小型電機(jī)機(jī)座鑄件工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化

小型電機(jī)機(jī)座鑄件工藝設(shè)計(jì)及優(yōu)化

該座在電機(jī)中起著支撐和固定定心軸的作用，通過調(diào)整電機(jī)座和端蓋的配合，起到支持旋轉(zhuǎn)和保護(hù)電機(jī)組件的作用。機(jī)座的結(jié)構(gòu)類型很多：有整體型機(jī)座，分離型機(jī)座；有鑄鐵機(jī)座，鑄鋼機(jī)座，鋼板焊接機(jī)座（包括箱式機(jī)座）及鋁合金壓鑄機(jī)座等。但從生產(chǎn)工藝上看，具有代表性的是有底腳的整體型鑄鐵機(jī)座和分離型鋼板焊接機(jī)座2種，前者是中小型電機(jī)中最常用的機(jī)座，后者則用于大型水輪發(fā)電機(jī)和特殊要求的直流電機(jī)。圖1為筆者公司生產(chǎn)的某一小型電機(jī)機(jī)座的三維模型，材料牌號(hào)QT450-10，外形尺寸286mm×276mm×296mm，最大壁厚30mm，最小壁厚4mm，鑄件質(zhì)量33kg。1鑄造質(zhì)量分析1.1導(dǎo)致鑄件報(bào)廢原鑄造工藝方案如圖2所示，一箱2件造型，從電機(jī)機(jī)座兩個(gè)地腳處進(jìn)流，采用開放式澆注系統(tǒng)，2個(gè)內(nèi)澆道。但是通過此方案生產(chǎn)的鑄件多次發(fā)生沿周的4mm散熱筋板充型不完整，出現(xiàn)嚴(yán)重的鋸齒狀冷隔問題，導(dǎo)致鑄件報(bào)廢。圖3為原工藝生產(chǎn)的鑄件，可見，軸向冒口端缺肉問題比內(nèi)澆道端嚴(yán)重，徑向離內(nèi)澆道越遠(yuǎn)的位置缺肉問題越嚴(yán)重，而在內(nèi)澆道附近鑄件的筋板充型質(zhì)量較好，無缺肉問題。該鑄件的澆注溫度1418℃，符合此類鑄件結(jié)構(gòu)的澆注溫度。綜合該鑄件的材質(zhì)、澆注溫度和鑄件缺陷問題，初步分析認(rèn)為，此缺陷主要是由于內(nèi)澆道布置不均勻，在澆注過程中內(nèi)澆道遠(yuǎn)端鐵液溫降速度太快，使整個(gè)澆注過程中鑄件的溫度場分布不均、溫差過大造成的。同時(shí)，該鑄件散熱筋板厚度僅為4mm，屬于砂型鑄造的最低壁厚范圍，因而導(dǎo)致鑄件充型不完整，產(chǎn)生鋸齒狀冷隔，且這種缺陷在軸向和徑向離內(nèi)澆道越遠(yuǎn)的位置越明顯。1.2原工藝充型模擬結(jié)果為了再次確認(rèn)該鑄件的缺陷問題和分析結(jié)果的合理性，對原工藝方案進(jìn)行CAE充型模擬。充型參數(shù)設(shè)置為澆注質(zhì)量87kg，澆注溫度1420℃，充型時(shí)間15s。圖4、圖5分別為原工藝充型過程鐵液流速和溫度場的模擬結(jié)果。通過對原方案進(jìn)行CAE模擬，從充型結(jié)果來看，在剛開始時(shí)靠近內(nèi)澆道處鐵液流速較高，發(fā)生飛濺，導(dǎo)致鐵液在鑄型中充型不平穩(wěn)，同時(shí)從充型過程的溫度場分布可以發(fā)現(xiàn)，最遠(yuǎn)端的充型過程溫度較低，等高面溫差較大，特別是內(nèi)澆道側(cè)與最遠(yuǎn)端等高面溫度差甚至都高于100℃，極大地影響了最遠(yuǎn)端薄壁散熱筋板的充型，從而引起鑄件缺肉、冷隔等成型不良問題。