Спосіб лиття під тиском короткозамкнутого ротора електричної машини

УКРАЇНА (19) UA (її) 7074 (51)5 В 22 D 27/02 ОПИС ДО ПАТЕНТУ ДЕРЖАВНЕ ПАТЕНТНЕ ВІДОМСТВО НА ВИНАХІД (54) СПОСІБ ЛИТТЯ ПІД ТИСКОМ КОРОТКОЗАМКНУТОГО РОТОРА ЕЛЕКТРИЧНОЇ МАШИНИ 1 (20)94270913,23.03.93 (21)4801314/02 (22)29.12.89, SU (46) 30.06.95. Бюл. № 2 (56) 1. Авторское свидетельство СССР fsfe 1386361, кл. В 22 D 17/00, 1988. (71) Новокаховський електромашинобудівний завод НКЕМЗ, ВО "Южэлектромаш" (72) Ш те фан Анатолій Михайлович, Бондарев Віктор Миколайович (73) Новокаховський електромашино* будівний завод ім.БО-річчя Великої Жовтневої соціалістичної революції ВО "ПІвденелектромаш", UA (57) Способ литья под давлением короткозамкнутого ротора электрической машины, Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к изготовлению литого короткозамкнутого ротора. Наиболее близким по технической сущности является способ литья под давлением, включающий заливку расплава в камеру прессования, создание максимального давления в гидросистеме, включение импульсного источника тока с целью создания в разрядном промежутке давления повышающего в 1,5 раза максимальное давление в гидросистеме, выбрасывание рас лава с большой скоростью в полость пресс-формы, кристаллизацию и извлечение отливки. Этот способ реализован устройством для литья под давлением содержащим литейную машину, установленную на ней пресс-форму и импульсный источник тока с электродами и проводниками [1]. включающий заливку расплава в камеру прессования, воздействие на расплав электрическим током, подачу расплава в прессформу под высоким давлением, кристаллизацию и извлечение отливки, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что воздействие электрическим током на расплав начинают с момента подачи расплава в пресс-форму под давлением и ведут до окончания процесса кристаллизации, причем воздействие осуществляют с использованием электродов переменным током частотой 50...400 Гц и силой 500... 1000 А в зонах формирования колец беличьей клетки короткозамкнутого ротора. Недостатком известного способа является то, что на поверхности стержней клетки внутри паза ротора образуется окисная пленка недостаточной прочности и обладающая невысоким сопротивлением вредному току, что в конечном итоге снижает КПД электрической машины. Этот недостаток обусловлен тем, что импульсный электрический ток подключается в камеру прессования и предназначен для другой цели, т.е. для создания выше максимального давления в гидросистеме. И ток, прежде чем дойти до поверхности отливки, где должна образоваться окисная пленка, растекается по пресс-форме и ослабляет свое действие в местах образования окисной пленки. Задачей изобретения является повышение качества ротора за счет образования С > о О 7074 более высокого сопротивления изоляции клетки в пазу ротора. В соответствии с изобретением поставленная задача решается тем, что в известном с п о с о б е литья под давлением 5 короткозамкнутого ротора электрической машины, включающем заливку расплава в камеру прессования, воздействие на расплав электрическим током, подачу расплава в пресс-форму под высоким давлением, кри- 10 сталлизацию и извлечение отливки, согласно изобретению воздействие электрическим током на расплав начинают с момента подачи расплава в пресс-форму под давлением и ведут до окончания процесса кристаллиза- 15 ции отливки ротора, причем воздействие осуществляют с использованием электродов переменным током частотой 50...400 Гц и силой 600...1000 А в зонах формирования короткозамкнутых колец беличьей клетки 20 ротора. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена конструкция устройства, осуществляющего способ. Устройство для литья под давлением ко- 25 роткозамкнутого ротора электрической машины содержит машину для литья под давлением 1. установленную на ней прессформу 2. Внутри пресс-формы установлен сердечник ротора 3, насаженный на оправ- 30 ке 4, камеру прессования 5, пресс-поршень 6, расплав 7, стержни беличьей клетки 8, кольцо беличьей клетки 9, электроды 10, изолированные втулками 11 от металла пресс-формы и контактирующие непосред- 35 ственно с расплавом в зоне беличьей клетки 9, источник переменного тока 12, амперметр 13, вольтметр 14 и проводник 15. Способ осуществляется следующим образом. 40 В камеру прессования 5 заливают расплав 7. Пресс-поршень б запрессовывает расплав в полость пресс-формы 2. Одновременно включается источник переменного тока 12 и переменный электрический ток с 45 частотой 50...400 Гц и силой тока 500... 