电机铸铝转子铝端环挤压成型方法及挤压装置与流程

1.本公开涉及电机铸铝转子的压铸制造技术领域，尤其涉及一种电机铸铝转子铝端环挤压成型方法及挤压装置。


背景技术：

2.异步鼠笼电机铸铝转子的铝端环在生产过程中，经常出现热缩孔及气孔的情况，该部分缺陷会造成电机电阻过大、功率因素降低、转差率大、电导率低、耗电、发热的问题；以及缩孔较大也会使转子初始动平衡过大，应用在新能源汽车的电机上时，电机转子转速须达到20000rpm以上，会导致电机产生震动，更严重会造成烧毁或转子解体。


技术实现要素：

3.为解决现有技术中存在的至少以上技术问题，本公开提供了一种电机铸铝转子铝端环挤压成型方法及挤压装置。
4.本公开一方面提供一种电机铸铝转子铝端环挤压成型方法，用于转子铝端环成型，压铸结构包括后模型芯、挤压穿孔和挤压针，所述后模型芯的铝端环端面上设置12～20个所述挤压穿孔，将所述挤压针穿入所述挤压穿孔内；所述方法包括以下步骤：在所述挤压针的前端部与所述后模型芯的铝端环的端面之间预留回填料空间，将铝液压射至所述后模型芯一侧的模具型腔及所述回填料空间内；所述挤压针在设定的挤压力下，将所述回填料空间内的所述铝液挤压入所述模具型腔成型的转子铝端环内。
5.本公开另一方面还提供一种挤压装置，用于转子铝端环成型，包括压铸结构和施力结构；所述压铸结构包括后模型芯、挤压穿孔和挤压针，多个所述挤压穿孔与所述后模型芯的铝端环端面贯通，并且多个所述挤压穿孔布满所述后模型芯的铝端环端面，所述挤压穿孔内穿设所述挤压针；所述挤压针的末端与所述施力结构连接，用于向所述挤压针的前端施加设定挤压力，以使所述挤压穿孔内回填料空间的铝料能挤压入所述后模型芯内。
6.在一些实施例中，多个所述挤压穿孔位于所述后模型芯的铝端环端面呈环形分布。
7.在一些实施例中，还包括挤压针板及挤压针底板，所述挤压针的末端垂直固定于所述挤压针板及挤压针底板之间，所述挤压针底板连接所述施力结构。
8.在一些实施例中，还包括限位挡块，所述限位挡块位于所述压铸结构的动模底板和所述挤压针板之间；所述施力结构推动所述挤压针底板，使所述挤压针板抵接于所述限位挡块的端面上，以限制所述挤压针挤压时可允许前进的距离。
9.在一些实施例中，全部的所述挤压穿孔内回填料空间的铝料总体积为所述后模型芯的铝端环体积的6％至11％。
10.在一些实施例中，所述挤压针包括粗杆部分和细杆部分，所述细杆部分穿设于所述挤压穿孔内；所述细杆部分的直径为8毫米至12毫米。
11.在一些实施例中，所述后模型芯的铝端环端面呈圆环形，多个所述挤压穿孔以所
述后模型芯的铝端环端面呈环形状均匀分布。
12.在一些实施例中，所述施力结构的推力源为压铸机的押出油缸，所述压铸机的押出板顶出推力透过施力杆作用于挤压针底板上，施加的设定挤压力为220千牛至270千牛，平均每支所述挤压针须提供12.6千牛以上的推力，每支所述挤压针细杆的端面须承受160兆帕以上的压力。
13.在一些实施例中，所述压铸结构包括多块模板叠加设置的模架，所述模架的内部模腔置入所述后模型芯。
14.本公开提供的一种电机铸铝转子铝端环挤压成型方法及挤压装置，在转子压铸成型过程中，在后模型芯的挤压穿孔上预留回填料空间，压铸过程中，压铸铝料同时进入模具型腔和回填料空间内，在铝端环凝固成型前，将回填料空间内的压铸铝料，以设定的挤压力瞬间挤压入转子内。本公开技术方案，通过改善压铸成型的工艺及装置，可有效消除/减小转子的热缩孔及气孔，其孔隙率可控制在小于1％。
附图说明
15.通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，其中：
16.在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。
17.图1为本公开实施例提供的电机铸铝转子铝端环挤压成型方法的流程框图；
