CN111730288A - 一种异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法 - Google Patents
一种异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法，所述方法包括：制作碾环工装、下料、编制碾环程序、加热、碾环工装预热、制坯、扩孔、平整端面、碾环。与现有技术相比，本发明的方法所制备的碾环尺寸精度提高，所需预留的加工余量小，材料利用率高。与现有技术相比，碾环成型方式为静载变形，变形方式均匀，收缩环的力学性能也均匀。
Description
技术领域
本发明涉及电机转子材料技术领域，具体是涉及一种异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法。
背景技术
高铁、地铁、轻轨和城际铁路所需电力机车是国家重点发展的轨道交通重大装备，高性能精密铜件是轨道交通机车牵引电机的关键部件，要求具有高的强度和良好的塑性，同时还需要具有优良的导电、导热性能和耐腐蚀性能等。目前轨道交通高速异步牵引电机的转子都采用鼠笼式结构，转子材料包括导条、端环和收缩环等。
收缩环是电动机转子上的重要部件之一，它热套于端环上，受紧配合力、本身及绕组端部的离心力、弯曲应力等作用，叠加应力很高。因此要求收缩环材料必须有足够的强度和尽可能高的塑性与韧性、最小的残余应力、最少的危害性缺陷。为了减少漏磁和涡流损耗，要求收缩环材料必须无磁性。随着电动机功率的不断提高，收缩环所承受的应力也逐步上升，在机组运转时，由于电磁场及电流的作用，会使收缩环发热。通常情况下温升有近百度，特殊情况下瞬时能高达几百度，因此收缩环材料也应注意高温软化问题。此外，电机收缩环常因疲劳裂纹而发生的事故。目前，牵引电机均使用铜基合金作收缩环材料。铜基合金除了保持钢收缩环的高强度性能外，还具有较高的韧性和良好的导热性及抗应力腐蚀，这对降低转子温升，减少转子端部断裂有明显效果。
CuNi14Al3材料具有高强高韧性，耐应力腐蚀，高耐磨，良好的导热性及无磁性。是常见的电机收缩环材料。
目前异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环常用的成型方式是锻造，其工序包含下料、加热、墩饼、冲孔、马架扩孔及平面等。第一，锻造CuNi14Al3收缩环的扩孔方式是马架扩孔，由于马架扩孔时精度较低，锻件所需的加工余量较大，所需要投入的原材料较多，因此，材料利用率较低。第二，锻造CuNi14Al3收缩环的扩孔方式是马架扩孔，通过锻锤一下一下击打完成，变形方式是冲击变形，而且这个过程是依靠操作工的技能水平控制的，所以收缩环的力学性能不是特别均匀。第三，锻造CuNi14Al3收缩环生产效率相对较低。因此，开发一种新的异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法显得非常重要。
发明内容
为克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法。
本发明的技术方案如下：
一种异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法，包括以下步骤：
S1、制作碾环工装
根据收缩环产品的尺寸，计算产品碾环尺寸，制作碾环工装；所述碾环工装材料选用模具钢，先锻造成型，再经过淬火、回火热处理，经车加工、铣加工及攻丝制备成上述结构；
S2、下料
根据产品碾环尺寸，计算产品碾环所需要的坯料重量，选择原材料进行下料；
S3、编制碾环程序
根据计算好的碾环尺寸，输入碾环机中，编制碾环程序；
S4、加热
在锻造前，先将下料好的坯料进行加热，加热温度950℃±20℃，保温一定的时间；
S5、碾环工装预热
将制作完成的碾环工装安装在碾环机上，并将其预热至200℃至300℃；
S6、制坯
