Технология МАЛОГАБАРИТНЫХ ГИРОМОТОРОВ

ЦЕНТРОБЕЖНАЯ ЗАЛИВКА КОРОТКОЗАМКНУТОЙ ОБМОТКИ РОТОРА

При центробежном литье жидкий металл заливают во вращаю­щуюся форму, по внутренней поверхности которой он распреде­ляется под воздействием центробежных сил. Металл застывает, заполняя пространство формы.

Металлический сплав, заливаемый в литейную форму, рассма­тривается как неоднородная жидкость, состоящая из частиц метал­лической массы, имеющей наибольший удельный вес, из шлаковых частиц более легкого удельного веса и, наконец, из газовых пу­зырьков легчайшего удельного веса.

При отливке из такой неоднородной жидкости при всех видах литья, кроме центробежного, отливки получаются также неодно­родными. Неоднородность отливок при литье под давлением, в кокиль и в землю происходит за счет захвата газа, окислов, шлака и других загрязнений расплавленным металлом. В расплавленном металле, находящемся в состоянии покоя в тигле, частицы с малым удельным весом всплывают на поверхность, а частицы с большим удельным весом опускаются вниз. Газы, окислы и шлак как более легкие при литье в землю и кокиль собираются в отливках вверху, а металлические, более тяжелые частицы — внизу. В процессе литья под давлением частицы разного удельного веса смешиваются, и газовые и шлаковые включения находятся во всех частях отливки.

Неоднородность в некоторых видах отливок, как например, в короткозамкнутой роторной обмотке точных гиромоторов, недо­пустима, так как неоднородность металла понижает электропро­водность обмотки, что, в свою очередь, вызывает снижение оборотов ротора по сравнению с расчетным. Для получения плотной одно­родной, без всяких примесей, короткозамкнутой обмотки ротора из чистого алюминия и применяют центробежный способ литья.

При вращении расплавленного металла в форме газовые и шла­ковые частицы, имеющие меньший удельный вес, будут скапли­ваться в отливке ближе к оси вращения, а металлические частицы с большим удельным весом — ближе к наружной поверхности отливки. Увеличивая число оборотов формы, можно произвольно изменять давление на частицы в широких пределах и обеспечивать плотные однородные отливки.

Короткозамкнутые обмотки роторов гиромоторов изготовляются заливкой стержней в пазы железа. Эти стержни после заливки оказываются отлитыми за одно целое с двумя расположенными по торцам соединительными кольцами. В точных высокооборотных гиромоторах короткозамкнутая обмотка отливается из чистого алюминия, обеспечивающего хорошую электропроводность. Имеются ^фомоторы, в которых короткозамкнутые обмотки заливают сплавом

Процесс заливки короткозамкнутой роторной обмотки малога­баритных гиромоторов чистым алюминием очень сложен. Чтобы ііолучиТь плотную однородную структуру стержней и соединитель­ных колец обмотки, применяют центробежный способ заливки. Режим литейного процесса, температуры металла и подогрева формы, число оборотов шпинделя машины, скорость заливки, емкость ковша и т. п. устанавливаются на опытных партиях гиро­моторов. Существенное влияние на качество заливки короткозам - кнутых обмоток оказывает скорость вращения формы. Имеются формулы для определения необходимых чисел оборотов формы, по которым первоначально и рассчитывают их, а затем уточняют.

Практически установлено, что заливка короткозамкнутой об­мотки с внутренним диаметром железа ротора 30 мм, удовлетво­ряющая электрическим и механическим требованиям, получается при вращении формы с 3000 об/мйн.

Для обеспечения заданных электрических параметров точных высокооборотных гиромоторов, как было сказано выше, для ко- роткозамкнутых обмоток применяется алюминий с высокой элек­тропроводностью, химическим составом и соответствии с ГОСТ 3549—55, см. табл. 5. Удельная электропроводность по ве*

Личине не должна превышать у алюминия марки А1 32 міом-мм2 и у А2 — 29 міом-мм?. Однако после заливки короткозамкнутой обмотки электропроводность алюминия, находящегося в стерж­нях и кольцах обмотки, понижается. Снижение происходит в основ­ном за счет увеличения примеси кремния и железа в алюминии обмотки. Снижение электропроводности за счет этих примесей мож­но подсчитать с достаточным приближением для железа и кремния по следующим формулам:

Для железа Д% = ^^ , (2)

32

Для кремния А% =------------ , (3)

32

Где Д% —снижение электропроводности, %;

П — содержание в алюминии примеси железа или крем­ния, %.

