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铸铝转子的制造工艺及技术条件

电动新视界

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新能源汽车技术发展到今天，铸铝转子在鼠笼型感应电机上已大规模应用。铸铝转子可以使感应电机轻量化，提高功率/质量密度，转动惯量小，释放更大的启动扭矩。因铝的熔点低，使得铸铝转子制成工艺成熟，制造成本低，这也是被广泛采用的原因之一。

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铸铝转子制造工艺

鼠笼型感应电机的转子有两种结构型式：铜排转子和铝条转子。铝条转子是用铸铝的方法，铸出槽内的导条和铁芯两端的端环、平衡柱、风扇叶片，使转子成为坚实的整体。

转子铸铝的方法有五种：振动铸铝、重力铸铝、离心铸铝、压力铸铝和低压铸铝。

由于振动铸铝和重力铸铝的转子，下端环凝固时不易得到铝水的补充，经常产生缩孔，所以一般很少应用。而低压铸铝，目前在电机专业生产厂家还没得到普遍采用。离心铸铝和压力铸铝已被多数电机生产企业所采用。

两种转子铸铝方法的工作原理和特点

铸铝方法

工作原理

特点

压入铸铝

用压力将金属铝液注入型腔，待冷却、凝固后成为铸件

（1）在压铸过程中的始终，压力是起着主要作用的。

（2）压铸时，金属液在高速充型过程中，如果型腔内的气体来不及排出，就会卷入金属内，使铸件产生气孔。

（3）由于金属充型过程是在压力作用下进行的，转子铁心可在冷态下压铸。

（4）生产效率高，易于实现机械化、自动化，从而可减轻劳动强度，改善劳动条件。

离心铸铝

金属铝液注入旋转着的铸铝模中，使之在离心力的作用下充满型腔并凝固

（1）离心力对铸件的成型和金属结晶过程有重要作用，它有助于金属液中的气体和非金属杂物（比金属轻）的排出。更重要的是影响到金属结晶过程，起到加强补缩和结晶细化的作用。

（3）转子离心铸铝用的设备比较简单。但在浇铸过程中有不少手工操作，劳动强度较大。

离心铸铝：

在专用离心机上进行。离心机有恒速和变速两种，以变速离心机最好。其工艺参数包括：离心机转速，铝水温度，转子铁芯预热温度，铸铝模预热温度，浇铸速度等。

压力铸铝：

转子压力铸铝采用冷室压铸机，按其压射室位置不同分为全立式、立式和卧式三种。转子压铸机主要参数为：压射力（N）、压射速度（m/s）、合型力（N）、压射比压（Pa）和铝的最大浇注量（kg）等。压铸机是由床身、压射机构、合型机构和液压及电气控制装置等组成。压射机构是实现压射的关键部件，它的结构和正确使用是决定压铸件质量的主要因素。压射机构一般采用二级和三级压射系统，目前生产中使用的压铸机大多采用三级压射。在压铸机上配备定量浇注装置和工件装卸机构，便能实现压铸生产自动化。

转子压力铸铝用的压铸模系将转子铁心作为一个嵌件，其槽形是构成型腔的一个主要部分，起到上下模之间的通道作用。对不同压铸机应配置相应的压铸模，全立式的压铸模结构较简单。转子压铸模的进铝方式主要有中心浇注和风叶（或平衡柱）端面浇注。卧式和立式压铸机用压铸模一般采用中心浇注，由直浇道从数个分支内浇口引入型腔。内浇口的进口置于壁厚的端环处，以利于铝液的补偿。全立式压铸机大多配置风叶端面浇注的压铸模。由于压铸过程中铝液充型时间较短，必须开设足够的排气槽，使腔内空气有次序的尽快排出。

转子压力铸铝工艺中，根据铝液的流动性较差，铸件的形状不太复杂且壁厚等特点，合理地选取压铸工艺参数，压射比压应高些，而充型速度应尽量低些。下表所列数据为小型电机常用的转子压铸工艺参数。

小型电机常用的转子压铸工艺一般参数

压射比压/MPa	充型速度/（m/s）	压铸温度/℃	压铸模温度/℃
29.4～39.2	15～25	680～700	180～200

在压铸过程中，压射比压、充型速度、压铸温度、压铸模温度等工艺参数之间有一定的关系，可通过试模来进行调整，以达到最佳效果。在采用风叶端面浇注时，压铸过程中压力损失较小，压射比可略低些。

铸铝模采用中心浇注，它的浇注系统与压铸模大致相同。在对铝液补缩要求较高情况下，如2极电机转子，通常采用环形内浇口。在转子离心铸铝工艺中，铝液温度一般控制在720～780℃。铸铝温度为450～550℃，铸铝模的上、下模预热温度为300～350℃，中模预热温度为150～200℃。离心铸铝时，离心机的额定转速n由以下公式决定：

式中 K —— 修正系数（一般取0.55～0.6）；

r1 —— 转子端环外圆半径（m）；

r2—— 转子端环外圆半径（m）；

离心机的额定转速也可根据生产工艺的实际情况而定。

材料要求

目前Y2、Y3系列三相异步电动机几乎全部采用铸铝转子。转子铸铝用一级重熔用铝锭，牌号为A1 99.5或99.7（GB1196），其电阻率在20℃时为0.027～0.03Ωmm/m，铝的纯度不小于99.5%，其杂质含量不得大于下表的规定。