将加热完成的坯料出炉，在锻压机上进行制坯，制坯主要包含墩饼，冲孔，预扩孔；
S7、扩孔
将制坯完成的环件套在安装并预热完成的碾环工装碾环卡槽上，按照预先编制的碾环程序进行扩孔；
S8、平整端面
将扩孔完成的环件从碾环卡槽中取出，在锻压机上进行平整端面，以消除碾扩过程形成的端面凹槽；
S9、碾环
将平整端面完成的环件再套在碾环工装碾环卡槽上，按照预先编制的碾环程序进行碾环。
进一步地，在上述方案中，所述步骤S1中，所述碾环工装是由碾环芯辊及设在所述碾环芯辊中部的碾环卡槽、位于碾环芯辊一端的定位头、位于碾环芯辊另一端的方尾构成，所述方尾与碾环芯辊之间为圆台形结构，方尾位于所述所述圆台形结构的小端有，碾环卡槽靠近方尾一侧，在方尾内部设有紧固螺纹，所述紧固螺纹延伸至所述圆台形结构内一段。
进一步地，在上述方案中，所述步骤S1中，先根据收缩环的产品尺寸，在外径、内径及高度三个维度上各留一定的加工余量，计算出产品的碾环尺寸，再根据碾环尺寸制作碾环工装，制作碾环工装过程具体为：辗环机工装材料选用42CrMo，制作过程是下料——锻造——粗车——热处理——精车——铣方——攻丝，锻造加热温度是1180℃，保温2.5h，锻造尺寸是直径200mm，长度630mm的棒料；对锻件先进行粗车，粗车之后进行热处理，热处理包含淬火加回火，淬火加热温度1020℃，油冷；回火加热温度180℃，保温2h；热处理后按照所需尺寸进行精车，精车后进行铣方，铣方后进行冲孔。
进一步地，在上述方案中，所述步骤S4中，保温时间的计算方法为：铸锭直径/2*1.5分钟。
进一步地，在上述方案中，所述步骤S6中，制坯的具体步骤如下：先将坯料墩饼，控制高度尺寸，保证高度尺寸与产品碾环尺寸相同，然后用冲头对坯料进行冲孔，再在马架上对坯料进行预扩孔，保证坯料可以套在碾环工装的碾环卡槽上。
进一步地，在上述方案中，所述步骤S7中，扩孔过程中要保证碾环机碾压轮和抱辊进给速度按照先快后慢的原则进行，以保证碾扩过程的顺利进行。具体为：碾压轮进给速度开始2mm/秒，之后调整为1mm/秒；抱辊进给速度开始10mm/秒。之后调整为5mm/秒。
进一步地，在上述方案中，所述步骤S7中，扩孔时，锻造过程中坯料的温度不得低于720℃，当温度低于720℃时将坯料重新装炉进行加热至950℃±20℃。
进一步地，在上述方案中，所述步骤S9中，碾环过程中要保证碾环机碾压轮和抱辊进给速度平稳，具体为：碾压轮进给速度开始2mm/秒，之后调整为1mm/秒；抱辊进给速度开始10mm/秒。之后调整为5mm/秒。以确保碾环过程顺利进行，且不出现椭圆变形等状况。
与现有制备方法相比，本发明的有益效果为：本发明提供的CuNi14Al3收缩环成型方法，所制备的CuNi14Al3收缩环具有碾环尺寸精度提高，所需预留的加工余量小，材料利用率高的优点，与现有技术相比，碾环成型方式为静载变形，变形方式均匀，收缩环的力学性能、产品性能也均匀，是能够取代现有的CuNi14Al3收缩环锻造成型方法。
附图说明
图1是本发明碾环工装的结构示意图。
具体实施方式
本发明提出的一种异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，该领域的技术工程师可根据上述发明的内容对本发明做出一些非本质的改进和调整。
实施例1
本实施例以外径400mm，内径390mm，高度40mm的CuNi14Al3收缩环为例，通过以下方法制得：
S1、制作碾环工装：根据收缩环产品尺寸，计算产品的碾环尺寸是外径410mm，内径375mm，高度48mm，根据碾环尺寸，制作碾环工装，
碾环工装的结构为：由碾环芯辊4及设在所述碾环芯辊4中部的碾环卡槽1、位于碾环芯辊4一端的定位头3、位于碾环芯辊4另一端的方尾2构成，所述方尾2与碾环芯辊4之间为圆台形结构，方尾2位于所述所述圆台形结构的小端有，碾环卡槽1靠近方尾2一侧，在方尾2内部设有紧固螺纹5，所述紧固螺纹5延伸至所述圆台形结构内一段。
