原標題：交流電機開口斜槽鑄鋁轉子壓鑄模具設計

摘要：以壓力損失最小的多點澆口替代側澆口較好地解決了鑄鋁轉子的斷條問題，利用芯軸扭斜鍵較理想地完成了對轉子鐵芯的疊片扭斜處理，選擇全立式壓鑄機并采用一模四腔轉子壓鑄模，提升了鐵芯嵌件的放置速度、平穩度和生產效率。所述轉子壓鑄模結構簡單實用、工作可靠、制造成本低廉、操作方便，鑄件報廢率低。

鼠籠式轉子是交流異步電機的最重要部件之一，在轉子的每個槽中鑄有純鋁導條，在鐵芯兩端以兩個端環將導條短接，形成短路繞組，用作產生感應電勢，進而產生電磁轉矩。因鼠籠轉子無繞組，所以轉子無需維護且噪音低、可靠性較高。若壓鑄操作時轉子出現嚴重的斷條，電機會出力不足、電流增大并出現周期性擺動、轉速下降，惡性循環下會導致定子繞組燒毀[2]。由此可知，改進模具結構是獲得優良品質鑄鋁轉子的根本所在。

1. 轉子鑄件的結構與工藝分析

1.1轉子結構與理片工藝

鑄鋁轉子見圖1，端環和導條的材料為鑄造純鋁（Al99.8）,轉子鐵芯由轉子沖片（100片）疊壓而成，其外緣螺旋角為4.9o（扭斜一個齒距）。轉子沖片內孔邊緣處有一深2mm寬4mm的記號槽，并且頭部為45o尖角，其目的是確保理片時正反朝向一致，見圖2。所謂理片，就是用秤重法秤出100片沖片，將一根適當長度的細鉛絲一端穿過記號槽，另一端穿過最接近記號槽的導條槽，將兩個鉛絲頭用尖嘴鉗稍扭兩圈，如此這組鐵芯散片既得到了相對固定，鉛絲又隱藏在記號槽的45 o尖角內，不會與扭斜螺旋鍵發生干涉。

圖1：鑄鋁轉子簡圖

圖2：轉子沖片

1.2. 壓鑄模具結構分析

圖3扭斜鍵螺旋角計算

AB=πD外緣/n槽數=8.575；β=tan-1AB/AC= 4.9o，AD=πD內孔/n槽數=3.021，α= tan-1AD/AC= 1.8o

扭斜鍵螺旋角計算（圖3）

開口槽轉子因氣隙不均勻導致整個圓周范圍氣隙磁阻不均勻（槽部磁阻相對齒部大），使反電勢中含有齒槽諧波。當轉子采取斜槽后，能有效遏制齒槽諧波磁場所產生的附加轉矩，使電磁振動和噪聲獲得降低。轉子鐵芯扭斜角度是否到位將直接影響到克服反電勢中齒槽諧波的效果，因此，必須在轉子壓鑄前尋求一種快速、高效的鐵芯斜槽方法。

圖4：芯軸    圖5：扭斜鍵    圖6:扭斜芯軸裝配

將與沖片內孔間隙配合的芯軸 （見圖4）插入已理好的轉子鐵芯沖片組內孔（注意將槽口對準沖片內孔  記號槽），至兩端軸伸相當時沿芯軸槽插入扭斜鍵（見圖5）并使扭斜鍵的2 mm寬斜凸鍵同時插入(或用小手錘輕輕敲入)鐵芯的記號槽中，由此扭斜工作得以完成；剪斷并抽出理片時所用綁緊鉛絲，獲得轉子鐵芯組件見圖6。

傳統的轉子壓鑄模基本可分為二種結構，一種是在全立式壓鑄機生產時常采用全手工操作的移動式壓鑄模具，其缺點是勞動強度較大、生產效率較低；二是當選擇臥式冷壓室壓鑄機時常采用一模多腔側澆口進料的壓鑄模具，雖提高了生產效率，但放置鐵芯嵌件較為困難且轉子鑄件報廢率較高，這是因為側澆口壓力損失太大易導致斷條現象。

