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小型铸铝转子离心铸造工艺研究现代大中型电机铸铝转子以离心铸造工艺生产居多，而小型铸铝转子主要由压铸方式生产。
文章对小型铸铝转子的离心铸造工艺展开研究，验证了离心铸造工艺对小型电机铸铝转子实际生产的可行性，并提高了电机的整机运转性能，取得了良好的成果。
标签：小型铸铝转子；离心铸造；顺序凝固；致密度；电机效率如何提高电机的工作效率，同时降低制造成本，一直是广大电机设计制造者追求的目标，只有设计制造出更高效的电机产品，才能让电机制造企业在激烈的市场竞争中生存，同时这也是当今社会节能减排、绿色发展的需要。
以往，我公司生产的小型铸铝转子都采用压铸方式生产，电机效率一直无法得到有效提高，这是由压铸工艺性质本身所决定的，主要是由于压铸速度较快，铁心内的空气无法及时排出，造成铝条及端环处出现细微的气孔，从而影响了电机效率。
近来，我公司为提高小型电机的工作效率，从提升转子性能入手，研究了一套离心铸造设备及工艺来生产小型铸铝转子，取得了很好的应用效果，电机实际工作效率提高2%～3%。
本文结合NEMA18-4P/2.2kW电机铸铝转子，由压铸方式改为离心铸造工艺后的实际性能进行分析。
1 转子结构本转子铁心为高冲自扣闭口槽结构，因此浇铸时无需中套。
铁心外径∮105mm，铁心高度150mm，端环外径∮103mm，端环内径∮56mm，端环厚度12mm，轴孔∮34mm，转子总重7.95kg，其中铝部净重0.98kg。
2 工艺方案此小型铸铝转子，国内自动化生产尚属首次，无可借鉴经验，又无资料可查。
经过反复分析研究，精心拟定了一整套离心浇铸工艺实施方案。
其中包括自动化设备的研究，工艺参数确定和模具结构设计等。
2.1 自动化设备的研究由于小型铸铝转子一般批量较大，手动浇铸无法满足生产要求，所以为适应生产节奏，特研究了一整套双工位自动化生产设备来提高生产效率，大量使用伺服电机、光电传感器等先进电子元器件，采用先进PLC来进行控制，适用于外径150mm以下，高度200mm以下的闭口槽转子铁心。
电动机转子铸铝工艺原理——铸铝转子工艺简单的说，三相异步电动机主要由定子和转子两大部分组成，定子部分主要包括定子铁心、定子绕组和机座等，转子部分主要有转子铁心、转子绕组和转轴，而我们转子铸铝工序主要完成的就是它的转子绕组部分。
为什么说转子铸铝工序是特殊工序呢？ISO9000：2000标准中告诉我们，“凡是对形成的产品是否合格不易或不能经济地进行验收的过程”即为特殊过程或特殊工序，我们公司确定转子铸铝、浸漆和电磁线漆包烘干为特殊工序，所以必须对特殊工序按人、机、料、法、环这五个方面进行确认，只有这五个方面都合格了，才能确保这些过程实现所策划结果的能力。
而且标准中还强调对特殊工序人员要定期进行设备和工艺方面的培训，要求每年最少两次，所以这也是本次培训开设的主要目的，去年大家也都参加过有关铸铝专业知识方面的学习，这里我们再就一些重点内容强调一下。
一、电机工作原理及转子绕组的种类首先我们来了解一下交流三相异步电动机的工作原理，可以帮助我们来理解为什么转子断条、细条等会使电阻增大，要尽量避免，以及为什么转子两端要用短路环短接等。
工作原理：当电动机的定子绕组通以三相对称交流电时，在定子和转子间便产生以转速n s旋转的旋转磁场(电能生磁)，由于转子开始时是静止的，所以转子导体将被旋转磁场切割，根据相对运动的原理，我们也可以把磁场看成不动，而转子导体相对磁场旋转切割磁力线从而产生感生电动势（即1831年法拉第发现的电磁感现象也称“动磁生电”），由于转子导体两端已被短路环短接，导体已构成闭合回路，所以转子导体内也相应产生感生电流。
有感生电流的转子导体即为通电导体，通电导体在磁场中就会受到电磁力的作用（电磁生力），产生电磁力矩最终带动转子旋转，而且我们还可以根据左手定则判断出转子导体的旋转方向，与旋转磁场的方向是相同的，只不过是以略小于旋转磁场转速n s的速度运转的，这也是异步电动机名称的由来。
所以说转子绕组的主要作用就是产生感生电动势和电流，并在旋转磁场的作用下产生电磁力矩而使转子转动，所以要求转子绕组的导电性能比较好（铝的电阻率为2.9×10-8m2/m，铜的电阻率为1.78×10-8Ωm2/m）。
小型铸铝转子离心铸造工艺研究小型铸铝转子离心铸造是一种新型工艺，也是铸造领域的一个热门研究方向。
这种工艺可以用于生产高效的电机和发电机转子，为电力工业的发展带来了巨大的促进作用。
