CN108436057A - 一种电机铜转子压铸装置及压铸方法 - Google Patents
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Abstract
一种电机铜转子压铸装置及压铸方法，属于有色金属冶炼及压延加工技术领域。本发明包括低频感应炉和压铸机，所述低频感应炉的加热功率为0‑50KW，所述压铸机包括前模具组件、中模具组件、后模具组件和压射模具组件，所述后模具组件、中模具组件、前模具组件、压射模具组件依次排列并镶拼组合。本发明通过螺栓螺纹连接将中模架和后模架固定连接，通过限位杆和限位孔、抱柱和螺栓孔相配合将中模架和前模架固定连接，各模架之间拆卸方便，同时生产出来的铸件无裂纹，填充率优良，无粘模等不良缺陷，压铸的纯铜转子的电机能达到IE4超高能效等级。
Description
技术领域
本发明属于有色金属冶炼及压延加工技术领域，具体是涉及一种电机铜转子压铸装置及压铸方法。
背景技术
铸铜转子是以铜为导电基质的新型电动机转子，现有技术中一般采用铝为导电基质，但铝的导电率只有铜的60.7％，电阻率为铜的1.6倍左右。使用铸铜转子代替铸铝转子，电动机的总损耗将可以显著下降，从而提高电机的整体效率。虽然铸铜转子具有很多优点，但由于铸铜转子生产的困难性，使得目前电动机广泛使用的仍是铸铝转子。
专利号为200710066135.8的发明专利公开了一种感应式电机铜鼠笼转子的压铸方法及压铸装置。该技术方案包括模具预处理、铜料熔炼、熔液压铸成型工序和淬水冷却工序。在模具预处理中，压铸模具采用加热模架来预热模具，或模架和模具同时加热的方式预热模具，预热温度控制在350-650℃；在铜料熔炼中，将纯铜或高含铜合金原料加工成铜杆，铜杆预热去除水分后，装炉熔炼，为防止铜料氧化，在熔炼过程中，充入N2与H2、CO、C2H2的混合气体。而且在压铸成型工序中，该技术方案设计了一种压铸模具，由压铸机与熔化炉构成，熔化炉包括为一体的坩埚和中频感应炉，压铸机包括采用多个镶块镶拼组合连接方式，由置于支架上的可移动模具组件、可替换模具组件及固定模具组件组成的铸造成型模具和压室模具。使用该技术方案，虽能有效防止纯铜及铜合金在熔炼过程中的氧化，且模具便于拆卸更换，但存在其不足之处：1、铜杆装炉熔炼时，需先将中频炉加热功率升到20KW，至铜杆变红后再升为40KW熔炼，铜杆需进行预热处理，整个过程耗时耗能，增加了企业的生产成本；2、铜熔液中存在的杂质无法及时清理出去，将该铜熔液进行压铸，其存在的杂质会导致铜转子的端部出现开裂现象，且铜转子的填充率较低，电机在运行时产生噪音；3、模具预热温度过高，对模具损伤较大，耗能，且在后续铜转子脱模过程中，铜熔液容易粘模，造成脱模困难，损坏铜转子。基于此，本发明是在此专利基础上进行的改进，本发明所得到的铜转子表面完整，其端部无开裂断层现象，填充率高。
发明内容
本发明主要是解决上述现有技术所存在的技术问题，提供一种电机铜转子压铸装置及压铸方法。