Увеличение примесей, снижающих электропроводность алюми­ния в процессе заливки короткозамкнутых обмоток роторов, про­исходит за счет увеличения примеси железа в алюминии в процессе его плавки и соприкосновения с пакетом железа ротора и за счет образования в процессе плавки оксидной пленки, которая при заливке остается в короткозамкнутой обмотке в виде мелких вклю­чений.

Содержание примеси железа в залитых короткозамкнутых об­мотках увеличивается от наличия заусенцев в пазах, которые при заполнении расплавленным алюминием пазов расплавляются, от­чего примесей в стержнях больше, чем в кольцах обмотки. Кроме того, железом алюминий насыщается от применения чугунных или стальных тиглей, разливочных ковшей при недостаточной их окра­ске специальными красками. Поэтому в плавильных и раздаточных печах необходимо применять графитовые тигли. В пазах и на край­них листах железа ротора не должно быть заусенцев и металличе­ской пыли. Заливку необходимо производить в установленное число секунд. Заливочные ковши должны быть тщательно окрашены и прокалены и иметь для каждого типа гиромотора определенную емкость. Применение ковшей другой емкости может вызывать недо­ливы или большое насыщение алюминия железом.

На одном из заводов при изготовлении гиромоторов по уже от­работанному технологическому процессу в нескольких партиях до 50% гиромоторов браковалось из-за заниженных оборотов. При анализе было установлено, что в забракованных гиромоторах содержание железа в алюминии короткозамкнутых обмоток зна­чительно большее, чем в алюминии гиромоторов тех же партий, имеющих нормальное число оборотов. После тщательной проверки выполнения всех операций при изготовлении последующих партий строго по технологическому процессу выяснилось, что один из литейщиков при заливке короткозамкнутой обмотки роторов одного типа пользовался заливочным ковшом для гиромоторов другого типа, емкостью в два с лишним раза большей. Литейщик исполь­зовал емкость ковша для заливки двух обмоток, для чего после за­ливки первого ротора, чтобы не остыл алюминий, ставил ковш на раздаточную печь. Алюминий находился в ковше все время, необ­ходимое для снятия и обратной установки формы на машину и па­кета железа ротора в форму. Расплавленный алюминий, находясь в чугунном ковше, насыщался железом, и залитая короткозамкну - тая обмотка имела значительно пониженную электропроводность, вызвавшую окончательный брак гиромоторов вследствие занижен­ных оборотов. Обороты гиромоторов, в которых находились роторы с короткозамкнутыми обмотками, залитыми первыми порциями алюминия, отвечали техническим условиям. Даже такое отступле­ние от технологии нанесло заводу значительные убытки (роторы были окончательно забракованы).

При плавке алюминия в тиглях на поверхности всегда обра­зуется корка окиси алюминия. Удельный вес оксидной пленки и

Алюминия почти одинаков и поэтому пленка трудно отшлаковы - вается от жидкого алюминия во время дегазации.

Если за поверхностью расплавленного металла не следить, то при захвате металла ковшом пленка размельчается и вместе с алю­минием попадает в отливку короткозамкнутой обмотки в виде мел­ких включений, понижая электропроводность алюминия. Для предохранения расплавленного алюминия от окисной пленки не­обходимо его поверхность периодически очищать специальным, окрашенным теплоизоляционной краской скребком.

Шихту для заливки короткозамкнутой обмотки роторов гиро­моторов приготовляют из предварительно переплавленного в гра­фитовых тиглях алюминия. Температуру при заливке необходимо держать в пределах 780—820°. Тигель в процессе плавки должен быть закрыт.