本文将详细介绍小型铸铝转子离心铸造工艺的研究现状、技术优势和发展前景。
一、小型铸铝转子离心铸造的研究现状小型铸铝转子离心铸造工艺是在传统铸造技术的基础上发展起来的。
相比较传统的压铸和静压铸造技术，它可以更好地保证铝合金的精度和表面质量，同时还可以大大减少材料浪费和成本。
因此，在工业生产领域中应用的前景十分广阔。
目前，国内外对于小型铸铝转子离心铸造技术的研究也已经取得了一定的成果。
例如，戴荣、刘志强等人在其发表的论文中提出了基于网格技术的离心铸造数值模拟方法，可以模拟出铝合金液态金属在离心铸造过程中的流动状态和温度变化。
建立数值模拟方法可以方便工程师们更好地预估铝合金铸件的性能，以及优化模具设计和计算制造工艺。
此外，如何选用合适的原材料也是小型铸铝转子离心铸造中研究的重点之一。
许多研究人员已经通过实验和数值模拟方法得出了一系列的结论。
例如，以铝合金为原材料的转子铸件，可以提高转子的强度和稳定性，以及降低转子的噪音和震动等问题。
二、小型铸铝转子离心铸造的技术优势1. 铝合金具有良好的导电性和机械性能。
铝合金铸件可以提高电动机和发电机的效率和稳定性，同时降低了维护成本和能源消耗。
2. 离心铸造的方法可以使得铝合金铸件的表面光滑度达到高精度水平，不需要进行后续处理。
3. 小型铸铝转子离心铸造可以同时生产多个铝合金转子，生产效率较高，可满足大规模生产需求。
4. 可以减少原材料的浪费，同时降低环境污染。
三、小型铸铝转子离心铸造的发展前景随着电力工业的不断发展，需要生产性能卓越的电机和发电机。
小型铸铝转子离心铸造技术的应用可以给电机、发电机制造业带来创新性的进步，将可以更好的推进绿色、可持续的生产方式的发展。
以下是小型铸铝转子离心铸造技术的应用前景:1. 特别是在新能源工业的发展中，小型铸铝转子离心铸造技术可以保证发电机的高效性、稳定性和可靠性。
铸铝转子工艺（铸铝工序）一、转子铸铝方法我公司所采用的转子铸铝方法主要有离心铸铝和压力铸铝两种。
下面分别来看一下这两种铸铝方法的工作原理和特点。
（一）压力铸铝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。
其特点有：（1）在压铸过程的始终，压力起着主要作用。
（2）压铸时，金属液在高速冲型过程中，如果型腔中的气体来不及排出，就会被卷入金属内产生气孔。
（3）由于金属液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，易实现机械化、自动化，从而可减轻劳动强度。
（二）离心铸铝工作原理是将融化好的金属铝液注入旋转着的铝模中，使之在离心力的作用下充满型腔，并凝固。
其特点有：（1）离心力对铸件的成型和金属结晶过程有重要影响，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。
（2）转子铁心必须预热。
铁心加热后，在槽型断面上得到氧化，有利于降低电机的杂散损耗。
（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。
二、离心铸铝和压力铸铝的优缺点及其常见的缺陷和防止措施1.离心铸铝优缺点离心铸铝所得到的铸件，金属组织比较紧密，质量比较好，所用设备不太复杂，操作技术比较简单，与压力铸铝相比较杂散损耗比较小，不过其生产率不高，劳动条件较差，劳动强度较高。
2.压力铸铝优缺点压力铸铝时，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。
压铸时，不象离心铸铝那样铝水有一段流动时间，而是瞬间完成的，因此铁心和模具均可不必预热。
铁心和模具不预热，这就大大减化了操作工艺，改善了劳动条件。
此外由于没有离心铸铝那样复杂的凝固补缩过程，铸铝转子质量稳定，一次合格率达99%以上。
3.压力铸铝的质量，目前存在以下一些问题：（1）由于压力很大，铝水充满型腔的速度很高，原来在型腔中得空气难以排尽，会在铸件中产生气孔。
铸铝转子工艺（铸铝工序）一、转子铸铝方法我公司所采用的转子铸铝方法主要有离心铸铝和压力铸铝两种。
下面分别来看一下这两种铸铝方法的工作原理和特点。
（一）压力铸铝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。
其特点有：（1）在压铸过程的始终，压力起着主要作用。