碾环工装材料选用模具钢，碾环工装的制作方法包含锻造加热处理，辗环机工装材料选用42CrMo，锻造加热温度是1180℃，保温2.5h，锻造尺寸是直径200mm，长度630mm的棒料。对锻件先进行粗车，粗车之后进行热处理，热处理包含淬火加回火，淬火加热温度1020℃，油冷。回火加热温度180℃，保温2h。热处理后按照图示尺寸进行精车，精车后进行铣方，铣方后进行冲孔。
S2、下料：根据产品碾环尺寸计算产品碾环所需要的坯料重量是9kg，选择直径120mm的原材料进行下料，下料长度94mm。
S3、编制碾环程序：根据计算好的碾环尺寸，将高度，外径，内径及壁厚输入到碾环机控制电脑中，生成碾环程序，所用辗环机型号是：D51Y-630E。
S4、加热：在锻造前，先将下料的坯料进行加热，加热温度930℃，保温时间60分钟。
S5、碾环工装预热：将制作完成的碾环工装安装在碾环机上，用事先准备好的预热块将工装预热至200℃。
S6、制坯：将加热完成的坯料出炉，在锻压机上进行制坯，先进行墩饼，墩饼尺寸直径168mm，高度48mm。选用直径90mm的冲头冲孔，冲孔完成后在马架上进行预扩孔，预扩孔尺寸是外径247mm，内径190mm，高度48mm。
S7、扩孔：将制坯完成的环件套在安装并预热好的碾环工装的碾环卡槽上，按照预先编制的碾环程序进行扩孔，扩孔尺寸是：外径343mm，内径300mm，高度48mm，扩孔过程中要保证碾环机碾压轮和抱辊进给速度按照先快后慢的原则进行，以保证碾扩过程的顺利进行。
S8、平整端面：将扩孔完成的环件从碾环卡槽上取出，在锻压机上进行平整端面。
S9、碾环：将平整端面完成的环件再套在碾环工装碾环卡槽上，按照预先编制的碾环程序进行碾环，碾环过程中要保证碾环机碾压轮和抱辊进给速度平稳，以确保碾环过程顺利进行，且不出现椭圆变形等状况，碾环尺寸：外径410mm，内径375mm，高度48mm。
将得到的环件取样检测机械性能，包括抗拉强度，屈服强度，延伸率及布氏硬度。检测结果如表1所示。
实施例2
本实施例以外径500mm，内径480mm，高度50mm的CuNi14Al3收缩环为例，通过以下方法制得：
S1、制作碾环工装：根据收缩环产品尺寸，计算产品的碾环尺寸是外径512mm，内径468mm，高度58mm，根据碾环尺寸，制作碾环工装，
碾环工装的结构为：由碾环芯辊4及设在所述碾环芯辊4中部的碾环卡槽1、位于碾环芯辊4一端的定位头3、位于碾环芯辊4另一端的方尾2构成，所述方尾2与碾环芯辊4之间为圆台形结构，方尾2位于所述所述圆台形结构的小端有，碾环卡槽1靠近方尾2一侧，在方尾2内部设有紧固螺纹5，所述紧固螺纹5延伸至所述圆台形结构内一段。
碾环工装材料选用模具钢，碾环工装的制作方法包含锻造加热处理，辗环机工装材料选用42CrMo，锻造加热温度是1180℃，保温2.5h，锻造尺寸是直径200mm，长度630mm的棒料。对锻件先进行粗车，粗车之后进行热处理，热处理包含淬火加回火，淬火加热温度1020℃，油冷。回火加热温度180℃，保温2h。热处理后按照图示尺寸进行精车，精车后进行铣方，铣方后进行冲孔。
S2、下料：根据产品碾环尺寸计算产品碾环所需要的坯料重量是18kg，选择直径150mm的原材料进行下料，下料长度120mm。
S3、编制碾环程序：根据计算好的碾环尺寸，将高度，外径，内径及壁厚输入到碾环机控制电脑中，生成碾环程序，所用辗环机型号是：D51Y-630E。
S4、加热：在锻造前，先将下料的坯料进行加热，加热温度950℃，保温时间70分钟。
S5、碾环工装预热：将制作完成的碾环工装安装在碾环机上，用事先准备好的预热块将工装预热至260℃。
S6、制坯：将加热完成的坯料出炉，在锻压机上进行制坯，先进行墩饼，墩饼尺寸直径216mm，高度58mm。选用直径90mm的冲头冲孔，冲孔完成后在马架上进行预扩孔，预扩孔尺寸是外径289mm，内径200mm，高度58mm。