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种电机铜转子压铸装置，包括低频感应炉和压铸机，所述低频感应炉的加热功率为0-50KW，所述压铸机包括前模具组件、中模具组件、后模具组件和压射模具组件，所述后模具组件、中模具组件、前模具组件、压射模具组件依次排列并镶拼组合；所述后模具组件包括后模架和后模隔热板，后模隔热板固定设置在后模架的左侧，所述后模架的右侧设有模具座，模具座与所述后模架同轴，且模具座通过螺杆与后模架固定连接，所述模具座内设有凹槽，所述凹槽的底部设有通孔，通孔直通后模隔热板；所述中模具组件包括中模架和中模挡板，所述中模挡板设置在中模架的右侧，且通过螺杆与中模架固定连接，所述中模架内设有铸铜转子中模，所述铸铜转子中模内设有容纳腔，所述容纳腔内设有后模具芯，后模具芯的尺寸与所述模具座上的凹槽尺寸相匹配，所述后模具芯与所述铸铜转子中模滑动连接，所述后模具芯的左侧固定连接有转子顶出杆，转子顶出杆的另一端穿过所述模具座上的通孔，所述通孔、模具座、凹槽、转子顶出杆和后模具芯同轴；所述前模具组件包括前模挡板、流道板、前模架和前模隔热板，所述前模挡板、流道板、前模架和前模隔热板依次排列设置，所述前模挡板内设有前模具芯，所述后模具芯、铸铜转子中模和前模具芯相互配合形成一个密闭腔体，所述前模隔热板上设有圆柱形深槽，所述圆柱形深槽直通到流道板；所述压射模具组件包括呈圆柱体的压室模具，所述压室模具的一端插入圆柱形深槽内，所述压室模具的另一端设有入料口，入料口的外侧在压室模具上套装有封闭环，所述封闭环与所述压室模具同轴，且可沿压室模具的外侧壁进行转动，入料口处在压室模具内设有压射头，所述压室模具上还设有热电偶，所述热电偶采用不锈钢螺纹式热电偶。
作为优选，所述后模架的右侧均布有螺纹孔和定位孔；所述中模架的左侧均布有定位镶块，定位镶块与所述后模架上的定位孔相匹配，所述中模架上设有贯穿中模架的螺栓孔，所述螺栓孔内设有螺栓，螺栓与所述后模架上的螺纹孔相匹配，通过螺栓螺纹连接将中模架和后模架固定连接，所述中模架的右侧均布有限位孔；所述前模架上设有抱住，所述流道板套装在抱柱上，并通过螺杆与所述前模架固定连接，所述前模挡板套装在抱柱上，且前模挡板与所述抱柱滑动连接，所述前模挡板、流道板和前模架之间通过限位杆相连接，所述限位杆与所述中模架上的限位孔相匹配，所述抱柱的端部与所述中模架上的螺栓孔相匹配，通过限位杆和限位孔、抱柱和螺栓孔相配合将中模架和前模架固定连接。
作为优选，所述前模具芯上设有若干浇口，浇口呈圆周排列，所述每个浇口呈喇叭状，其锥度与水平方向呈10°-15°；所述流道板内设有圆形流道，圆形流道上设有若干孔洞，所述孔洞与浇口一一对应；所述压室模具上设有出料口，出料口与圆形流道相连通。
作为优选，所述前模架、中模架和后模架上均布有加热管孔、热电偶和加热管引线槽口，所述加热管孔呈内外两个圆周排列设置，所述每个加热管孔内均设有加热管，所述加热管采用不锈钢套管式加热管，所述热电偶采用不锈钢螺纹式热电偶。
作为优选，所述前隔热板、后隔热板、前模架、中模架、后模架和压室模具的表面均涂覆有隔热涂层。
一种电机铜转子压铸装置的压铸方法，所述方法为：
步骤(1)，预热工序：前模架、中模架和后模架均采用加热管来预热，预热温度控制在120-150℃，压室模具通过加热来预热，预热温度控制在150-250℃，铸铜转子中模通过工业烘干设备来预热，预热温度控制在150-200℃，同时在此温度下维持10-15分钟，并在压铸前放入已完成预热的中模架内；
步骤(2)，铜料熔炼工序：以3毫米厚的紫铜板为原材料，将紫铜板通过金属粉碎机进行粉碎，粉碎成50目-100目的铜粉末，然后将铜粉末放置在120℃-150℃的工业烘干箱内进行烘干，去除铜粉末上沾有的湿气；把上述铜粉放置在低频感应炉中，温度控制在1240℃-1280℃，对铜粉末进行熔炼，在熔炼的过程中，采用机械手或硅碳棒进行搅拌；当铜粉末全部熔化且温度在1100℃-1120℃时熔炼结束，引出位于中层的铜水；
