CN107294237B - 多层复合筒状点阵导体转子结构及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了多层复合筒状点阵导体转子结构及其加工方法。所述结构由托盘、骨架和导体构成，其特征在于，托盘为环形板状结构，骨架和导体均为两端开口的筒状结构，导体通过爆炸复合设置在骨架内，导体第一端面与骨架第一端面平齐，导体第二端面位于骨架第二端面下面，托盘通过焊接设置在骨架第二端面上；导体内表面喷涂耐高温的喷涂层。其加工步骤包括下料、骨架和导体卷圆、骨架焊接、骨架热处理、骨架车加工、骨架和导体爆炸复合、车加工、焊接托盘、车加工、导体点阵化加工、钳工工序、表面处理等几个步骤。本发明可以增加永磁耦合器、永磁调速节能泵和永磁联轴器等产品的导体的导热能力、减少上述产品的发热量和工作温度，同时还具有良好的防腐防锈的能力。

Description

多层复合筒状点阵导体转子结构及其加工方法

技术领域

本发明涉及一种多层复合筒状点阵导体转子结构及其加工方法，特别是一种用于永磁耦合器、永磁调速节能泵和永磁联轴器的筒状导体转子结构及其加工方法。

背景技术

永磁耦合器、永磁调速节能泵和永磁联轴器是近十年才研制出来的一种新型无接触式传动节能设备，以其高寿命、高效率、高可靠性和调速节能的优点在石化、电力和钢铁等耗能行业取得了广泛的应用。导体转子是永磁耦合器、永磁调速节能泵和永磁联轴器的最关键部件，其结构和制造工艺对永磁耦合器、永磁调速节能泵和永磁联轴器可靠性、工作温度和使用寿命影响多非常大。现有导体转子普遍采用的方法是：将托盘和骨架焊接在一起，而导体直接采用铜板，在铜板上加工通孔，在骨架上加工螺纹，将铜板和骨架通过螺纹连接在一起，连接的时候在导体和骨架间会形成一薄层空气。

上述螺纹连接的导体转子具有如下缺点：

（1）发热量大。上述结构的导体由于是整块铜板所以其工作时感应电流大，发热量也大；

（2）散热性能差。上述结构的导体转子由于铜板和骨架材料间有一薄层空气所以热量都集中在铜板上传不出去，所以铜板的工作温度高，容易变形；

（3）安全性低。由于永磁耦合器、永磁调速节能泵和永磁联轴器的工作转速会时刻变化，造成导体材料的温度也随时发生改变，上述结构的导体在交变变化的温度条件下容易发生收缩变形甚至断裂，造成安全隐患。

（4）连接结构不可靠，易发生严重的设备事故。上述结构的导体转子连接导体和骨架材料的螺栓容易断裂卡在导体转子与其它结构的缝隙里造成设备损毁事故。

发明内容

本发明的目的是提供一种导体转子结构及其加工方法，适用于永磁耦合器、永磁调速节能泵和永磁联轴器导体转子的制造，以克服现有的结构和工艺所造成的产品在使用阶段出现的设备温度高、散热效果差、安全性低和易造成设备事故的缺点。

实现本发明目的的技术解决方案是：本发明所述的多层复合筒状点阵导体转子结构，由托盘、骨架和导体构成，托盘为环形板状结构，骨架和导体均为两端开口的筒状结构，托盘和骨架的材质为强度较高和焊接性能较好的钢材，导体的材质为导电率较高的铜材，导体通过爆炸复合设置在骨架内，导体第一端面与骨架第一端面平齐，导体第二端面位于骨架第二端面下面，托盘1通过焊接设置在骨架第二端面上；导体内表面喷涂耐高温的喷涂层，喷涂层材质为特氟龙材料；骨架外横截面为正多边形结构，以便于安装散热片。

进一步的，导体第二端面与骨架第二端面的间距为20~50mm。

进一步的，托盘与骨架外径相等。

进一步的，导体内表面设置若干个排列有序的菱形沟槽。

本发明所述的导体转子结构的加工方法，包括如下步骤：

步骤一、下料：用火焰和等离子切割机对托盘、骨架和导体下料；

步骤二、骨架材料和导体材料卷圆：将步骤一的骨架和导体下料分别在卷圆机上卷圆成筒状；

步骤三、骨架材料焊接：将步骤二形成筒状结构的骨架材料整圆后沿筒状轴线方向的接缝处焊接牢固；

步骤四、骨架材料热处理：将焊接完成后的骨架材料进行退火处理，减少焊接缺陷和改善焊接金相组织；

步骤五、骨架材料车加工：将筒状结构的骨架材料端面齐平，并对外表面进行粗加工并留一定的加工余量，内表面进行精加工，不留加工余量，进行焊接探伤检验合格后待用；

步骤六、骨架材料和导体材料爆炸复合：将步骤二形成筒状结构的导体材料放置在步骤五车加工后的骨架材料内，并在导体材料的内部放置炸药进行爆炸，使导体材料和骨架材料爆炸焊接在一起并整圆；