A199.5的杂质含量

铁	硅	铁+硅	铜	杂质总和
0.3	0.25	0.45	0.015	0.5

注：含量均指质量分数。

转子铸铝时，在已经装入转子铁心的铸铝模中，注入熔化铝液，铸成由导条和端环组成的整体铝笼及端环上的风叶和平衡柱。
铸铝转子的主要质量要求是：
铝笼的含铁量应不大于0.8%。
铸铝转子铁心长度公差为+2.0mm（L＜160mm）；+2.5mm（L≥160mm）。
端环的尺寸公差应符合图样规定。
端环及风叶上的毛刺披锋和铁心外圆上的残铝必须清理干净。
转子外圆表面斜槽线平直，无明显曲折形。
转子槽口浇铝不足或低陷不得超过槽口高度规定的尺寸。
转子导条应无断条、细条现象。
端环和风叶不得有裂纹、弯曲现象和明显缩孔、缺陷等。

在转子铸铝前，必须做好铝料的熔化工作。采用铸铁坩埚熔铝时，必须先在坩埚内腔涂刷一层保护涂料。保护涂料一般采用“H.R.R”高温涂料，它由超微粒锆、矾土、矾土水泥和硼酸等组成。在涂刷高温涂料前，坩埚内表面需清砂、防锈、清理干净，并预热到100～200℃。涂料的调配为：每千克涂料配以0.1～0.15kg水玻璃和1.5～2.0kg的开水，调成糊状，分几次涂刷到规定厚度。涂刷时坩埚应在炉上保持温度，刷好后升温加热，坩埚内壁呈暗红色，干结即可。浇口料加入量不得大于15%，以控制铝液的纯度。在熔炼时，需进行铝水的清化，以达到排气排渣的目的。铝水清化常用的方法是加氯盐（如氯化钠），加入量为铝液的0.1%～0.5%。

制造铸铝转子的技术条件

1 主题内容与使用范围

1.1 本技术条件规定了低压异步电动机铸铝转子铁心的技术要求、检验方法。

1.2 本技术条件适用于Y2、Y3三相异步电动机及其对转子铸铝无特殊要求的派生系列电动机的压力铸铝转子（以下简称铸铝转子）。

2 技术要求

2.1 转子铸铝使用的铝锭

2.1.1 转子铸铝采用一级重熔用铝锭，牌号为A/99.5或A/99.7（GB1196-1980），其电阻在20℃时为0.027～0.03Ωmm2/m，铝锭的化学成分应符合表1的规定。

表1

化学成分①（%）
A1	Fe	Si	Fe+Si	Cu	杂质总和
99.5	0.3	0.25	0.45	0.015	0.5

① 此表化学成分均为质量分数。

2.1.2 铝锭熔化后，铝液含铁量允许高于表1的规定值，但不得大于0.8%，杂质总和不大于1%，且电阻率仍应符合2.1.1条件中的规定。

2.1.3 每班生产前，一般坩埚中的铝液必须进行取样进行化验。

2.2转子冲片在铸铝前必须进行检查。

2.2.1 冲片毛刺不得大于图样的规定值，冲片表面不得有油污及锈迹。

2.2.2 铁心齿部必须平整。

2.2.3 铸废的转子允许回炉重铸一次，回炉两次的冲片不得再用。

2.3 熔炉温度一般控制在720-780℃。要根据具体的工件来保持相应的铝液温度。

2.4 铸铝心轴的磨损极限值不大于表2的规定。

表2

轴孔尺寸	＞18～30	＞30～50	＞50～80	＞80～120	＞120～180	＞180～260
磨损极限	-0.10	-0.13	-0.15	-0.17	-0.195	-0.225

3质量检查

3.1铸铝转子铁心长度公差见表3。

表 3

铁心长度	＜160	≥160
公差	+2.0	+2.5

3.2 铸铝转子铁心斜槽线应平直，无明显曲折，其斜槽尺寸应符合图样规定。

3.3 端环及风叶上的毛刺披锋和铁心外圆上的残铝必须清理干净。

3.4 铸铝转子的冲片之间，轴孔内不得夹铝和粘铝。

3.5 铸态表面质量要求

3.5.1 端环缩孔允许有三处，其深度小于3mm，直径小于5mm。

3.5.2 端环及风叶不得有裂纹、弯曲、夹渣、碰伤等现象，风叶冷隔不得超过风叶长度的四分之一，叶形残缺不超过3mm。

3.5.3 平衡柱无裂纹，残缺不得大于平衡柱高的五分之一，每端残缺不得超过该端总数的四分之一。

3.5.4 端环尺寸公差应符合图样的规定，端环外圆与铁心外圆的同轴度公差应符合GB1184-1980《形状和公差未注公差的规定》的D级规定。

3.5.5 铸铝转子槽内不允许有断条和细条现象，铸铝转子应逐台进行断条检查，检查可采用电流摆动比较法，按下式计算的电流摆动量不得超过3%。

3.5.6 转子槽口浇注不足或低陷不得超过槽口规定的尺寸。

3.6 铸铝转子铁心外圆伤痕深度不得超过外圆精车尺寸。

来源：电动新视界

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首次发布时间：2023-06-13