步骤(3)，压铸成型工序：压铸前，在浇口和圆形流道上预先喷淋脱模剂；压铸过程中，最小压射速度为0.5-0.8m/s，最大压射速度6-9m/s，增压压力为100-125kg/cm2；
步骤(4)，冷却工序：将压铸成型的电机铜转子在压室内保压冷却2-5s，然后取出放入常温室内中自然冷却。
本发明具有的有益效果：本发明通过螺栓螺纹连接将中模架和后模架固定连接，通过限位杆和限位孔、抱柱和螺栓孔相配合将中模架和前模架固定连接，各模架之间拆卸方便，只需要20分钟，即可完成各模架的拆卸和更换，相比其他结构的模具可以省下近1小时的时间，提高了大约3倍的工作效率，同时生产出来的铸件无裂纹，填充率优良，无粘模等不良缺陷，压铸的纯铜转子的电机能达到IE4超高能效等级。同时，本发明通过模具座、铸铜转子中模和前模具芯相互配合形成一个腔体，铸铜转子中模内设有后模具芯，通过改变后模具芯在铸铜转子中模内的位置，可生产出不同高度的纯铜转子；后模具芯上连接有转子顶出杆，拉动转子顶出杆可移动后模具芯，推动转子顶出杆可帮助纯铜转子脱模；浇口呈喇叭状，其锥度与水平方向呈10°-15°，便于快速去除料饼，省去了用凿子或切刀凿切料饼的工序；在前隔热板、后隔热板、前模架、中模架、后模架和压室模具的表面均涂覆隔热涂层，使模具耐老化抗龟裂，降低模具散热，起到节能降耗。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图；
图2是本发明中模架的一种结构示意图
图3是本发明前模具挡板的一种结构示意图；
图4是本发明前模具芯的一种结构示意图。
图中：1、后模架；2、后模隔热板；3、模具座；4、螺杆；5、凹槽；6、通孔；7、中模架；8、中模挡板；9、铸铜转子中模；10、后模具芯；11、转子顶出杆；12、前模挡板；13、流道板；14、前模架；15、前模隔热板；16、前模具芯；17、圆柱形深槽；18、压室模具；19、入料口；20、封闭环；21、压射头；22、热电偶；23、螺纹孔；24、定位孔；25、定位镶块；26、螺栓孔；27、螺栓；28、限位孔；29、抱柱；30、限位杆；31、浇口；32、圆形流道；33、孔洞；34、出料口；35、加热管；36、加热管引线槽口。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：一种电机铜转子压铸装置，如图1-图4所示，包括低频感应炉和压铸机，所述低频感应炉的加热功率为0-50KW，所述压铸机包括前模具组件、中模具组件、后模具组件和压射模具组件，所述后模具组件、中模具组件、前模具组件、压射模具组件依次排列并镶拼组合；所述后模具组件包括后模架和后模隔热板，后模隔热板固定设置在后模架的左侧，所述后模架的右侧设有模具座，模具座与所述后模架同轴，且模具座通过螺杆与后模架固定连接，所述模具座内设有凹槽，所述凹槽的底部设有通孔，通孔直通后模隔热板；所述中模具组件包括中模架和中模挡板，所述中模挡板设置在中模架的右侧，且通过螺杆与中模架固定连接，所述中模架内设有铸铜转子中模，所述铸铜转子中模内设有容纳腔，所述容纳腔内设有后模具芯，后模具芯的尺寸与所述模具座上的凹槽尺寸相匹配，所述后模具芯与所述铸铜转子中模滑动连接，所述后模具芯的左侧固定连接有转子顶出杆，转子顶出杆的另一端穿过所述模具座上的通孔，所述通