口(12)、环形间隙(20)及均匀分布的多个粉体或颗粒润滑剂进口(19)。

模具材料的选择：

a、根据各个镶块的受热不同而使用不同的模具材料，其中可移动模具(4)、可替换模具(6)及浇道和内浇口所在固定模具镶块(7)使用哈氏合金、因科合金制造，而其他镶块则可使用H13等常规热作模具钢制造，更换时只需更换型腔镶块即可，降低了模具的制作成本。

b、加热部件采用德国产的耐高温(≤750℃)的筒式加热棒(15)(24)，同时为了实时监控模具表面温度，在部分加热棒上设置了热电偶，即热电偶与加热棒为一体的筒式加热棒(18)(21)。加热器的加热线采用德国的耐高温线(≤600℃)的保护导线，在加热器的加热线出处用耐高温套管(≤500℃)包裹。

c隔热板(2)和隔热架(14)采用耐高温硬质隔热板，其耐高温温度达到800℃。

本发明的加热方式采用：

a)在其上分别开有沿压铸铜液方向的横向圆柱形深槽和垂直于压铸铜液方向的纵向圆柱形深槽的可移动模架(3)、可替换式模架(5)和固定模架(8)上将加热棒(15)嵌入横向圆柱形深槽中，而将与热电偶为一体的电加热棒(18)嵌入纵向圆柱形深槽中，通过加热模架来预热模具，这种加热方式可有效延长模具的寿命。

b)在可移动模架(3)、可替换式模架(5)和固定模架(8)上分别开有沿压铸铜液方向的横向圆柱形深槽和垂直于压铸铜液方向的纵向圆柱形深槽圆柱形深槽，电加热棒(15)、(18)分别嵌入圆柱形深槽中；其中在可移动模模架(3)中心与可移动模具镶块(4)接触部分的深槽可直接通到可移动模具镶块(4)，将加热棒(15)、(18)嵌入深槽中直接接触到可移动模具镶块(4)，实现同时加热模架和模具的加热方式；可弯曲盘条式加热器(23)等距离镶嵌在模架内部，与纵向加热棒(15)(18)一起共同加热。

加热器分高密度筒式加热器(15)(18)(21)(24)和可弯曲盘条式加热器(23)两种。

上述加热器的安装方式不同(如图4和图5所示)，对加热器等的要求也不同：

a)高密度筒式加热器的横向安装方式电效率高，可以按热场情况对靠成型镶块的部分灵活地设置高密度筒式加热器，同时这种安装方式对高密度筒式加热器的加热线提出了很高的耐温要求，因为这种安装方式必须把加热器的加热线埋在模架的线槽中。由于以上原因，横向安装方式所使用的加热器的加热线是一种耐高温玻纤线，耐温可达800℃)，同时为了更好的保护导线，在加热器的加热线外还必须用一种耐高温套管(750℃)进行包裹。

b)高密度筒式加热器的纵向安装方式：这样的安装方式电效率偏低，因为无法将高密度筒式加热器安装在一些特殊的区域。但这样的安装方式对高密度筒式加热器的加热线的要求低，因为加热线裸露在空气中，并不埋入到模具中去，可以大大地节约成本。同时，这样的安装方式特别方便对高密度筒式加热器进行损坏更换，而无须象横向安装方式那样更换电热器必须把模具从机器上卸下来。

通过实验证明高密度筒式加热器使用横向安装方式和纵向安装方式结合的混合安装方式来预热模具是最好的安装方式，可以获得较均匀的模具温度场。同时通过实验证明使用模具和模架同时加热的混合加热方式是最佳方式。

本发明具有工艺及装置合理，产品无铸件裂纹、表面裂纹、填充不良、粘模等缺陷，其振动现值符合IEC34-14(1996)中的R级规定，比Y系列电动机技术条件所规定的N级提高了一级等优点。

附图说明：

图1为压铸装置的剖面示意图；

图2为成型模具的剖面示意图；

图3压室模具(10)结构示意图；

图4为模架(3)、(5)、(8)上嵌有电加热棒(15)、(18)的示意图。

图5为模架(3)、(5)、(8)上嵌有电加热棒(15)、(18)及可弯曲的盘条式加热器(23)的示意图。

图6为可更换部件(22)的剖面右视示意图。

具体实施例方式：

实施例1：压铸10HP的铜转子

压铸方法和压铸装置如发明内容部分描述和附图所示。

压铸过程为：

1、预热工序

a、压铸模具采用加热模架来预热模具，或模架和模具同时加热的方式预热模具，预热温度控制在350-650℃；

b、压室采用集中于下半部加热来预热，预热温度控制在350-650℃；

c、叠合硅钢片并使用中频炉加热，预热温度保持在350～500℃，并装入预热好的模具型腔中；

2、铜料熔炼

a、铜料预处理：铜料为铜含量大于99.995％的纯铜，将6.4kg纯铜原料加工成长度为4cm的铜杆，铜杆经吹砂去除污物，在500预热温度下去除水分，随后装炉熔炼，首批冷炉熔炼可随炉预热；

b、熔炼：当铜杆装炉熔炼设备后，将中频炉加热功率升到20KW，至铜杆变红后再升为40KW进行熔炼，当铜杆全部熔化且温度在1150～1200℃时熔炼结束；

c.脱氧：从熔炼开始至熔炼结束，通过熔炼设备上的气体通道向熔炼设备通入混合气体，在铜料表面形成防止氧化的保护气体气氛，所使用的气体为N₂与C₂H₂以2∶1的比例混合，混合气体的通入量为0.2L/min；

3、压铸成型

a.压铸前，通过气体吹入或静电喷枪喷涂法按常规用量向铸造型腔和压室内通入含硬脂酸锌的无水基的粉状或颗粒润滑剂脱模剂或柱塞润滑剂，对冲头、压室及模腔进行处理；

b.将温度不低于1100℃的熔融铜液放入压室(10)，熔融铜料在柱塞(13)的推动下通过浇口(12)进入模具的铸造型腔中压铸；压铸过程中的压射速度为0.5m/s，压射压力为35.8MPa，增压压力在600Bar。

4、淬火冷却工序：将压铸成型的电动机铜转子取出放入室温水中冷却1分钟后取出空冷。

实施例2：

基本同实施例1。不同之处为：

加热时间为40分钟，模具温度达到430℃；铜料为铜含量不低于90％的高含铜合金，将6.4kg高含铜合金原料加工成长度为5cm的铜杆，铜杆经吹砂去除污物，随后装入冷炉可随炉预热并熔炼；混合气体的通入量为0.6L/min，混合气体为N₂与H₂中混合，混合气体含氮气95％以上；压射速度为1.2m/s，压射压力为51.8Mpa。

实施例3：

基本同实施例1。不同之处为：

加热时间为60分钟，模具温度达到500℃；铜料为铜含量不低于90％的高含铜合金，将6.4kg高含铜合金原料加工成长度为6cm的铜杆；压铸前，在冲头、压室及模腔中涂刷一种市场上销售的Wolfrakote有机物与无机物混合的膏体润滑剂，对冲头、压室及模腔进行处理；混合气体为N₂与CO混合，混合气体中含氮气95％以上；压射速度为2.83m/s，压射压力为81Mpa。

采用本发明方法生产的产品，没有铸件裂纹、填充不良、粘模等缺陷，其振动现值符合IEC34-14(1996)中的R级规定，比Y系列电动机技术条件所规定的N级提高了一级。