18.图2为本公开实施例提供的挤压装置的结构示意图；
19.图3为本公开实施例提供的挤压装置的剖视图一；
20.图4为本公开实施例提供的挤压装置的剖视图二；
21.图5为本公开实施例提供的挤压装置中回填料空间处的局部示意图一；
22.图6为本公开实施例提供的挤压装置中回填料空间处的局部示意图二；
23.图7为本公开实施例提供的挤压装置中后模型芯挤压穿孔的局部示意图；
24.图8为本公开实施例提供的挤压装置中转子的结构示意图；
25.图9为本公开实施例提供的挤压装置中限位挡块的行程限制示意图。
26.图中：
27.1：压铸结构；2：施力结构；3：挤压针板；4：挤压针底板；
28.5：转子；6：限位挡块；11：后模型芯；12：挤压穿孔；
29.13：挤压针；14：模架；15：回填料空间；16：动模底板；17：升降油缸；18：顶出棒；
30.51：铝端环；52：固定芯轴。
具体实施方式
31.为使本公开的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
32.本公开实施例提供一种压铸成型方法，其中，压铸结构包括后模型芯、挤压穿孔和
挤压针，后模型芯的铝端环端面上设置12～20个所述挤压穿孔，将挤压针穿入所述挤压穿孔内；该压铸结构还可参考如图2至9所示的本公开实施例提供的挤压装置。
33.如图1所示，方法包括以下步骤：
34.步骤s1：在挤压针的前端部与后模型芯的铝端环的端面之间预留回填料空间，将铝液压射至后模型芯一侧的模具型腔及回填料空间内。挤压针在挤压穿孔内往模腔方向前进的距离等同于限位挡块与挤压针板之间的距离。铝液未压射前，压铸机押出板与已连结的拉杆将挤压针底板向后拉回至压铸设备的原点起始位置，使挤压针细杆的前端部与后模型芯一侧的模具型腔之间形成回填料空间；压铸开始后，铝液逐步压射至后模型芯一侧的模具型腔和回填料空间内。
35.其中，铝液压射入模具型腔和回填料空间内，在压射过程中会因冲头在料室中快速推动铝汤造成铝汤翻滚而掺杂空气，与原本模具型腔内无法在压射过程中顺利排出的部分空气，在转子成型冷却后，会在后铝端环(短路环)中形成密密麻麻的气孔。
36.另外，因铝料在液态时的体积会大于固态的物理特性，当转子成型凝固后，也会在后铝端环(短路环)中形成大面积的热缩孔。
37.步骤s2：挤压针在设定挤压力下，将回填料空间内的铝液挤压入后模具型腔内。在模具型腔内的铝液未凝固前，利用挤压针将回填料空间内的铝液挤入后模型芯铝端环内。
38.由于后模型腔内再次压射入了部分铝液，使得转子后铝端环部位中的气孔受到了压缩，使气孔体积变小变少，也即，同时将热缩孔填满填实，使热缩孔面积变小或变无，进而起到消除/降低转子的热缩孔及气孔的目的。
39.本公开实施例提供一种挤压装置，该装置可基于如图1所示的方法，实现对转子的压铸成型操作。具体的，挤压装置包括压铸结构和施力结构；通过压铸结构对转子进行压铸操作，通过施力结构对挤压针施力，以完成挤压需求。以下，结合附图对挤压装置的各部件及各部件间的连接关系进行说明。
40.如图2至图9所示，压铸结构1包括后模型芯11、挤压穿孔12和挤压针13，多个挤压穿孔12与后模型芯11的铝端环51端面贯通，并且多个挤压穿孔12布满后模型芯11的铝端环51端面，挤压穿孔12内穿设挤压针13；挤压针13的末端与施力结构2连接，用于向挤压针13的前端施加设定挤压力，以使挤压穿孔12内回填料空间的铝料能挤压入后模型芯11内。
41.使用时，挤压针13在施力结构2(图中仅示出连接部分结构)的作用下，向远离后模型芯11的方向回拉挤压针13至压铸设备押出板设定的起始位置，使得挤压针13和后模型芯11之间具有一定的距离，从而形成回填料空间15，压铸操作开始后，铝液压射入后模型芯11的模具型腔和回填料空间15内。