圖7:轉子壓鑄模
1.緊固螺釘2.卸料拉桿3、13.緊固螺釘4.墊片5.卸料套筒6.墊腳7.上模墊板8.上模型腔9.導套10.芯軸11.瓣合式中圈 12.扭斜鍵14.卸料板15.導柱16.底板17.轉子沖片組18.卸料板鑲件19.流道鑲件 20.分流錐21.上模型腔固定板
22.定位鍵                     

圖7是設計在ZJ40-400 kN型全立式壓鑄機工作的壓鑄模具，因采用瓣合式定位圈，獲得了一模四件的高效率且安裝鐵芯嵌件平穩、速度快捷；為獲得良好的填充效果和產品外觀，克服斷條弊病，采用了點澆口進料方式，為了便于從壓鑄模內取出壓鑄件和保證壓鑄件表面不被拉傷，設置端環脫模斜度為1.5~3o，并因采用了兼備自動斷澆口的卸料板機構，極大降低了勞動強度。

圖8：轉子鐵芯組件
1.芯軸 2.轉子沖片組 3.扭斜鍵

2. 全立式轉子壓鑄模具的結構與工作原理

轉子壓鑄時裝夾鐵芯嵌件不可避免，而在全立式壓鑄機上工作的模具最適宜安放鐵芯嵌件，故全立式壓鑄機又稱為轉子壓鑄機。根據圖1和圖2，經計算，4個轉子的總體積為387 cm3,則鑄鋁總質量為967.5 g<1kg（鋁鑄件最大質量）；經計算，鑄件總投影面積為284 cm2，故可選擇ZJ40-400kN型全立式電機轉子壓鑄機。

2.1壓鑄模結構分析

（1）轉子鐵芯的初始定位與澆注系統分析 四件轉子沖片組17分別安放在瓣合式中圈11的相應定位孔中，合緊后旋入打有點澆口錐孔的卸料板鑲件18的定位止口內（同時注意將定位鍵插入相應槽中）；模具的直澆道是與壓鑄機冷壓室相銜接的Φ60 mm孔，橫澆道運用了變異的蝶形片狀結構，以強化橫澆道強度，在承受與點澆口的拉斷力是不發生變形。要指出的是，每個轉子采用均布的六點澆口進料可最大限度地減小壓力損失，極大提升了成品率，轉子鑄件下端環所附帶的6個錐形點澆口廢料只需上車床切除即可。

（2）脫模機構分析

脫模成功與否關乎模具的成敗，模具中共有4×6處Φ2點澆口，必須使該點澆口與蝶形橫澆道發生斷裂后方可取出轉子鑄件。本模具采用了借助上模回程力驅動的卸料板卸料機構。

2.2壓鑄模的工作原理

調整壓鑄機，使上模至上行極限位置；將4件已插入了扭斜芯軸裝配的轉子沖片組件分別放入瓣合式中圈11的4個孔位，合緊后整體旋入卸料板鑲件18的Φ2300+0.050止口，并使定位鍵22同時插入卸料板鑲件18的定位槽中；首先將已注入足夠量熔融純鋁液的石棉紙杯放入流道鑲件19的Φ60 mm孔中。開動壓鑄機使上模下行，上模型腔8的Φ2300+0.050止口導入轉子沖片組的上端并繼續下壓，與此同時卸料板14也隨之延二導柱下滑直至上模下壓到底完成合模。啟動壓射缸的壓射沖頭上行壓射，熔融純鋁液經流道鑲件13的Φ60 mm直澆道、Φ220 mm蝶形橫澆道和卸料板鑲件10的24-Φ2 mm點澆口注入轉子端環型腔和鐵芯導條斜槽，經增壓、凝固冷卻后開模（此時開有拉勾的壓射沖頭尚在注射結束時的原位）；開動上模上行，當固定在卸料拉桿2（共4根）端部的墊片4拉動卸料套筒5（共4個），則卸料套筒5拉動卸料板14，卸料板14在強力上行（因為此時壓射沖頭的60o倒鉤反向拉住了澆口廢料，以確保不會因點澆口的拉斷力而上行）的同時拉斷了與其相聯的流道鑲件12結合面處的Φ2點澆口，繼續上行至所設定的極限位置。由于點澆口錐孔設有3°斜度，因而只需以木錘徑向輕擊瓣合式中圈11的側面，使之稍有松動便可分別取下四瓣中圈9和四個帶澆口鑄鋁轉子；此時芯軸10和扭斜鍵12仍在轉子內孔中，由于芯軸10與轉子內孔是間隙配合，因而只需捏住轉子外緣，以小手錘敲擊芯軸10的任意一端，芯軸10受軸向敲擊后的快速退出，待芯軸10掉落后，徑向稍擊扭斜鍵12的頭部，則其將隨之墜落，至此可獲得圖1所示完美鑄鋁轉子。重復上述操作可進入下一個壓鑄循環。

