电机机壳加工工艺改进与新工艺分析

姚 新

(佳木斯防爆电机研究所有限公司,黑龙江佳木斯 154005)

0 引言

在电机加工制造中,任何零部件的加工工艺水平高低都直接关系到电机的整体性能与质量。而机壳作为电机设备中的基础配件之一,目前在这类配件的加工制造中主要是结合浇筑方式、铸型材料及造型工艺的不同,采用型砂铸造与特种铸造工艺,但这两种工艺方法往往受到技术条件和设备等因素的影响,难以有效保证电机产品的制造质量与制造精度。

1 电机机壳加工工艺存在的不足及改进策略

1.1 气孔问题及改进策略

在电机机壳铸造过程中,气孔是最为多见的问题,也是导致机壳加工质量不达标的根本原因。如何在电机机壳铸造中避免气孔的发生,一直是机械制造领域研究的重点。通常而言,气孔发生在工件的上部,因为浇筑速度不合理等因素,导致气体无法完全排出,这就致使工件上形成大面积孔洞,从而导致电机机壳表面凹凸不平,在电机使用过程中容易发生散热不均匀现象,最终影响到电机的使用性能与使用寿命。经过调查分析可知:电机机壳铸造中产生的气孔多为侵入性气孔,引发这一问题的具体原因为:(1)浇铸温度不符合加工标准。(2)浇铸速度太慢,致使铁水进入模具时一些气体进入其中。(3)排气不充分。(4)型砂中含有太多的水分,且缺乏良好的透气性。(5)铁水中含有杂质等。

对于上述问题的解决,可从以下几方面出发来改进电机机壳加工工艺:(1)在电机机壳设计环节,结合电机产品的制造要求和标准,合理设计排气孔,保证在机壳浇铸过程中气体能够顺利排出。(2)根据电机机壳的大小来对浇铸速度进行准确设置,如果工件的截面较小,浇铸速度不可过慢,以保证铁水能够及时上升,避免由于上层铁液长时间温度过高而造成型砂爆裂。(3)在浇铸铁水前,必须严格检验铁水中的杂质,只有确认无杂质的情况下,才可以进行浇铸作业[1]。

1.2 裂纹问题及改进策略

机壳在电机设备中发挥着重要的保护作用,一般机壳的结构十分复杂。在电机运行过程中,当大量热量聚合到机壳时,将会引发集中收缩情况,而裂纹发生的根本原因在于浇铸工件受热过程中出现收缩变形,倘若这种变形是比较均匀的,那么裂纹很可能不会发生。然而在加工过程中,由于工件结构较为复杂,其各部分的冷却速度存在较大的差异,这就造成各部分之间的问题有所不同。当受热越大时,就越容易产生变形,反之亦然。如果工件的裂纹比较严重,那么会直接报废;如果工件的裂纹程度较低,在电机机壳制造标准运行的范围内,可以采用相应的技术手段对其进行修补[2]。目前电机机壳加工较为常用的工艺方法为铸造型砂工艺,该工艺涉及到粘土砂、水玻璃砂、呋喃树脂砂等工艺,这些工艺方法既能够满足小批量电机机壳的生产制造,还能够满足大批量电机机壳的生产制造,但也存在一个非常突出的问题—发生裂纹的几率较大。

对于上述问题的加工工艺改进,主要做到以下几点:(1)工件铸造所用材料的选择,需要结合电机机壳的使用要求,尽量采用合适的原砂,并将一定的添加剂放入到选定的原砂之中,以有效改良其退让性,在此基础上,需要对原型材料进行压制处理。(2)优化设计电机机壳的浇筑工艺,若工件壁比较薄时,应在一定程度上提高浇筑速度与浇筑温度,从而降低裂纹的倾向性;若工件壁比较厚时,应适当降低浇筑温度和浇筑速度。(3)改建电机机壳的设计环节,即在开展加工工作前,需要利用先进的信息技术手段,结合本次生产的电机机壳的形状特点等,构建相应的三维立体模型,然后对相应的数据信息进行详细记录和分析,计算得出浇筑过程中会形成的热量,最后以此为依据,获得相应的计算机图像,从而提高电机机壳加工的精准度。

1.3 砂眼问题及改进策略

砂眼也是电机机壳加工中的常见问题,多见于工件的表面,也可能发生在机壳内部。导致该问题发生的主要原因为:(1)浇铸工艺流程设计不科学。(2)型砂性能问题。(3)模具内部清洁不到位等。

针对上述问题,在正式实施浇铸工艺操作前,相关人员需要对工件的横截面进行严格测量与对比,并记录对比结果,以此为依据对浇铸工艺流程进行科学合理的设计,以保证后续浇铸工艺的有效开展。同时,相关人员应当提高自身的责任性,树立严谨的工作态度,对型砂中的微粉含量进行严格控制,并做好模具内部的清洁工作等。

1.4 焊接残余应力问题及改进策略

焊接残余应力主要指在完成电机机壳焊接以后,其内部残留下来的焊接应力,引发这一问题的原因在于:在操作过程中,机壳的受热不均匀。该问题会在电机运行期间逐步释放,对电机各零部件的同轴度造成较大的营销,还会引发电机振动、定子转子铁心扫膛等诸多质量问题。

