基于Taguchi方法的电机转子铸铝工艺参数优化设计

基于Taguchi方法的电机转子铸铝工艺参数优化设计

摘要：运用taguchi方法对电机转子铸铝工艺中的铝液浇注温度和主要模具温度进行优化设计，根据凝固时间的实验结果，获取最佳的浇注温度和模具温度组合，为提高铸铝转子质量提供参考。abstract： aluminum liquid pouring temperature and mold temperature were optimized on the motor rotor

aluminum-casting process by using the taguchi method. according to the results of solidification time， the best pouring temperature and mold temperature combination were determined which provided reference for improving the quality of aluminum-casting rotor.

关键词： taguchi方法；工艺参数优化；浇注温度；模具温度key words： taguchi method；technological parameters optimization；pouring temperature；mold temperature

中图分类号：tm303 文献标识码：a 文章编号：1006-4311（2013）24-0034-02

0 引言

电机铸铝转子的加工质量是影响电机整体质量的关键要素之一，转子铸铝方法主要有离心铸铝和压力铸铝两种，其中压力铸铝用压力将融化好的金属铝液注入型腔，待冷却凝固成铸件。该方法质量问题最突出的表现是转子内部存在的气孔，其次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、缺肉等问题。

这些问题最终导致整机的电气性能下降、转速不够、效率降低。

针对上述质量问题，诸多文献提出相应的改进措施，在解决上述质量问题的工艺过程控制中对浇注铝液温度和主要模具温度的控

制是工艺设计的关键参数之一，模具预热温度不够，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。为确保铸铝转子质量，必须精确确定并控制铝液的压铸温度，传统上铝液浇注温度一般控制在650-720°c，本文采用taguchi方法来确定最佳的浇注温度和模具温度组合，为提高铸铝转子质量提供参考。

1 物理模型和方法设计

1.1 铸铝转子压铸工艺分析铸铝转子压铸工艺分析过程如图1

所示，其工作原理是用压力将融化好的金属铝液注入型腔，待冷却凝固成铸件。压力铸铝时，铝水压射到转子槽和型腔中的速度极高，其充填速度可达10-25m/s。

1.2 方法设计 taguchi方法使用标准的正交矩阵以保证通过最

少数目的试验，得到能够影响试验目标的所有试验因子的信息，该方法的目的是优化设计参数的组合，提高生产质量的稳定性。

在taguchi方法中，把影响质量的工艺分为控制因子、噪声因子、

信号因子。根据试验设计的优化目标可以把信噪比的计算分为目标值越大越优、目标值越接近某个值越优和目标值越小越优3种类型，对凝固时间来说都是越小越好，属于目标值越小越优问题，因此采用如下信噪比计算公式。

目标值越小越优计算公式：

η=-10log（■■yi2）（1）

试验结果均值分析根据正交试验结果，确定各个试验因子对质量的影响，预测出对应于最佳质量响应的最优因子水平组合。

mai=■■ηai（2）

式中mai——因子a在水平i的平均信噪比；

na——因子a在正交表中出现的次数；

ηai——因子a在水平i的信噪比。

通过变量分析（anova）可以定量估计各个因子对整体测量响应的相对贡献；计算方差和来确定各个因子对产品性能指标的影响程度。

sstotal=■■（ηij2-nrηm2）（3）

ssfactor=■■（ηk-ηm）2（4）

vtactor=■（5）

sstotal——总方差和；ssfactor——各因子方差和；vtactor——因子的变量；n——实验次数；

r——样本数；dof——自由度。

2 实验设计

2.1 因子水平表铸件凝固时间直接与合金浇注温度和模具温度有关，本文主要研究直接与铸件接触的上模、下模、侧模温度和浇注温度对最后铸造成型的影响，以上4个变量均为可控因素，表1是因子水平表。

2.2 正交实验表该实验是4因子二水平，把相应的因素水平按因素水平表中所确定的关系对号入座，得到正交实验表，如表2所示。

3 实验结果与分析

3.1 显著因子确定

3.2 因素主次分析

若因素的f比>=f0.01，则称此因素高度显著；若因素的f

比>=f0.05，则称此因素显著；查表得f0.01（1，3）=34.1，f0.05（1，3）=10.1，由表3、表4分析可得，影响结果凝固时间分析：fa>34.1，fb>34.1，fc>34.1。

所以a、b、c三因素对凝固时间的影响均为高度显著性因素，由表5、表6可得其影响因素的排序情况，需考虑交互作用。

a、b间的交互作用，如表7所示。

ab交互作用后的最佳因子水平是a2b2，同理可以得到bc交互作用后的最佳因子水平是b2c1，ac交互作用后的最佳因子水平是

a2c1。

根据不同水平信噪比的均值可以得到各因子对性能指标影响的

敏感程度，s/n的值越大表示信号对噪声的敏感程度越小，a2b2c1d1