S7、扩孔：将制坯完成的环件套在安装并预热好的碾环工装的碾环卡槽上，按照预先编制的碾环程序进行扩孔，扩孔尺寸是：外径442mm，内径390mm，高度58mm，扩孔过程中要保证碾环机碾压轮和抱辊进给速度按照先快后慢的原则进行，以保证碾扩过程的顺利进行。
S8、平整端面：将扩孔完成的环件从碾环卡槽上取出，在锻压机上进行平整端面。
S9、碾环：将平整端面完成的环件再套在碾环工装碾环卡槽上，按照预先编制的碾环程序进行碾环，碾环过程中要保证碾环机碾压轮和抱辊进给速度平稳，以确保碾环过程顺利进行，且不出现椭圆变形等状况，碾环尺寸：外径512mm，内径468mm，高度58mm。
将得到的环件取样检测机械性能，包括抗拉强度，屈服强度，延伸率及布氏硬度。检测结果如表1所示。
实施例3
本实施例以外径600mm，内径580mm，高度55mm的CuNi14Al3收缩环为例，通过以下方法制得：
S1、制作碾环工装：根据收缩环产品尺寸，计算产品的碾环尺寸是外径612mm，内径568mm，高度63mm，根据碾环尺寸，制作碾环工装，
碾环工装的结构为：由碾环芯辊4及设在所述碾环芯辊4中部的碾环卡槽1、位于碾环芯辊4一端的定位头3、位于碾环芯辊4另一端的方尾2构成，所述方尾2与碾环芯辊4之间为圆台形结构，方尾2位于所述所述圆台形结构的小端有，碾环卡槽1靠近方尾2一侧，在方尾2内部设有紧固螺纹5，所述紧固螺纹5延伸至所述圆台形结构内一段。
碾环工装材料选用模具钢，碾环工装的制作方法包含锻造加热处理，辗环机工装材料选用42CrMo，锻造加热温度是1180℃，保温2.5h，锻造尺寸是直径200mm，长度630mm的棒料。对锻件先进行粗车，粗车之后进行热处理，热处理包含淬火加回火，淬火加热温度1020℃，油冷。回火加热温度180℃，保温2h。热处理后按照图示尺寸进行精车，精车后进行铣方，铣方后进行冲孔。
S2、下料：根据产品碾环尺寸计算产品碾环所需要的坯料重量是23kg，选择直径150mm的原材料进行下料，下料长度153mm。
S3、编制碾环程序：根据计算好的碾环尺寸，将高度，外径，内径及壁厚输入到碾环机控制电脑中，生成碾环程序，所用辗环机型号是：D51Y-630E。
S4、加热：在锻造前，先将下料的坯料进行加热，加热温度970℃，保温时间80分钟。
S5、碾环工装预热：将制作完成的碾环工装安装在碾环机上，用事先准备好的预热块将工装预热至300℃。
S6、制坯：将加热完成的坯料出炉，在锻压机上进行制坯，先进行墩饼，墩饼尺寸直径234mm，高度63mm。选用直径110mm的冲头冲孔，冲孔完成后在马架上进行预扩孔，预扩孔尺寸是外径304mm，内径200mm，高度63mm。
S7、扩孔：将制坯完成的环件套在安装并预热好的碾环工装的碾环卡槽上，按照预先编制的碾环程序进行扩孔，扩孔尺寸是：外径531mm，内径480mm，高度63mm，扩孔过程中要保证碾环机碾压轮和抱辊进给速度按照先快后慢的原则进行，以保证碾扩过程的顺利进行。
S8、平整端面：将扩孔完成的环件从碾环卡槽上取出，在锻压机上进行平整端面。
S9、碾环：将平整端面完成的环件再套在碾环工装碾环卡槽上，按照预先编制的碾环程序进行碾环，碾环过程中要保证碾环机碾压轮和抱辊进给速度平稳，以确保碾环过程顺利进行，且不出现椭圆变形等状况，碾环尺寸：外径531mm，内径480mm，高度63mm。
将上述3个实施例所得到的环件取样检测机械性能，包括抗拉强度，屈服强度，延伸率及布氏硬度。检测结果如表1所示。
对比例
将实施例中三种同样规格的异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环用现有的工艺进行成型，分别作为对比例，并取样检测其机械性能，结果见表1。
通过表1的数据可见，本发明的收缩环成型方法相对于现有技术来说，不仅节约原材料，对原材料的利用率大大提高，而且所制备的收缩环力学性能均匀，在保证材料抗拉强度及硬度的同时，提高了材料的屈服强度和延伸率。
Claims (8)
1.一种异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制作碾环工装