步骤七、车复合材料：将步骤六所述的导体材料车削掉20~50mm至完全露出骨架材料，并在露出骨架材料的一段倒角，粗车外径至见光；

步骤八、车托盘材料：车托盘材料的外径，并在其一面的边线倒角；

步骤九、焊接：将步骤七所述复合材料露出骨架材料的一端和步骤八的托盘材料焊接到一起；

步骤十、导体材料点阵化加工：将步骤九中所述的导体材料内表面通过车和刨沟槽，将导体材料分割成若干排列有序的菱形块；

步骤十一、钳工工序：将步骤十所述的导体材料钻孔和攻螺纹；

步骤十二、表面处理：将上述工序形成的工件放在酸洗除油池中进行酸洗除油，再进行表面磷化处理，最后便面高温喷涂上特氟龙材料形成喷涂层。

作为本发明的一种工艺上的改进，步骤二中，卷圆所形成的骨架内径比导体外径大20mm。

作为本发明的一种工艺上的改进，步骤二和步骤六中，整圆精度不低于圆柱度3mm。

作为本发明的一种工艺上的改进，步骤十中，沟槽的截面形状为矩形，沟槽的宽度为0.5~2mm，深度为0.5mm~4mm，槽间距为20~30mm。

作为本发明的一种工艺上的改进，步骤十二中，喷涂层的厚度为100~160um。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

（1）工作时导体发热量小：本发明将导体材料点阵化，减小了涡流的强度，从而使涡流发热量降低。

（2）导热和散热性能好：通过爆炸复合将两种材料复合在一起，使得导体上的发热能迅速传到导体材料上，减小了热传导的热阻，同时对导体点阵化处理使导体本身的散热表面积增加、发热量变小、导热和散热能力增强，从而使设备的工作温度大大下降。

（3）安全性高：本发明的工作温度低，且没有通过螺栓连接，不会出现导体材料和螺栓变形和断裂的风险，设备安全系数高。

附图说明

图1为本发明所述的多层复合筒状点阵导体转子结构的结构示意图（其中，插图为放大图）。

图2为本发明所述的多层复合筒状点阵导体转子结构加工步骤一的工序示意图。

图3为本发明所述的多层复合筒状点阵导体转子结构加工步骤三的工序示意图。

图4为本发明所述的多层复合筒状点阵导体转子结构加工步骤六的工序示意图。

图5为本发明所述的多层复合筒状点阵导体转子结构加工步骤九的工序示意图。

附图标记中：1-托盘；2-骨架；3-导体；4-喷涂层。

具体实施方式

结合图1，本发明所提供的多层复合筒状点阵导体转子结构由托盘1、骨架2、导体3和喷涂层4构成，托盘1为环形板状结构、骨架2和导体3均为两端开口的筒状结构，托盘1和骨架2的材质为强度较高和焊接性能较好的钢材，导体3的材质为导电率较高的铜材，导体3通过爆炸复合设置在骨架2内，导体3第一端面与骨架2第一端面平齐，导体3第二端面位于骨架2第二端面下面20~50mm处，托盘1通过焊接设置在骨架2第二端面上；导体3内表面设置n个排列有序的菱形沟槽，导体3内表面喷涂耐高温的喷涂层4，喷涂层4材质为特氟龙材料；骨架2外横截面为正多边形结构，以便于安装散热片。

为了完成上述结构，其工艺步骤如下：

步骤一、下料。结合图2，使用合适的板料，用火焰和等离子切割机等工具下料：托盘1采用内带孔外为圆的环状钢材，在外径方向上留6~10mm的加工余量，内径上留4~6mm加工余量。导体3采用厚度为4~10mm的矩形铜板，导体3长边边长比骨架2形成筒状后的内圆周长小2πmm。骨架2同样采用矩形板状钢材，骨架2的长边长度与托盘1的外圆周长相等。

步骤二、骨架和导体材料卷圆。将骨架2的矩形钢板和导体3的矩形铜板分别卷圆，卷圆后整形至圆柱度精度在3mm以内才可进入下一步工序，卷圆后，骨架材料的外圆和内圆分别在成品骨架基础上留6~8mm和2~4mm的后续加工余量，导体3的外径比骨架2的内径小20mm，多余的材料螺旋方式叠重在导体内侧。

