Литьевые материалы в электромашиностроении

В электрических машинах литые детали составляют 35 – 60% общей массы. Наибольшее применение находят отливки из серого чугуна, стали и алюминия. Широко применяются также изделия из пластических масс, получаемые в большинстве случаев литьем. Изделия из меди, латуни и бронзы изготавливают в основном штамповкой.

Чугун применяется двух видов – серый и ковкий чугун. Из серого чугуна отливают различные виды корпусов, коробки выводов, станины, щиты подшипниковые, крышки, втулки, шайбы нажимные электрических машин общего назначения. Серый чугун обозначают как СЧ10, СЧ15, СЧ20, СЧ30, СЧ35 (ГОСТ 1412-85), где цифра обозначает прочность на сжатие. Серый чугун является самым дешевым из литейных сплавов; обладает способностью рассеивать вибрационные колебания при переменных нагрузках. К недостаткам серого чугуна следует отнести его низкую пластичность и плохие магнитные свойства. Аналогичные детали для взрывобезопасных машин выполняют из высокопрочного (ВЧ) или ковкого чугуна (КЧ), которые обладают повышенной прочностью, но на 30% дороже серого чугуна.

Стальное литье применяют в электрических машинах в тех случаях, когда необходимы детали с высокими прочностными характеристиками. Из стали отливают корпусы, щиты подшипниковые, детали коллекторов, нажимные фланцы, валы, втулки роторов, нажимные шайбы. Обычные стали обладают хорошими магнитными свойствами и их используют в качестве магнитопроводов (например, станины машин постоянного тока, сердечники электромагнитных реле и т.д.).

Для магнитопроводов необходимо выбирать сталь с содержанием массовой доли углерода менее 0,25%. В случае изготовления сварных изделий необходимо брать сталь с содержанием массовой доли углерода более 0,18%. Стальные отливки на 50% дороже, чем отливки из серого чугуна.

Алюминий обладает прекрасными литейными свойствами, высокой электропроводностью и достаточно прочен. При производстве электрических машин из алюминиевых сплавов отливают корпусы и щиты подшипниковые машин небольшой мощности, крышки, коробки выводов, вентиляторы и многое другое. Для отливки корпусов, подшипниковых щитов, вентиляторов используют алюминий марок Ал2 (алюминиево-кремниевый сплав). Для отливки крупных деталей сложной конфигурации используется сплав Ал11 (алюминиево-кремнисто-цинковый), а для деталей, требующих повышенной герметичности, сплав Ал9 с добавкой магния.

Преимуществом алюминиевых сплавов является малая плотность, высокая коррозионная стойкость, хорошие литейные свойства и обрабатываемость резанием. Высокая электропроводность и прекрасные литейные свойства сделали алюминиевые сплавы незаменимыми при изготовлении обмоток роторов асинхронных двигателей, выполняемых заливкой расплавленного алюминия. Наиболее прогрессивный способ алюминиевого литья под давлением дает высокую точность размеров деталей (± 1%), хорошее заполнение пустот, возможность получения отливок сложной конфигурации.

Виды литья

Способ получения заготовок методом отливки их имеет большие возможности по сравнению с другими, например резкой, ковкой, штамповкой. Можно изготовить из различных сплавов отливки разных габаритов, сложной формы и различным качеством поверхности. Это тем более важно, что некоторые сплавы нельзя ковать, штамповать и подвергать ударным нагрузкам. Применение литья позволяет снизить объем механической обработки, уменьшить расход металла в стружку, увеличить производительность и т.д. Отливка образуется путем заливки расплавленного металла в форму, образующую в основном наружные стенки детали. Внутренние полости, отверстия и другие элементы сложных изделий образуются с помощью стержней, имеющих вид простых геометрических фигур. Набором стержней можно получить отливки сложной формы.

Литье в песчано-глинистые формы является наиболее древним способом получения отливок. Они выполняются из специальных смесей в виде двух полуформ, которые составляются вместе и образуют единый объем для заливки расплава. В верхней полуформе делают заливочную воронку литник и каналы для выхода воздуха и газов. Верхняя часть канала, отводящего газы, которая не входит в объем литой детали, называется прибылью. После остывания металла литник и прибыль должны быть удалены. Детали больших габаритов и весом до десятков тонн льют в формы, которые выполняют прямо в полу формовочного цеха. Форму для деталей небольших размеров делают в опоках, представляющих собой ящики, собираемые из пластин, образующих стенки и дно опоки. Формовка осуществляется по моделям и шаблонам. Модель часто выполняется из дерева и повторяет объемные очертания будущей детали. Шаблоном называют профильные доски, которой формуют в песчано-глинистой смеси необходимую поверхность. При большом количестве и простой форме выпускаемых изделий формовка осуществляется с помощью формовочных машин по модельному комплекту.