Заливка короткозамкнутых обмоток роторов гиромоторов про­изводится на небольших центробежных машинах с вертикальной осью вращения, в специальные формы. Одна из таких форм изо­бражена на рис. 14. Форма состоит из основания 1, к которому кре­пится тремя винтами 4 специальное кольцо 2. Крышка 3 формы, в которой имеется центральное отверстие и три отверстия для вы - прессовки отливки, насаживается своими отверстиями на колонки 5. Крышка является одновременно литником формы и верхней, оформляющей короткозамкнутое кольцо обмотки, половиной формы. На крышку и на колонки надевается запорное кольцо 6. Три ко­лонки, вмонтированные в основание 1 и проходящие через кольцо 2, имеют в верхней части специальные вырезы. При запоре формы кольцо нажимает на крышку, опирающуюся своими специальными выступами на пакет железа ротора сверху, и прижимает его к осно­ванию 1, входя своими тремя эксцентрическими отверстиями по окружности в специальные вырезы колонок. В основание снизу впрессовывается специальный с восемью выступами вкладыш 7, на который устанавливается заливаемый пакет железа ротора и прижимается сверху восемью выступами, находящимися на крышке. Форма устанавливается своей конусной расточкой на конус план­шайбы вертикально расположенного шпинделя центробежной машины и крепится на планшайбе с помощью замкового устройства. Для этой цели в планшайбе шпинделя машины имеются гнезда, в которые входят два выступа основания 1 формы. Закрепление производится специальным ключом, входящим в вырезы кольца 6; при повороте ключа вырезы кольца заходят в пазы шпилек.

Для выпрессовывания залитого пакета ротора из формы слу­жит специальный съемник (рис. 14, а), состоящий из трех шпи­лек 9 и центрального пальца 10, закрепленных в основании 11 и входящих при выпрессовывании в отверстия, имеющиеся в крышке.

Перед заливкой первого пакета ротора форму нагревают до тем­пературы 100—150°, снимают с колонок запорное кольцо 6, для чего оно поворотом ключа выводится из вырезов колонок. Затем

С основания 1 снимается крышка и устанавливается на верстак. В кольцо 2 наружным диаметром устанавливается пакет железа ротора 8 таким образом, чтобы железо своими зубцами опиралось на специальные выступы вкладыша и фиксировалось фиксатором 12; тем самым обеспечивается свободное прохождение в пазы железа калибра необходимого размера. Сверху надевают крышку с такими же выступами, как и в нижнем вкладыше, упирающемся в зубцы железа ротора и кольцо 6. Под прессом железо пакета ротора опрес - совывается до размера, указанного в чертеже, после чего ключом поворачивают кольцо 6 на угол, обеспечивающий заход пазов кольца в пазы колонок. Скрепленная таким образом форма с пакетом же­леза ротора ставится своей конусной расточкой на конус план­шайбы, а своими выступами в пазы планшайбы центробежной ма­шины. На форму сверху опускается специальный защитный кожух, укрепленный на колонке машины. Затем включают электродвига­тель, приводящий через клиновидные ремни шкив шпинделя ма­шины с планшайбой и формой во вращение. Алюминий заливают через воронку, смонтированную на верхней части предохранитель­ного кожуха машины. Отверстие воронки совпадает с отверстием крышки формы, являющейся одновременно и литником. Металл из воронки попадает в литниковое отверстие крышки, проходит в отверстие пакета и при выходе из пакета под действием центро­бежной силы заливает нижнее короткозамкнутое кольцо. Подни­маясь по паззм вверх, сплав остается в них, образуя стержни обмотки, и заливает верхнее короткозамкнутое кольцо.

После того как металл из ковша необходимой емкости и во­ронки выльется в литник формы, машина вращается еще 10—15 сек., до полного затвердевания алюминия. После остановки машины предохранительный кожух поднимают вверх и повертывают на стойке. Запорное кольцо 6 формы вращают ключом до тех пор, пока грани его овальных отверстий не выйдут из вырезов колонок, а вы­ступы основания 1 формы — из гнезд планшайбы. Форму с отлив­кой снимают с машины, устанавливают на специальную подставку на верстаке и выпрессовывают из формы на прессе при помощи съемника пакет железа ротора с залитой короткозамкнутой обмот­кой.

При заливке металл не должен выплескиваться в литник, так как он зальет литник и не заполнит пазы железа; нельзя также прерывать струю металла.

Емкость ковша должна обеспечивать металлом только одну заливку. Ковш перед работой и в процессе работы по мере отставания краски должен окрашиваться теплоизоляционной краской.

При изготовлении некоторых гиромоторов, у которых сопротив­ление роторной обмотки, а следовательно, и обороты колеблются в широких пределах, короткозамкнутую обмотку ротора заливают не алюминием, а сплавом AJ12 на центробежных машинах или на машинах литья под давлением.