孔、模具座、凹槽、转子顶出杆和后模具芯同轴；所述前模具组件包括前模挡板、流道板、前模架和前模隔热板，所述前模挡板、流道板、前模架和前模隔热板依次排列设置，所述前模挡板内设有前模具芯，所述后模具芯、铸铜转子中模和前模具芯相互配合形成一个密闭腔体，所述前模隔热板上设有圆柱形深槽，所述圆柱形深槽直通到流道板；所述压射模具组件包括呈圆柱体的压室模具，所述压室模具的一端插入圆柱形深槽内，所述压室模具的另一端设有入料口，入料口的外侧在压室模具上套装有封闭环，所述封闭环与所述压室模具同轴，且可沿压室模具的外侧壁进行转动，入料口处在压室模具内设有压射头，所述压室模具上还设有热电偶，所述热电偶采用不锈钢螺纹式热电偶。
所述后模架的右侧均布有螺纹孔和定位孔；所述中模架的左侧均布有定位镶块，定位镶块与所述后模架上的定位孔相匹配，所述中模架上设有贯穿中模架的螺栓孔，所述螺栓孔内设有螺栓，螺栓与所述后模架上的螺纹孔相匹配，通过螺栓螺纹连接将中模架和后模架固定连接，所述中模架的右侧均布有限位孔；所述前模架上设有抱住，所述流道板套装在抱柱上，并通过螺杆与所述前模架固定连接，所述前模挡板套装在抱柱上，且前模挡板与所述抱柱滑动连接，所述前模挡板、流道板和前模架之间通过限位杆相连接，所述限位杆与所述中模架上的限位孔相匹配，所述抱柱的端部与所述中模架上的螺栓孔相匹配，通过限位杆和限位孔、抱柱和螺栓孔相配合将中模架和前模架固定连接。
所述前模具芯上设有若干浇口，浇口呈圆周排列，所述每个浇口呈喇叭状，其锥度与水平方向呈15°；所述流道板内设有圆形流道，圆形流道上设有若干孔洞，所述孔洞与浇口一一对应；所述压室模具上设有出料口，出料口与圆形流道相连通。
所述前模架、中模架和后模架上均布有加热管孔、热电偶和加热管引线槽口，所述加热管孔呈内外两个圆周排列设置，所述每个加热管孔内均设有加热管，所述加热管采用不锈钢套管式加热管，所述热电偶采用不锈钢螺纹式热电偶。
所述前隔热板、后隔热板、前模架、中模架、后模架和压室模具的表面均涂覆有隔热涂层。
所述压铸装置的压铸方法为：
步骤(1)，预热工序：前模架、中模架和后模架均采用加热管来预热，预热温度控制在150℃，压室模具通过加热来预热，预热温度控制在220℃，铸铜转子中模通过工业烘干设备来预热，预热温度控制在200℃，同时在此温度下维持15分钟，并在压铸前放入已完成预热的中模架内；
步骤(2)，铜料熔炼工序：以3毫米厚的紫铜板为原材料，将紫铜板通过金属粉碎机进行粉碎，粉碎成70目的铜粉末，然后将铜粉末放置在150℃的工业烘干箱内进行烘干，去除铜粉末上沾有的湿气；把上述铜粉放置在低频感应炉中，温度控制在1260℃，对铜粉末进行熔炼，在熔炼的过程中，采用机械手或硅碳棒进行搅拌；当铜粉末全部熔化且温度在1110℃时熔炼结束，引出位于中层的铜水；
步骤(3)，压铸成型工序：压铸前，在浇口和圆形流道上预先喷淋脱模剂；压铸过程中，压射速度为4m/s，增压压力为125kg/cm2；
步骤(4)，冷却工序：将压铸成型的电机铜转子在压室内保压冷却5s，然后取出放入常温室内中自然冷却。
模具材料的选择：根据各个模具的受热情况而使用不同的模具材料，前模具芯、后模具芯和铸铜转子中模均采用SKDLY，前模具挡板采用常规HYS，前、中、后模架采用通用型CSW，并在前模隔热板、后模隔热板、前模架、中模架和后模架的表层喷涂隔热涂层，使模具龟裂老化延缓。