1000 А по проводнику 15 через электроды 10, установленные в зоне колец беличьей клетки 9, проходит по расплаву по всей беличьей клетке. При прохождении тока через рас- 50 плав возникают электромагнитные силы, направленные к осям стержней беличьей клетки 8. Внутри паза возникает ударная волна в кристаллизующемся расплаве, что приводит к перемешиванию расплава, 55 ломке растущих дендритов и переносу их конвективным потоком от границы затвердевания в объем жидкого ядра. Это явление способствует возникновению новых центров кристаллизации, снижению химической неоднородности и улучшению структуры металла. Этот известный эффект в конечном итоге улучшает электропроводность беличьей клетки и повышает КПД электрической машины. Кроме этого эффекта под воздействием переменного электрического тока значительно повышается переходное сопротивление. Известно, что причиной ухудшения характеристики электродвигателей с роторами, залитыми методом литья под давлением, является наличие плотного контакта между пакетом и литой клеткой - низ ким переходным сопротивлением. А изоляция клетки ротора, залитого под высоким давлением, обеспечивает высокие параметры электродвигателя. При воздействии переменным электрическим током в зоне образования беличьей клетки, образовавшиеся электромагнитные силы воздействуют на зубцы ротора, состоящего из отдельных пластин, набранных на оправку и спрессованных под давлением. Но так как электрический ток переменный, то зубцы начинают вибрировать и излучать ультразвуковые колебания в зоне образования окисной пленки - на поверхности стержней 8 и внутри паза. Когда под высоким давлением расплав поступает в пазы ротора, соприкасается с кислородом и холодным металлом, то в первую очередь он интенсивно окисляется и по поверхности паза образуется окисная пленка АІгОз, и алюминий начинает кристаллизоваться. Вибрирующие зубцы, излучающие собственные ультразвуковые колебания, не позволяют поступающему под высоким давлением расплаву алюминия проникать в щели между листами пакета и этим предотвращают уменьшение переходного сопротивления и увеличение добавочных потерь. Третьим эффектом, происходящим на поверхности залитых стержней беличьей клетки внутри паза ротора под воздействием переменного тока, является химико-физический. Под воздействием собственных ультразвуковых колебаний наибольшая интенсивность которых находится на поверхности стержня и внутри паза, образованная окисная пленка разрушается и молекулы окиси алюминия ускоренно диффундируют в торцы зубцов, т.е. во внутреннюю поверхность паза и образуют в железе тонкий слой, насыщенный окислами алюминия. Ускоренное диффундирование молекул окисла алюминия в железо осуществляется за счет ультразвука и теплового воздействия в результате поглощения ультразвуковой энергии. Этот 7074 слой внутри паза пакета ротора обладает повышенным переходным сопротивлением. А на месте разрушенной окисной пленки на поверхности стержней образуется новая пленка, которая также разрушается и у плот- 5 няет поверхностный слой окисной пленки. Таким образом, на поверхности стержня образуется уплотненный слой окиси алюминия АІгОз, который обладает высоким сопротивлением. И эти две поверхности образуют 10 надежную изоляцию алюминиевого стержня беличьей клетки от пакета ротора, что, как известно, увеличивает переходное сопротивление, уменьшает добавочные потери и, как конечный результат, повышает КПД 15 электрической машины. Залитый в пресс-форму расплав выдерживают до полной кристаллизации и затем извлекают из пресс-формы. П р и м е р реализации способа. 20 На литейном участке цеха Nb 10 Новокаховского электромашиностроительного завода по предлагаемому способу отливалось 500 шт. короткозамкнутых роторов электродвигателя АИР112 М2. Заливка роторов вы- 25 полнялась на машине литья под высоким давлением типа Л71 А107 в пресс-форму 0 1195, в которой устанавливался холодный пакет ротора 0 106,8 мм и длиной L - 125 мм без предварительной изоляции 30 пазов. Заливку выполняли расплавом алюми ниевого сплава при температуре 680-690°С. В момент подачи высокого давления включали переменный ток частотой 50 Гц, напряжением 1 В и силой 700 А и выдерживали 20 с (без тока обычно выдерживают 30 с). Изготовленные 500 шт. роторов испытывались в электродвигателе АИР112 М2, в которых определялось значение КПД и перегрев обмотки статора. Результат испытаний показал, что электродвигатели с роторами, изготовленными по предлагаемому способу, имеют повышенный КПД на 0,3-0,8% и обмотка статора перегревается меньше на 6-9°С относительно электродвигателей, изготовленных по традиционной технологии без переменного тока. Кроме указанных улучшенных показателей уменьшился дисбаланс роторов за счет равномерного распределения алюминия по пазам и его равномерной плотности. Если по традиционной технологии класс точности балансировки роторов электродвигателей был 6,3 то по предложенному способу стал 2,5 по ГОСТ 12327-79. Экономическая эффективность от использования изобретения образуется за счет повышения КПД электрической машины на 0.3-0,8%, что ведет к экономии потребляемой электроэнергии в процессе эксплуатации электрических машин. 7074 Упорядник В. Бондарев Замовлення 4511 Техред М.Моргентал Коректор К. Папп Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, КиТв-53, Львівська пл., 8 Виробничо-видавничий комбінат "Патент", м. Ужгород, вул.Гагаріна, 101