根据收缩环产品的尺寸，计算产品碾环尺寸，制作碾环工装；所述碾环工装材料选用模具钢，先锻造成型，再经过淬火、回火热处理，经车加工、铣加工及攻丝制备成上述结构；
S2、下料
根据产品碾环尺寸，计算产品碾环所需要的坯料重量，选择原材料进行下料；
S3、编制碾环程序
根据计算好的碾环尺寸，输入碾环机中，编制碾环程序；
S4、加热
在锻造前，先将下料好的坯料进行加热，加热温度950℃±20℃，保温一定的时间；
S5、碾环工装预热
将制作完成的碾环工装安装在碾环机上，并将其预热至200℃至300℃；
S6、制坯
将加热完成的坯料出炉，在锻压机上进行制坯，制坯主要包含墩饼，冲孔，预扩孔；
S7、扩孔
将制坯完成的环件套在安装并预热完成的碾环工装碾环卡槽上，按照预先编制的碾环程序进行扩孔；
S8、平整端面
将扩孔完成的环件从碾环卡槽中取出，在锻压机上进行平整端面；
S9、碾环
将平整端面完成的环件再套在碾环工装碾环卡槽上，按照预先编制的碾环程序进行碾环。
2.如权利要求1所述的一种异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述碾环工装是由碾环芯辊(4)及设在所述碾环芯辊(4)中部的碾环卡槽(1)、位于碾环芯辊(4)一端的定位头(3)、位于碾环芯辊(4)另一端的方尾(2)构成，所述方尾(2)与碾环芯辊(4)之间为圆台形结构，方尾(2)位于所述所述圆台形结构的小端有，碾环卡槽(1)靠近方尾(2)一侧，在方尾(2)内部设有紧固螺纹(5)，所述紧固螺纹(5)延伸至所述圆台形结构内一段。
3.如权利要求1所述的一种异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法，其特征在于，所述步骤S1中，先根据收缩环的产品尺寸，在外径、内径及高度三个维度上各留一定的加工余量，计算出产品的碾环尺寸，再根据碾环尺寸制作碾环工装，制作碾环工装过程具体为：辗环机工装材料选用42CrMo，制作过程是下料——锻造——粗车——热处理——精车——铣方——攻丝，锻造加热温度是1180℃，保温2.5h，锻造尺寸是直径200mm，长度630mm的棒料；对锻件先进行粗车，粗车之后进行热处理，热处理包含淬火加回火，淬火加热温度1020℃，油冷；回火加热温度180℃，保温2h；热处理后按照所需尺寸进行精车，精车后进行铣方，铣方后进行冲孔。
4.如权利要求1所述的一种异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法，其特征在于，所述步骤S4中，保温时间的计算方法为：铸锭直径/2*1.5分钟。
5.如权利要求1所述的一种异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法，其特征在于，所述步骤S6中，制坯的具体步骤如下：先将坯料墩饼，控制高度尺寸，保证高度尺寸与产品碾环尺寸相同，然后用冲头对坯料进行冲孔，再在马架上对坯料进行预扩孔，保证坯料可以套在碾环工装的碾环卡槽上。
6.如权利要求1所述的一种异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法，其特征在于，所述步骤S7中，扩孔过程中要保证碾环机碾压轮和抱辊进给速度按照先快后慢的原则进行。
7.如权利要求1所述的一种异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法，其特征在于，所述步骤S7中，扩孔时，锻造过程中坯料的温度不得低于720℃，当温度低于720℃时将坯料重新装炉进行加热至950℃±20℃。
8.如权利要求1所述的一种异步牵引电机转子用CuNi14Al3收缩环成型方法，其特征在于，所述步骤S9中，碾环过程中要保证碾环机碾压轮和抱辊进给速度平稳。
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