2工藝缺陷及模擬分析經(jīng)過對鑄件實(shí)際生產(chǎn)后的缺陷和CAE模擬結(jié)果的綜合分析和判斷，該鑄件缺肉問題主要是工藝設(shè)計(jì)時(shí)澆注系統(tǒng)中的內(nèi)澆道過于集中和分布不均勻所致(1）由于該鑄件沿周均有散熱筋板，為了保證所有筋板都能夠完成充型，將原工藝開放式澆注系統(tǒng)內(nèi)澆道數(shù)量增加，并將內(nèi)澆道進(jìn)流位置從地腳處改為從底法蘭進(jìn)流，這樣就能很好地保證內(nèi)澆道處鐵液同時(shí)進(jìn)流，鐵液充型平穩(wěn)，避免鐵液剛進(jìn)入型腔時(shí)發(fā)生噴濺。(2）從原工藝鑄件缺陷來看，缺肉位置主要集中在散熱筋板位置，此處結(jié)構(gòu)厚度僅為4mm，已為砂型鑄造所能達(dá)到的極限值。因此，為了充分保證鐵液在鑄型中的充型溫度，現(xiàn)將原工藝一箱2件改為一箱1件，同時(shí)通過充分利用此鑄件桶形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將直澆道從鑄件外側(cè)位置進(jìn)流優(yōu)化為從鑄件軸孔中心進(jìn)流，可以很大程度上縮短鐵液在澆注系統(tǒng)中的流程，降低鐵液在鑄型中的溫降，保證充型溫度。圖6為優(yōu)化后工藝方案及澆注系統(tǒng)形式。對改進(jìn)后的工藝進(jìn)行CAE模擬，其中鑄件材質(zhì)、澆注溫度等參數(shù)按照原工藝方案參數(shù)執(zhí)行，以便能夠更好地進(jìn)行對比分析。工藝優(yōu)化后的充型參數(shù)為：澆注質(zhì)量45kg，澆注溫度1420℃，充型時(shí)間8s，比一箱2件的充型時(shí)間縮短明顯，因此，鐵液在澆注過程中的溫降和溫差會(huì)減小，有利于冷隔的消除。圖7、圖8分別為工藝優(yōu)化后的鐵液流速及溫度場模擬結(jié)果。可見，優(yōu)化后的鐵液在鑄型中充型平穩(wěn)均勻，鐵液無飛濺。通過圖5和圖8的對比可以看出，鐵液在充型完成80%時(shí)鑄件同一平面上的溫度?？梢?，優(yōu)化后的鑄件在充型完成80%時(shí)等高面溫度差及遠(yuǎn)端散熱筋板處的鑄件溫度等均優(yōu)于原工藝方案，而此時(shí)鑄件優(yōu)化后工藝方案的最低溫度為1139℃（原工藝為1130℃），說明優(yōu)化后的工藝方案是可行的，符合鑄件結(jié)構(gòu)特征的工藝設(shè)計(jì)要求。3現(xiàn)狀材料的應(yīng)用通過對鑄件工藝優(yōu)化和CAE模擬論證可行后，結(jié)合筆者公司的3D打印砂型成型技術(shù)，對該電機(jī)機(jī)座進(jìn)行了生產(chǎn)驗(yàn)證。圖9為工藝優(yōu)化后生產(chǎn)的鑄件，此鑄件只進(jìn)行了拋丸處理，從外觀看，通過工藝改進(jìn)和3D砂型技術(shù)的應(yīng)用，鑄件散熱筋板成型良好，筋板一次成型無任何披縫，壁厚均勻，無缺肉問題，同時(shí)鑄件整體尺寸控制好，分型面披縫小，極大地減小了后期清理工作量。通過對工藝進(jìn)行多次生產(chǎn)驗(yàn)證，此工藝方案生產(chǎn)的鑄件已經(jīng)量產(chǎn)，廢品率低，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。4生產(chǎn)驗(yàn)證和批量生產(chǎn)通過綜合分析鑄件的鑄造缺陷和借助CAE軟件進(jìn)行模擬，對原工藝澆注系統(tǒng)形式進(jìn)行優(yōu)化，對熔煉和澆注參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)對優(yōu)化后的工藝方案進(jìn)行生產(chǎn)驗(yàn)證和批量生產(chǎn)，在生產(chǎn)驗(yàn)證和連續(xù)生產(chǎn)中，鑄件質(zhì)量穩(wěn)定，徹底解決了此類薄壁電機(jī)機(jī)座散熱筋板充型不完整問題。另外，通過對原方案的優(yōu)