根据客户提供的图纸要求生产某款电机铜转子，经电机铜转子的尺寸计算，所需的理论铜含量为6580.89g。现采用实施例(本发明)和对比例(专利号为200710066135.8的发明专利)两种方法进行熔铜，熔铜后进行压铸，对所得到的不同的电机铜转子进行性能测试，具体性能数据见表1。
其中，对比例采用与实施例相同铜含量的铜杆，区别是采用专利号为200710066135.8的发明专利的压铸装置和压铸方法。
表1不同制备方法得到的电机铜转子的性能对比：
表1中，填充率＝铜含量/理论铜含量x100％。从表1中可知，生产相同的电机铜转子，对比例中所需的铜含量远小于理论铜含量，相应的填充率的数值偏低，实施例中所需的铜含量略低于理论铜含量，相应的填充率的数值较高，填充率的数值越高，代表电机铜转子的质量越高，所组装的电机性能越好，电机的噪音更小。对比例中的铜含量数值偏低，其原因为，在瞬间压铸中，不能及时释放因热膨胀而产生的气体体积和杂质，导致铜熔液密度变小，导致实际填充量过低。同时，采用对比例生产电机铜转子，需对模具和硅钢片进行高温预热处理，在铜杆熔化过程中，还需对铜杆进行预热处理，大大增加了熔炼时间，整个过程耗时耗能，而且所得到的电机铜转子的合格率较低，部分电机铜转子出现了端部开裂现象或模具粘铜现象，这是由于铜熔液压铸温度过高、压铸模具温度过高，导致铜熔液粘在模具上，脱模困难，模具长时间的高温预热，也大大缩短了模具的使用寿命，增加生产成本。实施例采用将中层的铜水引出，并在40秒内进行压铸，间接的降低了铜熔液的温度，提高了铜熔液的纯度，提高了电机铜转子产品的合格率，得到电机铜转子表面完整，其端部无开裂断层现象，而且模具和硅钢片预热温度相对较低，不仅节能，还有效的增加了模具的使用寿命，减少企业生产成本。
最后，应当指出，以上实施例仅是本发明较有代表性的例子。显然，本发明不限于上述实施例，还可以有许多变形。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均应认为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种电机铜转子压铸装置，包括低频感应炉和压铸机，其特征在于所述低频感应炉的加热功率为0-50KW，所述压铸机包括前模具组件、中模具组件、后模具组件和压射模具组件，所述后模具组件、中模具组件、前模具组件、压射模具组件依次排列并镶拼组合；所述后模具组件包括后模架和后模隔热板，后模隔热板固定设置在后模架的左侧，所述后模架的右侧设有模具座，模具座与所述后模架同轴，且模具座通过螺杆与后模架固定连接，所述模具座内设有凹槽，所述凹槽的底部设有通孔，通孔直通后模隔热板；所述中模具组件包括中模架和中模挡板，所述中模挡板设置在中模架的右侧，且通过螺杆与中模架固定连接，所述中模架内设有铸铜转子中模，所述铸铜转子中模内设有容纳腔，所述容纳腔内设有后模具芯，后模具芯的尺寸与所述模具座上的凹槽尺寸相匹配，所述后模具芯与所述铸铜转子中模滑动连接，所述后模具芯的左侧固定连接有转子顶出杆，转子顶出杆的另一端穿过所述模具座上的通孔，所述通孔、模具座、凹槽、转子顶出杆和后模具芯同轴；所述前模具组件包括前模挡板、流道板、前模架和前模隔热板，所述前模挡板、流道板、前模架和前模隔热板依次排列设置，所述前模挡板内设有前模具芯，所述后模具芯、铸铜转子中模和前模具芯相互配合形成一个密闭腔体，所述前模隔热板上设有圆柱形深槽，所述圆柱形深槽直通到流道板；所述压射模具组件包括呈圆柱体的压室模具，所述压室模具的一端插入圆柱形深槽内，所述压室模具的另一端设有入料口，入料口的外侧在压室模具上套装有封闭环，所述封闭环与所述压室模具同轴，且可沿压室模具的外侧壁进行转动，入料口处在压室模具内设有压射头，所述压室模具上还设有热电偶，所述热电偶采用不锈钢螺纹式热电偶。