3.特點分析

（1）在全立式壓鑄機壓鑄模上采用一模多腔（傳統結構多為移動式一模一腔模具）。

（2）采用了點澆口，克服了經典的側澆口進料因壓力損失過大易發生斷條或反面端環欠鑄的弊病。尤其是采用了非傳統結構點澆口，即Φ2內澆口不是緊貼鑄件，而是像頂澆口那樣有9 mm長的錐度擴張區，有效克服了點澆口壓力損失大的弊端。經試模后將每個轉子的點澆口數量由原先設計的四點增加到六點，以改善補縮動壓力的傳遞能力，收到較好的效果。

（3）針對開口槽轉子沖片，采用了四瓣合式中圈結構，在起到對四件鐵芯的定位的同時又防止了轉子外緣開口槽處發生溢料，此外四瓣合式中圈之間的縫隙還起到了良好的排氣作用。

（4）在壓射沖頭端部開有60o拉勾，以確保點澆口被卸料板拉斷時與澆口廢料處于一體的蝶形分流道停留在原位而不被拔出。

（5）變外緣槽口直接扭斜為內孔記號槽間接扭斜。由外緣扭斜一個齒距（4.9o螺旋角），推算出內孔記號槽處2mm寬斜凸鍵的螺旋角為1.8o，這是扭斜工裝成功的關鍵。

（6）芯軸10和扭斜鍵12采用分體結構。芯軸10和扭斜鍵12為直槽間隙配合，以便壓鑄完畢取件時雖然扭斜鍵12的斜鍵在轉子斜鍵槽中，但并不妨礙芯軸10受軸向敲擊后的快速退出，待芯軸10掉落后，只需徑向稍擊扭斜鍵12的頭部，則其將隨之落下。如果芯軸10和扭斜鍵12采用整體結構的話，扭斜鍵12將難以順利旋入沖片組的內孔鍵槽。

（7）當點澆口與橫澆道發生斷裂分離時，由于強度較差易發生扭曲變形影響分離脫模效果，而蝶形橫澆道的整體強度較好，從而克服了這一弊端。

4.結語

在轉子壓鑄過程中，若因欠鑄或斷條等原因發生報廢時轉子鐵芯也不得不隨之廢棄，這也是電機制造中成本拉高的重要原因之一。選擇適合鐵芯嵌件放置的全立式壓鑄機、充型壓力損失最小的錐度擴張型點澆口、適應一模四腔精準定位的瓣合式中圈和剛性伸縮拉桿驅動的卸料板點澆口拉斷機構是轉子壓鑄模獲得成功的根本保證。本模具與一模一腔全立式點澆口模具相比，極大提高了經濟性和生產效率；與傳統的一模多腔臥式側澆口轉子壓鑄模相比，具有裝夾鐵芯嵌件方便、模具穩定性好、維護成本低等優點。

作者：肖洪波 段果林

蘇州工業職業技術學院精密制造工程系