铸铝转子质量的工艺分析及措施

铸铝转子质量的工艺分析及措施
转子质量问题专题调查分析如下：
铸铝转子质量问题，最突出的表现就是转子内部存在的气孔的问题，其次就是转子内部的笼条细条、断条、夹渣以及端环部分的缩孔、冷裂、热裂、缺肉等。

这些问题的产生，最终导致整机的电气性能下降、转速不够、效率降低。

1、转子片间存油未去除：
这是转子产生气孔的一个主要原因，由于转子铸铝是在高温、高压、瞬间形成的一个过程，在铝液刚刚充满转子型腔，高温铝还是液态而与转子片间的油类发生反应时，生成气体，这种气体有些被逸出，有些被铝液包围，然而铝液迅速固化，被包围的气体跑不出去，因此这些气体以气泡的形式残留在转子的笼条和端环中，呈不规则分布状态。

解决的办法为：铸铝前的转子铁芯应进行脱油处理，具体做法为：转子铁芯可用工业清洗剂冷态脱油，自来水冲洗，电炉烘干。

烘干温度以不破坏冲片表面保护膜为准，烘干时间以目测干透为准。

我们在5月19日已经做过96个转子脱油的实验，用拉上同型号转子和实验品转子各10个，装入同型号定子各10台，由抽查室做负载对比检查，结果装有实验品转子的电机比拉上同型号电机的转速平均提高2.5%以上。

2、铝液的清化问题：
这个问题也是铸铝转子产生气孔的一个主要问题，铝锭及回炉铝在加热熔解过程中，与空气中的水蒸气接触时（尤其是多雨季节），一方面生成氧化铝沉于铝液底部，另一方面分解出氢气，同时氢气也渗入铝水中。

含有气体的铝水压铸出来的转子质量很差，因为铝水在压铸成型的瞬间，铝水迅速固化，一部分气体还未来得及逸出而被固化的铝包围，从而留在铸件内造成气孔。

另外就是铝液表面上的浮渣、铝液底部的沉渣以及留在铝液中间的其它杂物对转子的质量来说也是一个很大的隐患，一旦将这些渣滓和杂物压入转子内部，它们会使转子造成夹渣、形成冷隔（电阻系数增加）、热裂和冷裂的现象，热裂和冷裂严重时造成转子笼条断路。

为了解决上述问题，加入清化剂（氯盐：一般为NaCl 、ZnCl）可以较好的解决这一问题。

清化处理的原理，主要就是将氯化物烘干，利用钟罩将其沉于铝液底部搅动，通过置换反应，生成氯化铝，氯化铝的沸点是183度，在铝水中以升华的形式逸出，同时伴随气泡发生。

由于气泡的作用，铝水中的氢会自动扩散到氯化铝中去，并随着气泡的上升而逸出液面，从而达到除气的作用。

另一方面氯盐与氧化铝发生作用生成氯化铝，氯化铝的升华使这些氧化物得以借翻腾的气泡而浮于液面，从而易于除渣。

目前，车间铸铝的操作员工在加入清化剂时应该怎么加、何时加、加多少，这是一个关键问题，否则达不到除气的效果。

目前的操作过程是这样的：
熔新铝锭---加入部分余料------至熔化（采用目测温度、温控不准确）约700多度--------加入半包精炼剂（约0.5kg）----清化、除渣-------保温待铸-----压铸-----
投入余料------压铸-----投入余料----- -- 压铸------（反复循环）（产生气体）（产生气体）
从以上过程可以看出，压铸前一次性清化并不能使铝液的纯洁“永保平安”，投入余料过程中产生的气体实质上是最大隐患。

随着余料的不断投入，铝液中的气体越积越多，铝液的质量就越来越差，然而将这些含有气体的铝液压入到转子中去，转子的质量当然就得不到保证。

《转子铸铝工艺手则》中的第四.6.2）E款中提到装料熔化时，先加预热好的新纯铝，再加回炉料，回炉料的加入量小于或等于16kg,并未说明回炉料可以随时加入；在第七条“注意事项”第四款中注明坩埚内液面至锅底不足100-150mm时，停止压铸，重新熔铝。

可见《守则》中并未赞同回炉料可以随时加入。

但车间操作人员在压铸过程中随时加入回炉料却是由来已久了。

我们认为：如果每班在压铸前加入一次性清化剂的话，则该过程中回炉料不允许加入；如果该过程中间非得要加入回炉料的话，也应分批投入并及时加入清化剂。

清化剂的加入量严格按照《守则》规定的参数执行。

3、压铸温度的问题：
铝液温度不够，使铝液的流动性降低，加上铝液在压铸机注入口停留一段时间，又会降低一些液温，铝液在压入型腔时，由于浇道口的尺寸太小，致使铝液的流动性更加变差，铝液虽被压入型腔后，但过低的铝温使之固化速度加快，可是浇道口尺寸太小，本身就限制了铝液的流动，另外浇道口的铝液也会迅速固化从而堵塞了料饼“后续部队”的支援、致使型腔和端环部位得不到铝液的补充，从而形成了气孔。