42.其中，回填料空间15的容积根据模具型腔内转子后铝端环51的孔隙率确定。例如，采用传统工艺，压铸成型后的转子后铝端环51中孔隙率为6％至11％，即模具型腔内的转子后铝端环51具有6％至11％的回填空间，因此，可将挤压穿孔12内的回填料空间15设置为等大的容积，也即挤压穿孔12内的铝液的体积为模具后铝端环型腔体积的6％至11％。
43.其中，如何计算每一根挤压针13前进的合理距离。根据后模型芯铝端环51体积的6％-11％
÷
挤压针数
÷
挤压针细杆端面截面积，即可得知每个回填料空间在挤压穿孔12内应该预留多少长度。
44.本公开实施例中，挤压穿孔12并非设置在后模型芯11的铝端环51端面的局部，而
是在整个铝端环51端面呈环形分布，例如，多个挤压穿孔12位于铝端环51的端面均匀分布。在转子5的铝端环51端面任何位置下方都可能出现热缩孔及气孔，因此，将多个挤压穿孔12均匀分布，利于整体消除热缩孔及气孔，提高转子5整体的压铸质量。
45.例如，挤压穿孔12孔的数量以在铝端环51端面每18-23mm的中心距离设置一孔；挤压穿孔12环形分布的位置在铝端环51端面的中间位置；挤压穿孔12的孔径大小依铝端环51宽度来选择。
46.继续参考图2至图9所示，挤压针13远离后模型芯11的铝端环51端面的一端设有挤压针板3及挤压针底板4，挤压针13的末端垂直固定于挤压针板3及挤压针底板4之间，挤压针底板4连接施力结构2。挤压针底板4硬度需要在hrc42以上，避免因挤压针13肩头部长期受压造成板面凹陷。
47.使用时，多根挤压针13需要同步运动，因此，可将挤压针13的一端连接在挤压针板3及挤压针底板4之间，挤压针底板4再与施力结构连接，通过施力结构2带动挤压针板3和挤压针底板4运动，实现多根挤压针13的同步移动。
48.对于挤压针13的运动控制，需要控制挤压针13移动至指定位置，即挤压针13前端端面的位置在后模型芯11的铝端环51端面的外侧，例如，挤压针13前端面为与后模型芯11的铝端环51端面贴齐。本公开实施例中，通过设置限位挡块6，对挤压针板3/挤压针底板4和挤压针13的移动行程进行限定。
49.例如，限位挡块6位于压铸结构1的动模底板16和挤压针板3之间；限位挡块6由升降油缸17控制其上下动作，在模具关模前，由升降油缸17将限位挡块6的内侧端面贴着动模底板16面上，顺放下到模具转子中心位置；待压铸机压射和挤压动作完成后，在模具开模之前，拉杆将挤压针底板4拉回原起始位置，升降油缸17将限位挡块6拉高超过模架动模底板16顶部，压铸机再进行模具开模动作，此时挤压针板3及挤压针底板4回归到一般压铸的押出动作，但押出转子时真正推动的是靠位在中心的顶出棒18，再由顶出棒18去推动转子铁芯中间的固定芯轴52底部，达到将整个压铸成型的转子推出模具型腔。
50.施力结构2推动挤压针底板4，使挤压针板3抵接于限位挡块6上，以限制挤压针13挤压时可允许前进的距离。施力结构2提供一定的瞬间推力，通过限位挡块6避免挤压针板3及其上的挤压针13继续移动。例如，对于回填料空间15内压铸原料完成挤压后的凸出高度控制为0.5毫米以下。
51.本公开实施例中，根据施力结构2施加推力的力度、挤压针13的数量等设置挤压针13的直径。例如，挤压针13包括粗杆部分和细杆部分，细杆部分穿设于挤压穿孔12内；粗杆部分尺寸设计主要是加强整支挤压针的刚性，避免在瞬间的挤压过程中，发生软脚弯曲或挤断的情况，故将挤压针13后段肩头部约100mm长的部分做加强处理；细杆部分穿设于挤压穿孔内，挤压针13细杆部分外径与挤压穿孔孔径的轴孔间隙配合为0.035
±