（2）压铸时，金属液在高速冲型过程中，如果型腔中的气体来不及排出，就会被卷入金属内产生气孔。
（3）由于金属液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，易实现机械化、自动化，从而可减轻劳动强度。
（二）离心铸铝工作原理是将融化好的金属铝液注入旋转着的铝模中，使之在离心力的作用下充满型腔，并凝固。
其特点有：（1）离心力对铸件的成型和金属结晶过程有重要影响，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。
（2）转子铁心必须预热。
铁心加热后，在槽型断面上得到氧化，有利于降低电机的杂散损耗。
（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。
二、离心铸铝和压力铸铝的优缺点及其常见的缺陷和防止措施1.离心铸铝优缺点离心铸铝所得到的铸件，金属组织比较紧密，质量比较好，所用设备不太复杂，操作技术比较简单，与压力铸铝相比较杂散损耗比较小，不过其生产率不高，劳动条件较差，劳动强度较高。
2.压力铸铝优缺点压力铸铝时，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。
压铸时，不象离心铸铝那样铝水有一段流动时间，而是瞬间完成的，因此铁心和模具均可不必预热。
铁心和模具不预热，这就大大减化了操作工艺，改善了劳动条件。
此外由于没有离心铸铝那样复杂的凝固补缩过程，铸铝转子质量稳定，一次合格率达99%以上。
3.压力铸铝的质量，目前存在以下一些问题：（1）由于压力很大，铝水充满型腔的速度很高，原来在型腔中得空气难以排尽，会在铸件中产生气孔。
铸铝转子制造工艺
Y2、Y3系列三相异步电动机全部采用铸铝转子。
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表3-7的规定。
表3-7 A199.5的杂质含量
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：
（1）铝笼的含铁量应不大于0.8%。
（2）铸铝转子铁心长度公差为+2.0mm（L＜160mm）；+2.5mm（L≥160mm）。
（3）端环的尺寸公差应符合图样规定。
（4）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。
（5）转子外圆表面斜槽线平直，无明显曲折形。
（6）转子槽口浇铝不足或低陷不得超过槽口高度规定的尺寸。
（7）转子导条应无断条、细条现象。
（8）端环和风叶不得有裂纹、弯曲现象和明显缩孔、缺陷等。
常用转子铸铝方法为压力铸造和离心铸造两种。
其工作原理和
特点见表3-8.
表3-8 几种转子铸铝方法的工作原理和特点
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。
涂刷是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%。
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时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。
卧式而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，使腔内空气有次序滴尽快排出。
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。
表3-9所列数据为小型电机常用的转子压铸工艺参数。
表 3-9 小型电机常用的转子压铸工艺一般参数
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）；
离心机得额度转速也可根据生产工艺的实际情况而定。
铸铝转子铁心技术条件
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
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
3质量检查
3.1铸铝转子铁心长度公差见表3。
表 3
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。