Процесс изготовления литой детали включает в себя изготовление модели или специальных шаблонов, приготовление формовочной смеси, выполнение полуформ с литниками и газовыми каналами, сборку полуформ, заливку форм расплавом. Некоторое время выдерживают изделие для застывания, а затем производят выбивку форм, т.е. разрушение формы для извлечения готовой детали. Далее очищают поверхности от остатков формовочной смеси металлическими щетками или с помощью пескоструйной машины, обрубают остатки литниковой системы, прибыли и облой. Облоем называют металл, застывший в зазоре между полуформами.

Литейное производство очень трудоемкое и вредное, поэтому его всегда стремятся механизировать и уменьшить долю ручного труда. Литье в песчано-глинистую форму позволяет получить детали сложной формы и уникальной конфигурации. При большом объеме производства применяют более прогрессивные методы образования форм и литья.

Оболочковая форма получается из смеси песка с термореактивными смолами, которые при нагревании обволакивают частицы песка. Полученная смесь наносится на шаблон и запекается при температуре 300 – 350^оС. Оболочка снимается с шаблона и соединяется с другой частью. В результате образуется необходимая для заливки расплава форма. При извлечении готовой детали оболочка разрушается. Метод малопроизводителен и применяется для литья мелких деталей сплошного объема.

Литье по выплавляемым моделям применяется для получения изделий сложной формы. Модель изделия выполняется из легко выплавляемого материала, например из смеси парафина, воска и других добавок. Затем модель покрывают несколькими слоями огнеупорной смеси, образующими прочную оболочку детали. Далее выплавляют легкоплавкую модель, а оболочку запекают или прокаливают в печи. Полученную форму используют для заливки расплавом. Способ сложен, дорог и применяется только при необходимости для отливки деталей сложной формы. В электромашиностроении не применяется.

Центробежное литье используется для получения отливок с осевой симметрией с целью лучшего заполнения формы или получения двухслойных структур из разных материалов. При центробежном литье может отсутствовать литниковая система и деталь получается более прочной.

Литье в кокиль широко применяется в массовом и крупносерийном производстве. Оно позволяет механизировать и автоматизировать процессы литья, повысить производительность труда, улучшить его условия. Кокилем называют разъемную литейную форму, которая используется для получения отливки много раз. Он выполняется из металла, имеющего более высокую температуру плавления, чем расплав. В теле кокиля делают охлаждающие его каналы, в которых циркулирует вода или газ. Внутреннюю поверхность кокиля покрывают специальной обмазкой, состоящей из жидкого стекла, мела и асбестовой крошки.

Сложные детали льют в разъемных кокилях с вертикальной или горизонтальной плоскостью разъема. В настоящее время в электромеханике используют и четырех секционные кокили, позволяющие отливать станины с ребрами охлаждения в двух плоскостях и с коробкой выводов. Кокили дороги в изготовлении, но выдерживают многократную заливку расплавом и позволяют получить детали высокой точности и чистоты поверхности. Для лучшего заполнения кокиля применяют метод центробежного литья и литья в вибрирующий кокиль. Вибрация создается электромагнитным или двигательным вибратором.

Литье под давлением позволяет получить хорошее заполнение тонкостенных отливок и отливок сложной формы, например пазов короткозамкнутого ротора асинхронного двигателя. Расплав подается в форму под большим давлением, до сотен атмосфер. Давление создается поршнем или сжатым воздухом при вертикальной подаче расплава. Камеры прессования могут быть холодными и горячими. Недостатком способа является сложность изготовления разъемной формы, создание специальной разливочной машины, наличие в отливке газов, которые не успевают выйти из ее тела. Однако, высокая точность детали и чистота поверхности значительно сокращают затраты на механическую обработку или исключают ее, что делает способ экономически выгодным. Машины литья под давлением легко вписываются в единый технологический процесс.