0.005mm为最佳，当配合间隙小于0.03mm时，后模型芯和挤压针13因与铝水接触，型芯和挤压针瞬间温度急遽升高，在热膨胀的因素下，挤压针13会卡死在挤压穿孔内，导致挤不动或阻力过大，造成挤压效果下降或失效；当配合间隙大于0.04mm时，在铝温700℃以上的生产条件下，挤压穿孔12与挤压针13间间隙容易“跑铝”，间隙越大“跑铝”的几率越大，会造成挤压穿孔12孔壁拉伤，当挤压穿孔12拉伤后，也会因残留在孔壁上的铝屑造成阻力过大而挤不动；在实际操作中，配合间隙若进行有效控制，且挤压针13能经常上润滑油保养，后模型芯可生产
15000模次以上、挤压针可生产10000模次以上再行更换。例如，细杆部分的直径为8毫米至12毫米。
52.例如，挤压针13的材质为skd61钢材，须整支盐浴淬火硬度hrc45～47并表面氮化处理；后模型芯11材质为skd61钢材淬火硬度hrc47～49并表面氮化处理；型芯上挤压穿孔12另须加以表面硬化涂层处理，提高孔壁表面硬度至hrc60以上，可避免挤压穿孔12孔壁表面拉伤，延长使用寿命。
53.本公开实施例中，施力结构2需要满足挤压力度要求，并且，需要满足瞬间挤压的使用需求。也即，在施力结构2的作用下，需要确保多根挤压针13同步移动，且能够移动至指定位置。
54.例如，施力结构2的推力源为压铸机的押出油缸，而押出油缸的压力源是透过压铸机本身的马达泵浦加压所产生或另外加装氮气瓶辅助液压系统，提供更大流量和反应更快的油压压力，提高押出油缸瞬间顶出力输出的动能；压铸机的押出板顶出推力透过施力杆作用于挤压针底板4上，压铸机用于向挤压针13施加设定挤压力为220千牛至270千牛，平均每支所述挤压针须提供12.6千牛以上的推力，每支所述挤压针细杆的端面须承受160兆帕以上的压力。
55.本公开实施例中，压铸结构1包括多块模板叠加设置的模架14，于多块模板内部置入后模型芯11。模架14采用堆叠装配的方式组成，可根据实际的使用需求，调节模架14模板的数量或厚度，进而达到配合电机转子铁芯叠厚长度的目的，此方式可进一步提高压铸结构1的通用性。
56.本公开提供的一种电机铸铝转子铝端环挤压成型方法及挤压装置，在转子5压铸成型过程中，末端的挤压穿孔12预留回填料空间15，压铸过程中，铝液同时进入后模型芯11的模具型腔和回填料空间15内，在转子5凝固成型前，将回填料空间15内的铝液，以设定的挤压力瞬间挤压入转子5内。本公开技术方案，通过改善压铸成型的工艺及装置，可有效消除/减小转子后铝端环51的热缩孔及气孔，其孔隙率可控制在小于1％。
57.以下，以压铸异步电机的铸铝转子模具的后铝端环为例，对本公开实施例提供的电机铸铝转子铝端环挤压成型方法及挤压装置进行说明。
58.首先，在压铸结构1的模架14模具型腔内置入电机铁芯，通过压铸机控制挤压针13的起始位置，在挤压针13的端头与模具型腔之间预留回填料空间15；然后，在料管内注入铝水，并通过冲头进行压射操作，使得铝水快速充填到模具型腔和回填料空间15内。
59.其中，后模型芯11的铝端环51呈圆环形，多个挤压穿孔12以后模型芯11的铝端环51圆环端面中间位置呈环形状均匀分布。例如，设置15至17个挤压穿孔12，相应的设置15至17根挤压针13。
60.在模具型腔内的铝液凝固成型前，瞬间推动压铸机押出板，压铸机泵浦或氮气瓶提供所须顶出推力的动能来源，使回填料空间15内的铝液挤压补缩到模具型腔内。最后，复位挤压针13，并进行开模操作即可。
61.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本
领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
62.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