步骤三、骨架焊接。结合图3，将步骤二形成筒状结构的骨架材料开破口，沿筒状的轴线方向的接缝处焊接牢固。

步骤四、骨架材料热处理。将焊接完成后的骨架材料进行退火处理，减少焊接缺陷和改善焊接金相组织。

步骤五、骨架材料车加工。将经步骤四的筒状骨架材料一个端面车4mm，并车破口，破口的大小为厚度的一般略小；将外表面进行粗加工并留一定的5~7mm加工余量，内表面进行精加工，不留加工余量；进行焊接探伤检验合格后待用。

步骤六、骨架材料和导体材料爆炸复合。结合图4，将步骤二所述的导体材料放置在步骤五所述的骨架材料的内部，使得骨架材料和导体材料的平均间隙为8~12mm，在导体材料的内部放置炸药进行爆炸，使导体材料和骨架材料爆炸焊接在一起并整圆至圆柱度3mm即可。

步骤七、车复合材料。将步骤六焊接后的导体材料两端各车削掉20mm的缺陷区，继续车削掉一段至完全露出骨架材料，并在露出骨架材料的一段倒角，粗车外径至见光。

步骤八、车托盘材料。车托盘材料的外圆至与步骤七的外圆相等，一边开焊接破口。

步骤九、焊接。结合图5，将步骤七露出骨架材料的一端和步骤八所述的托盘材料焊接到一起，成为筒状。

步骤十、导体材料点阵化加工。将步骤九所述的导体材料通过车和刨沟槽，将导体材料内表面分割成若干排列有序的菱形块。

步骤十一、钳工工序。将步骤十所述的导体材料钻孔和攻螺纹。

步骤十二、表面处理。将上述工序形成的工件放在酸洗除油池中进行酸洗除油，再进行表面磷化处理，最后便面高温喷涂上特氟龙材料形成喷涂层。

实施例

如图1所示，一种多层复合点阵导体转子结构，成品内径φ496mm，导体3厚度4mm，导体3高度为120mm，导体3内表面被加工成60个有序排列的菱形沟槽（即点阵槽结构），槽宽度1.4mm，槽深度2mm，槽轴向上的间距为25mm，骨架2的厚度为16mm，骨架2外横截面为具有30个边的正多边形，骨架2高度为150mm，托盘1厚度20mm。其加工工艺如下：

步骤一、下料。

下托盘料：取t30mm的热轧Q345R钢板，用数控火焰切割机下料，内径φ180mm，外径φ550mm，厚度30mm，切割后打磨去除挂渣。

下骨架料：取t30mm的热轧Q345R钢板，用火焰切割机下料，长度1665mm，宽度210mm，厚度30mm，切割后打磨去除挂渣。

下导体料：取t8mm的T2铜板，用等离子切割机下料，长度1558mm，宽度210mm，厚度8mm取，切割后打磨去除挂渣。

步骤二、骨架和导体材料卷圆。卷骨架材料成圆，保证内径φ490mm，整圆至圆柱度3mm。卷导体材料成圆，保证外径φ470mm，整圆至圆柱度3mm，多余的材料螺旋方式叠重在导体内侧。

步骤三、骨架焊接。结合图3，将骨架材料轴向连接处开13mm×45°坡口，沿筒状的轴线方向的接缝处焊接牢固。

步骤四、骨架材料热处理。将焊接完成后的骨架进行退火处理，至焊缝处的硬度为220~250HBS。

步骤五、骨架材料车加工。将筒状骨架材料一个端面车4mm，并车13mm×45°破口；车外表面至尺寸φ544mm，内表面进行精加工至尺寸φ504mm，进行焊接探伤检验合格后待用。

步骤六、骨架材料和导体材料爆炸复合。将步骤二卷成的筒状导体材料放置在步骤五所形成的筒状骨架材料的筒内，在筒状导体材料的内部放置炸药进行爆炸，使筒状导体材料和筒状骨架材料爆炸焊接在一起并整圆至圆柱度3mm即可。

步骤七、车复合材料。将步骤六焊接后的复合材料两端各车削掉20mm的缺陷区，再在导体材料一端车削掉30mm至尺寸φ506mm并开破口8mm×45°，粗车外径至φ540mm。