对于这一问题的处理,目前机电机壳加工中常用的工艺方法为:振动时效法与热处理法。其中前者也称之为振动消除应力法,具体是借助一种严格受控的振动能量,让电机机壳焊接过程中形成共振,同时把振动能量传递至电机机壳的每一个部位,从而使得工件产生微观上的变形,让被歪曲的晶格重新回到平衡状态,最终解决机电机壳加工时与加工结束后产生的内部残余应力造成机壳的抗载荷能力与尺寸发生改变。该工艺方法的应用优势在于:投入成本较少,操作简便等;不足之处在于:机壳工件在时效振动后,振动时效的应力消除不稳定,难以获得理想的效果。后者主要是通过在高温下让相应材料的屈服点下降或是产生蠕变现象,从而让焊接残余应力得以松弛。结合处理的结构件的大小与位置的不同,该工艺方法又可分为整体热处理与局部热处理,基于电机机壳体积等多方因素,首选整体热处理方法,但是该工艺方法的处理效果往往受限于热处理温度、加热方法、保温时间、加热速度、冷却速度。

由于在消除电机机壳的焊接残余应力以后,其车削加工精度直接关系到机壳是否发生变形问题,所以需要结合机壳的具体型号,制作相应的前后法兰止口定位加工工装,并在工装上安装机壳,再进行精粗车,确保机壳前后法兰与定子腔的同轴度,从而有效减少电机机壳在加工时由于装夹等因素的影响而发生二次变形问题[3]。

2 电机机壳加工的新工艺分析

2.1 冲压成形工艺

电机产业是一个相对传统的行业,历经上百年的发展,现已具有相当规模。以往的电机制造中普遍运用金属铸造壳体、铝合金壳体,尽管这两类电机机壳的品质明显提高,但是由于铸造零件时常发生缩孔、气泡等问题,导致电机机壳的质量难以满足相应领域的应用需求,从而影响到整个电机设备的质量。针对这一问题,国内外大型电机制造公司开始研究以钢板为材料,采用冲压成形工艺来进行电机机壳加工,所制成的机壳产品具有重量轻、精度高及通风冷却效果较佳等优点,同时钢板冲压加工制造效率较高,不会对环境造成污染,能够提高材料的利用率,可以根据用户的需求迅速变化,及时响应市场发展的需要。在电机机壳加工过程中,采用钢板冲压成形工艺,有利于解决机壳冲压回弹问题,这是因为钢板电机机壳材料选择DC04,厚度大于3mm。该材料具备优良的延展性与导磁性,及较少的剩磁,然而其在塑性弯曲成型过程中回弹较大,所以在成型为圆筒状时必须做好整形处理,合理挤压工件的外表面,使之外表面松弛,改变应力状态,从而避免由于回弹变形而降低工件的加工精度。最后,在钢板电机机壳冲压成形以后,需要采用合适的焊接方法来对接口进行焊接;为确保焊缝质量,建议选择氩弧焊工艺技术,并使用专门的焊接机器人,设计专用的双工位夹具,通过与机器人相配合来提高焊接品质和生产效率。

2.2 成组工艺技术

现阶段,为实现多品种电机机壳的小批量生产,及满足快速相应市场需求,很多中小型电机制造企业开始尝试采用成组工艺技术和数控加工相结合的机壳产品生产方式。成组工艺技术主要是将工艺、材料及结构类似的零部件组成一个零部件组,依据零部件组制定工艺开展相应的加工作业,以达到减少机壳品种、扩大批量、提高生产效率等目的。其中零部件的类似性是广义层面的,即在尺寸、功能、精度、材料及几何形状等方面基本相似。成组工艺技术的实施流程包括:零部件分类成组→制定零部件的成组加工工艺→设计成组工艺装备→组织成组加工生产线。同时,数控加工具备充分的柔性,只需提前设置零部件程序,更换相应工装,即可加工出新的零件,显著提高生产加工效率。

2.3 防爆电机机壳除湿加工工艺

防爆电机机壳除湿加工工艺主要是在定子进壳安装前,把机座、端盖及轴承内盖等所需装配的零部件吊装放入到传送带上,送至70℃的烘干箱进行烘干处理,持续时间约为2h,然后送至冷区区域进行处理,待其温度达到室温以后,尽快装配成防爆电机。该加工工艺能够有效去除静压试验后防爆电机机壳零部件的潮气,在完成转配后,确保电机内部具备良好的干燥度,避免电机设备由于潮气重而发生绝缘性能下降、绝缘材料损坏、绝缘材料快速老化等问题,从而提高电机机壳的使用寿命。

3 结语

综上所述,在原有的电机机壳加工工艺应用中,由于受到多方面因素的影响,导致最终机壳成品经常出现砂眼、裂纹、气孔及焊接残余应力等一系列问题,这些问题严重影响到电机的整体性能和使用年限。所以在电机机壳加工制造过程中,制造企业应当加强对这些问题发生原因的分析,然后结合电机机壳的具体生产要求和制造标准,进一步优化和改进相关加工工艺,以有效降低上述问题的发生几率。同时,为能够更好的适应新时期下市场发展的需求,更好地保证电机机壳加工质量,提高生产效率,为企业创造更多的收益,企业应当加强对新工艺的研究和应用,以促进自身的可持续发展。