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电机壳的设计制作与工艺性能

目前,我国铸件毛坯技术日趋成熟,研究单位和应用厂家越来越多。据不完全统计,我国电机壳生产厂家已达近千家,研究单位也达数十家。其中采用无粘接剂和抽真空的电机壳的厂家约有60余家。按生产类型基本分为3类:(1)采用国产闭环生产线的电机壳;(2)简单生产线或单机型电机壳;(3)采用国外引进电机壳生产线。电机壳生产过程中都不同程度地存在这样或那样的问题,如铸件表面出现皱皮缺陷、铸件变形、渗漏、塌箱、夹渣等。这些缺陷的产生一方面是原材料的原因,另一方面是技术问题。不论什么原因都和铸件品质有关。经过10多年的研究和实践,我们认为电机壳在以下几个方面存在着的技术问题始终困扰着它的发展和普及,应该着力加强研究试验。
1、模型设计与制作
在电机壳生产中,原材料的品位,是困扰电机壳发展的主要问题。原材料主要是指模型材料。目前模型材料主要采用国产包装材料,部分采用进口材料,部分采用国产铸造专用材料。
国产包装材料用于电机壳生产主要存在的问题是,模型密度大、残留物多、表面粗糙等。目前我国虽然有了国产铸造专用的模型材料,包括聚苯乙烯EPS,PMMA以及按不同比例混合的EPS、PMMA,国产的这几种模型材料的品位都还有待提高,主要表现在产品品质不稳定。
另外,模型胶合材料也存在一些问题,一是用胶量过大,二是残留物多,三是胶合时间过长。目前多数工厂使用冷胶,少数工厂使用热熔胶。从使用效果看,热熔胶使用效果比较稳定。比较理想的模型材料是要求密度合适,密度范围在0.018-0.025g/cm³。不同壁厚不同材质可以选择不同的密度。一般来说,铸件壁厚较大者使用的模型材料密度可大一些,如0.20~0.025g/cm³。铸件壁厚较小者使用的模型材料密度可相应小一些。对于铸钢和球铁等铸件一般应尽量采用低密度的EPS、PMMA混合的模型材料。
控制合理的预发和成型工艺参数也是提高模型品质的关键,包括模具、珠粒、水分、蒸气压力、温度和时间等。
模具的好坏直接影响模型的表面光洁度和尺寸精度。模具对模型表面品质的影响因素主要包括通气孔的大小及分布、汽室的壁厚和型腔表面的粗糙度。珠粒品质也是主要影响因素,一般来说进口珠粒优于国产珠粒。珠粒的粒径范围和发泡剂含量是衡量珠粒品质的主要指标。蒸汽和水分对于模型好坏影响较大,当蒸汽水分较多时,在模型的珠粒表面会形成含水层,在高温下气化将占据一定空间,珠粒充满的紧实度和融合度都受到影响,并且在模型表面会形成一些密集的小凹坑。
预发珠粒的较佳熟化时间要保证模型品质。不熟化、熟化时间过长或过短在二次成型时都达不到要求。单相电机壳模型密度的控制要针对不同铸件对模型密度的要求,控制预发泡的倍率。
原始珠粒粒径和预发后珠粒粒径应根据铸件的材质和壁厚来确定。
蒸汽压力和加热时间应以模型珠粒膨胀融合、模型表面不出现亮点为原则,合理地控制蒸汽压力和通气时间以及蒸汽温度。
2、涂料及涂敷技术
在电机外壳中,涂料的主要作用是提高泡沫模型的强度和刚度;防止在运输、填砂振动时模样破坏或变形,浇注时涂料层将金属液和铸型隔离,防止金属液渗入型砂中或出现塌箱。涂料层应能使泡沫模型热分 解产生的大量气体等产物顺利逸出,防止铸件产生气孔、碳缺陷等;保证铸件的表面品质。
消失模涂料中耐火骨料是涂料的主体,其质量分数一般大于50%。主要有错英粉、铝矾土、棕刚玉粉、石英粉、滑石粉、莫来石粉、云母粉等。其粒径级配应兼顾防止粘砂和高温透气性,粒形要有利于提高透气性,通常选择一定数量的球状颗粒,有利于模型气化后气体的逸出或模型不完全分 解的液化产物的排除。
消失模涂料的载体可采用水或乙醇,综合考虑电机壳多采用水基。粘接剂主要包括粘土、水玻璃、糖浆、纸浆废液、白乳胶、硅溶胶等。近年来在选择粘结剂时主要考虑以下几个方面的因素:1)减少高温发气性;2)提高涂挂性;3)提高涂层强度和刚度;4)不浸蚀模型等。悬浮剂可防止涂料发生沉积、分层、结块、使涂料具有一定的触变性。多采用膨润土、凹凸棒石粘土、有机高分子化合物及其复合体等。另外消失模涂料中还添加表面活性剂,目的是增加涂料的涂挂性,提高涂料与模型表面的亲和力和结合强度,此外还常常加入其他添加剂,如消泡剂、减水剂、防腐剂、颜料等。
为此要求涂料层具有良好的强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性、低的吸湿性、良好的清理性、涂挂性、滴淌性、悬挂性等。综合起来主要包括工作性能和工艺性能两大类。
涂料的工作性能包括强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性等,主要是在浇注和冷却过程中应具有的性能,其中较重要的是强度和透气性。而涂料的工艺性能包括涂挂性、滴淌性、悬浮性等,主要是在涂挂操作中所要求的性能。一般电机壳多采用水基涂料,涂料与模型一般不润湿,从而要求改进水基涂料的涂挂性。滴淌性是指模型挂涂料后尽量不滴不淌,确保涂料层的均匀性。悬浮性是指涂料在使用过程中,涂料保持密度的均匀性,不发生沉积现象等。
由于不同的合金对涂料的要求不同,建议根据合金种类的不同研制相应的涂料,如铸铁涂料、铸钢涂料,有色合金涂料等。铸铁电机壳在涂料配置和混制过程中,应尽量使用合理的骨料级配,使骨料和粘结剂及其他添加剂混合均匀。
除了涂料性能达到要求外,涂敷和烘干工艺对生产也具有一定的影响。生产上多采用浸涂,较好是一次完成。烘干时控制烘干温度的均匀性和烘干时间,保证涂层干燥不开裂。
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