为解决这一问题，必须提高铝液的压铸温度，使铝液温度控制在720±5˙范围内，确保铸铝转子质量（请公司考虑，购置一些温控仪器）。

4、铝液的保护：
铝液很容易氧化，在铝液表面上生成一层氧化铝薄膜，它具有良好的保护作用，能够防止氧化的继续进行，也能防止气体进入铝液中。

但是当操作工用勺取铝液时一定要注意用勺底轻轻将该层氧化膜拨开，不可将该层薄膜打碎。

因为氧化铝很容易集结成块混入铝水中去，氧化铝的密度约为
3.95~
4.10，大于纯铝的密度（2.7），熔点很高，约2050
度，它们一旦混入铝液中就不再浮出来，也不溶于铝水，而是成颗粒状存在于铝水中，如果采用这样的铝液压铸转子，不仅降低了铝液的流动性，而且增大了铝的电阻率，影响转子性能。

我们认为，铝水保温时，不要随便破坏铝液表面的氧化层，在压铸取铝水时，注意不要把氧化膜打碎渗入到铝水中去。

5、脱模剂的使用：
脱模剂中的水分不宜过多，更不能喷洒在型腔中，只能在模具的分型面上均匀的喷上薄薄的一层，否则在压铸时，铝液很容易与水发生反应，产生气体，使转子中的气孔增加。

6、关于压铸后的保压时间：
较大、较长的一些转子，经过压射以后的铝液，正处于半熔和补缩的阶段，铝液还来不及固化时，浇口部位的铝液还在补充型腔，如果保压时间过短，正处于固化和收缩阶段的铝液就得不到充分的补缩，容易导致浇口部位产生冷缩、缩裂、甚至还会连同“铝肉”随同浇口余料拉去一部分，减少了转子端环截面积。

保压时间不好定性，应靠操作工人从实践中掌握一套经验和办法来确保转子压铸质量。

7、合理的注射系统：
合理的注射系统很重要，它是铝液压射入型腔保证质量的关键，它包括压射室、储料室、浇道、浇口及排气系统及合适的压射速度、比压力等。

一般来说，压射室、储料室、浇道基本上都能满足目前压铸转子的性能要求，但浇口尺寸的大小、排气面的合理设计、压射速度的快慢、比压力的大小等都是不可忽视的。

排气面的设计及分布决定了在压铸瞬间模腔里的气体是否能及时排出，设计合理的排气面应能使气体及时排出而保证铝水不致由排气面喷出。

排气面分布的位置应是气体最后排出的地方，不能使型腔内部存在余气的“死角”，否则转子端环将会产生气孔。

压射速度的快慢同样对压铸转子的质量起到关键作用，压力铸造时，铝水压射到转子铁心槽和型腔中的速度很高，其填充速度可达10~25m/s。

整个压铸过程是在瞬间完成的。

如果铝水充型速度很快，充型速度大于空气排出速度，堵塞排气系统，并形成旋涡及喷雾，型腔内的空气难于排尽，会使气体滞留在型腔内部，产生气孔。

如果铝水充型速度低，铝水固化快，型腔内部可能填充不满，造成转子笼条组织疏松及欠铸现象。

铝水的比压力（铸件型腔内单位面积上所受的静压力）
P=4Q/πD2
P——比压力；
Q——压射压力：N
D——压射活塞直径；m
是铸件获得组织紧密和轮廓清晰的主要因素。

增大铝水的比压力可以提高转子笼条的致密性和端环的光洁，但过高的比压力，易使模具受铝液的强烈冲刷，并增加了粘模的可能性，降低模具的使用寿命，因此，在保证铸件组织致密的情况下，尽量用较低的比压力，一般约在60~100MN/m2。

8、员工的素质要求：
压铸工作在本公司来说是一项关键工序，对员工的文化素质要求应较高一些，对文化素质薄弱的员工应加强培训，以提高其质量意识，另外要对员工加强对设备的保养及对模具的爱护，增强压铸过程中的自我安全保护意识。

9、确保设计参数：
铸铝转子铁心在压假轴的工序中，压装时有丢片现象，转子的净铁长得不到保证，净铁长不够会使电机定、转子铁心平面不在同一平面上。

导致定转子有效磁感应长度减少（线圈切割磁力线的长度），影响电机的整机性能，达不到设计要求。

我们认为，在铸铝转子质量还未稳定之前，暂时不要采取丢片的方法，等转子铸铝质量稳定以后，视情况取舍。

10、机加工过程中转子质量的问题：
在机加工车间，转子外径的粗加工是采用叉式工装带动转子的运转，转子端环被深深的叉出了六道叉痕，痕迹最深可达1毫米左右，实际上减少了端环的截面积，影响了电机的整机性能。

建议：改叉式工装为浅凸台摩擦片式工装，既不影响端环部位的有效截面积，又能起到传动作用，加工速度不受影响。

综上所述，除了温控之外，其余各方面我们都是可以做得到的。

以上是我们对目前转子质量的分析和建议意见，有不妥之处，请予以斧正。

2010-5-27。