步骤八、车托盘材料。车托盘材料的外圆至与φ540mm，一边开焊接破口8mm×45°。

步骤九、焊接。将步骤七所形成的复合材料和和步骤八所形成的托盘材料焊接到一起，成为筒状。

步骤十、导体材料点阵化加工。将步骤九所形成的复合材料的导体通过车和刨沟槽，槽宽度1.4mm，槽深度2mm，槽轴向上的间距为25mm，将导体内表面分割成若干排列有序的菱形块结构形成所述的点阵槽结构。

步骤十一、钳工工序。将步骤十所形成的复合导体材料钻孔6×φ14mm和攻螺纹6×M16。

步骤十二、表面处理。将上述工序形成的工件放在酸洗除油池中进行酸洗除油，再进行表面磷化处理，最后便面高温喷涂上特氟龙材料100um~160um。

上述材料经过加工后经过试验台测试，传递最大扭矩205Nm，额定扭矩102Nm，以160kW1500rpm的三相异步电动机为动力带相同轴功率的水泵，调速至1200rpm时，导体的最高工作温度为170℃，比固件连接的导体的工作紧温度低90℃。散热片温度为95℃，比固件连接的导体的工作紧温度高30℃。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内；本发明未涉及的技术均可通过现有技术加以实现。

Claims (7)

1.多层复合筒状点阵导体转子结构，由托盘（1）、骨架（2）和导体（3）构成，其特征在于，托盘（1）为环形板状结构，骨架（2）和导体（3）均为两端开口的筒状结构，导体（3）通过爆炸复合设置在骨架（2）内，导体（3）第一端面与骨架（2）第一端面平齐，导体（3）第二端面位于骨架（2）第二端面下面，托盘（1）通过焊接设置在骨架（2）第二端面上；导体（3）内表面喷涂耐高温的喷涂层（4），骨架（2）外横截面为正多边形结构，导体（3）内表面设置多个排列有序的菱形沟槽，通过如下步骤制备：

步骤一、下料：用火焰和等离子切割机对托盘、骨架和导体下料；

步骤二、骨架材料和导体材料卷圆：将步骤一的骨架和导体下料分别在卷圆机上卷圆成筒状；

步骤三、骨架材料焊接：将步骤二形成筒状结构的骨架材料整圆后沿筒状轴线方向的接缝处焊接牢固；

步骤四、骨架材料热处理：将焊接完成后的骨架材料进行退火处理，减少焊接缺陷和改善焊接金相组织；

步骤五、骨架材料车加工：将筒状结构的骨架材料端面齐平，并对外表面进行粗加工并留一定的加工余量，内表面进行精加工，不留加工余量，进行焊接探伤检验合格后待用；

步骤六、骨架材料和导体材料爆炸复合：将步骤二形成筒状结构的导体材料放置在步骤五车加工后的骨架材料内，并在导体材料的内部放置炸药进行爆炸，使导体材料和骨架材料爆炸焊接在一起并整圆；

步骤七、车复合材料：将步骤六所述的导体材料车削掉20 mm ~50mm至完全露出骨架材料，并在露出骨架材料的一段倒角，粗车外径至见光；

步骤八、车托盘材料：车托盘材料的外径，并在其一面的边线倒角；

步骤九、焊接：将步骤七所述复合材料露出骨架材料的一端和步骤八的托盘材料焊接到一起；

步骤十、导体材料点阵化加工：将步骤九中所述的导体材料内表面通过车和刨沟槽，将导体材料分割成若干排列有序的菱形块；

步骤十一、钳工工序：将步骤十所述的导体材料钻孔和攻螺纹；

步骤十二、表面处理：将上述工序形成的工件放在酸洗除油池中进行酸洗除油，再进行表面磷化处理，最后表面高温喷涂上特氟龙材料形成喷涂层。

2.如权利要求1所述的导体转子结构，其特征在于，导体（3）第二端面与骨架（2）第二端面的间距为20 mm ~50mm。

3.如权利要求1所述的导体转子结构，其特征在于，托盘（1）与骨架（2）外径相等。

4.如权利要求1所述的导体转子结构，其特征在于，托盘（1）和骨架（2）的材质为钢材，导体（3）的材质为铜材。

5.如权利要求1所述的导体转子结构，其特征在于，喷涂层（4）的厚度为100 um ~160um。

6.如权利要求1所述的导体转子结构，其特征在于，步骤二和步骤六中，整圆精度不低于圆柱度3mm。

7.如权利要求1所述的导体转子结构，其特征在于，步骤十中，沟槽的截面形状为矩形，沟槽的宽度为0.5 mm ~2mm，深度为0.5mm~4mm，槽间距为20 mm ~30mm。