63.以上，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种电机铸铝转子铝端环挤压成型方法，用于转子铝端环成型，其特征在于，压铸结构包括后模型芯、挤压穿孔和挤压针，所述后模型芯的铝端环端面上设置12～20个所述挤压穿孔，将所述挤压针穿入所述挤压穿孔内；所述方法包括以下步骤：在所述挤压针的前端部与所述后模型芯的铝端环的端面之间预留回填料空间，将铝液压射至所述后模型芯一侧的模具型腔及所述回填料空间内；所述挤压针在设定的挤压力下，将所述回填料空间内的所述铝液挤压入所述模具型腔成型的转子铝端环内。2.一种挤压装置，用于转子(5)的后铝端环(51)成型，其特征在于，包括压铸结构(1)和施力结构(2)；所述压铸结构(1)包括后模型芯(11)、挤压穿孔(12)和挤压针(13)，多个所述挤压穿孔(12)与所述后模型芯(11)的铝端环端面贯通，并且多个所述挤压穿孔(12)布满所述后模型芯(11)的铝端环端面，所述挤压穿孔(12)内穿设所述挤压针(13)；所述挤压针(13)的末端与所述施力结构(2)连接，用于向所述挤压针(13)的前端施加设定挤压力，以使所述挤压穿孔(12)内回填料空间(15)的铝料能挤压入所述后模型芯的端环(51)内。3.根据权利要求2所述的挤压装置，其特征在于，多个所述挤压穿孔(12)位于所述后模型芯(11)的铝端环端面呈环形分布。4.根据权利要求3所述的挤压装置，其特征在于，还包括挤压针板(3)及挤压针底板(4)，所述挤压针(13)的末端垂直固定于所述挤压针板(3)及挤压针底板(4)之间，所述挤压针底板(4)连接所述施力结构(2)。5.根据权利要求4所述的挤压装置，其特征在于，还包括限位挡块(6)，所述限位挡块(6)位于所述压铸结构(1)的动模底板(16)和所述挤压针板(3)之间；所述施力结构(2)推动所述挤压针底板(4)，使所述挤压针板(3)抵接于所述限位挡块(6)的端面上，以限制所述挤压针(13)挤压时可允许前进的距离。6.根据权利要求2至5中任一项所述的挤压装置，其特征在于，全部的所述挤压穿孔(12)内回填料空间(15)的铝料总体积为所述后模型芯(11)的铝端环(51)体积的6％至11％。7.根据权利要求2至5中任一项所述的挤压装置，其特征在于，所述挤压针(13)包括粗杆部分和细杆部分，所述细杆部分穿设于所述挤压穿孔(12)内；所述细杆部分的直径为8毫米至12毫米。8.根据权利要求2至5中任一项所述的挤压装置，其特征在于，所述后模型芯(11)的铝端环端面呈圆环形，多个所述挤压穿孔(12)以所述后模型芯(11)的铝端环端面呈环形状均匀分布。9.根据权利要求2至5中任一项所述的挤压装置，其特征在于，所述施力结构(2)的推力源为压铸机的押出油缸，所述压铸机的押出板顶出推力透过施力杆作用于挤压针底板(4)上，施加的设定挤压力为220千牛至270千牛，平均每支所述挤压针须提供12.6千牛以上的推力，每支所述挤压针细杆的端面须承受160兆帕以上的压力。10.根据权利要求2至5中任一项所述的挤压装置，其特征在于，所述压铸结构(1)包括多块模板叠加设置的模架(14)，于所述模架(14)的内部模腔置入所述后模型芯(11)。

技术总结
本公开涉及压铸制造技术领域，尤其涉及一种电机铸铝转子铝端环挤压成型方法及挤压装置，压铸结构包括后模型芯、挤压穿孔和挤压针，后模型芯的铝端环端面上设置12～20个挤压穿孔，将挤压针穿入挤压穿孔内；方法包括：在挤压针的前端部与后模型芯的铝端环的端面之间预留回填料空间，将铝液压射至后模型芯一侧的模具型腔及回填料空间内；挤压针在设定的挤压力下，将回填料空间内的铝液挤压入模具型腔成型的转子铝端环内。本公开压铸过程中，铝液同时进入模具型腔和回填料空间内，在转子凝固成型前，将回填料空间内的铝液，以设定的挤压力瞬间挤压入转子内，通过改善压铸成型的工艺及装置，可有效消除/减小转子的热缩孔及气孔，其孔隙率可控制在小于1％。隙率可控制在小于1％。隙率可控制在小于1％。


技术研发人员：黄志坚
受保护的技术使用者：宁波北仑富昇机械有限公司
技术研发日：2023.06.05
技术公布日：2023/8/9