2.根据权利要求1所述的一种电机铜转子压铸装置，其特征在于所述后模架的右侧均布有螺纹孔和定位孔；所述中模架的左侧均布有定位镶块，定位镶块与所述后模架上的定位孔相匹配，所述中模架上设有贯穿中模架的螺栓孔，所述螺栓孔内设有螺栓，螺栓与所述后模架上的螺纹孔相匹配，通过螺栓螺纹连接将中模架和后模架固定连接，所述中模架的右侧均布有限位孔；所述前模架上设有抱住，所述流道板套装在抱柱上，并通过螺杆与所述前模架固定连接，所述前模挡板套装在抱柱上，且前模挡板与所述抱柱滑动连接，所述前模挡板、流道板和前模架之间通过限位杆相连接，所述限位杆与所述中模架上的限位孔相匹配，所述抱柱的端部与所述中模架上的螺栓孔相匹配，通过限位杆和限位孔、抱柱和螺栓孔相配合将中模架和前模架固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种电机铜转子压铸装置，其特征在于所述前模具芯上设有若干浇口，浇口呈圆周排列，所述每个浇口呈喇叭状，其锥度与水平方向呈10°-15°；所述流道板内设有圆形流道，圆形流道上设有若干孔洞，所述孔洞与浇口一一对应；所述压室模具上设有出料口，出料口与圆形流道相连通。
4.根据权利要求1所述的一种电机铜转子压铸装置，其特征在于所述前模架、中模架和后模架上均布有加热管孔、热电偶和加热管引线槽口，所述加热管孔呈内外两个圆周排列设置，所述每个加热管孔内均设有加热管，所述加热管采用不锈钢套管式加热管，所述热电偶采用不锈钢螺纹式热电偶。
5.根据权利要求1所述的一种电机铜转子压铸装置，其特征在于所述前隔热板、后隔热板、前模架、中模架、后模架和压室模具的表面均涂覆有隔热涂层。
6.一种权利要求1-5所述的电机铜转子压铸装置的压铸方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤(1)，预热工序：前模架、中模架和后模架均采用加热管来预热，预热温度控制在120-150℃，压室模具通过加热来预热，预热温度控制在150-250℃，铸铜转子中模通过工业烘干设备来预热，预热温度控制在150-200℃，同时在此温度下维持10-15分钟，并在压铸前放入已完成预热的中模架内；
步骤(2)，铜料熔炼工序：以3毫米厚的紫铜板为原材料，将紫铜板通过金属粉碎机进行粉碎，粉碎成50目-100目的铜粉末，然后将铜粉末放置在120℃-150℃的工业烘干箱内进行烘干，去除铜粉末上沾有的湿气；把上述铜粉放置在低频感应炉中，温度控制在1240℃-1280℃，对铜粉末进行熔炼，在熔炼的过程中，采用机械手或硅碳棒进行搅拌；当铜粉末全部熔化且温度在1100℃-1120℃时熔炼结束，引出位于中层的铜水；
步骤(3)，压铸成型工序：压铸前，在浇口和圆形流道上预先喷淋脱模剂；压铸过程中，最小压射速度为0.5-0.8m/s，最大压射速度6-9m/s，增压压力为100-125kg/cm2；
步骤(4)，冷却工序：将压铸成型的电机铜转子在压室内保压冷却2-5s，然后取出放入常温室内中自然冷却。
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