永磁同步電動(dòng)機(jī)磁鋼的粘接工藝
邱克立(湖南大學(xué)長(zhǎng)沙l，410082)
l引 言
永磁電機(jī)有別于電磁式電機(jī)，以釹鐵硼燒結(jié)材料充磁代替電勵(lì)磁。因此，磁極和磁軛之間需要連接，其連接方法有螺紋連接、鑲接和粘接。在衡量三種方法的利弊之后，決定在樣機(jī)試制中采用粘接。這是因?yàn)槁菁y連接要在磁鋼上鉆孔，難度較大；若在燒結(jié)成型之前進(jìn)行預(yù)留孔處理，則使模具復(fù)雜化。鑲接固然可以，但在電機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后磁瓦容易松動(dòng)，況且加工精度要求高，磁極與磁軛的配合間隙難以滿足，而采用粘接，對(duì)于磁極與磁軛的加工精度要求不高，成本低，方法簡(jiǎn)便；在零部件裝配中采用膠合工藝，可簡(jiǎn)化一些零部件的結(jié)構(gòu)，甚至可簡(jiǎn)化整個(gè)電機(jī)的結(jié)構(gòu)，又因?yàn)槟z接處的應(yīng)力分布比螺釘連接更為均勻，因此可使電機(jī)在振動(dòng)和沖擊負(fù)荷下可靠的工作。
2膠種的選擇
根據(jù)電機(jī)對(duì)粘接部位的技術(shù)要求，對(duì)選用的膠種進(jìn)行了篩選。雖然環(huán)氧酚醛類型的合成樹脂膠粘接強(qiáng)度高，有一定的耐濕熱老化能力，但導(dǎo)磁性差，而且長(zhǎng)期使用會(huì)逐漸老化，導(dǎo)致電機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中磁極脫離磁軛。在幾種無(wú)機(jī)膠中，認(rèn)為wJz型硅酸鹽無(wú)機(jī)膠能夠滿足要求。
該膠如欲應(yīng)用于永磁電機(jī)中磁極與磁軛的粘接，必須解決初固化速度和導(dǎo)磁能力。
2．1提高膠層初固化速度
被粘接對(duì)象是若干片狀的磁瓦與圓形轉(zhuǎn)子，要將一片片的磁瓦沿徑向粘貼在圓周面上，難度較大，除了專用夾具外，尚需改善膠的初固化性能，即加快凝膠速度，使其能在短時(shí)間內(nèi)將磁瓦貼附在磁軛上面。由于該膠屬于水溶性，通過(guò)在基料中加入添加劑，在不降低或者對(duì)粘附性能影響較小的前提下，加快凝膠速度。這種添加劑可以是硼酸鹽、氟化物、氟硅酸鹽，亦可以是磷酸鹽。或者凝膠速度雖快，但影響粘接強(qiáng)度較為明顯；后者在一定濃度下對(duì)粘接強(qiáng)度影響的幅度不大，因此，選擇可溶性磷酸鹽作為添加劑。附表是添加量與初固化時(shí)間的關(guān)系，添加量宜控制在0．2％～O．4％之間，既縮短了初固化時(shí)問(wèn)，又保持了足夠的粘接強(qiáng)度。
2．2導(dǎo)磁能力的改善
wJZl01的膠層不具備導(dǎo)磁能力，必須引進(jìn)磁性材料。較為簡(jiǎn)便、廉價(jià)的原料是鐵粉。對(duì)于提高導(dǎo)磁能力，當(dāng)然是鐵粉愈多愈好，但為使粘接強(qiáng)度不下降太多，又必須控制其加入量。盡管加入一定的鐵粉，可改善導(dǎo)磁能力，但鐵粉在膠層里并非連續(xù)分布，因而限制了導(dǎo)磁能力進(jìn)一步提高，可行的辦法是盡量縮減膠層的厚度，以提高磁力線在磁極與磁軛之間的穿越能力，降低磁能損失。由于該膠對(duì)釹鐵硼材料附著力強(qiáng)。這就為降低膠層厚度創(chuàng)造了條件。經(jīng)試驗(yàn)，在膠層厚度降低到O．3mm以下，仍有足夠的粘接強(qiáng)度。3粘接性能及模擬件工藝試驗(yàn)
3．1粘接強(qiáng)度破壞試驗(yàn)
粘接接頭為軸套配合，軸為釹鐵硼燒結(jié)塊，套為磁軛材料——10碳鋼，配合間隙為0．2～0．3mm。
粘接強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果為：
壓剪：3．9～4．9MPa
扭轉(zhuǎn)：2．9～3．9MPa
兩者均為釹鐵硼斷裂。試驗(yàn)結(jié)果表明，粘接強(qiáng)度大于磁極材料的破壞強(qiáng)度，只要電機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，磁極不破壞，其膠層完全能夠承受線速度的沖擊。
3．2冷熱沖擊試驗(yàn)
3．2．1 試驗(yàn)條件
將粘接件置于恒溫箱內(nèi)．加熱溫度為250℃，然后取出迅速冷至室溫。將粘接件置于冷凍機(jī)內(nèi)，冷卻至-60℃，然后取出回復(fù)至室溫。
3．2．2試驗(yàn)結(jié)果
250℃反復(fù)沖擊10次，膠層無(wú)裂紋，粘接強(qiáng)度保持率大于90％。-60℃反復(fù)沖擊10次，膠層無(wú)裂紋，粘接強(qiáng)度保持率大于95％。
3．3模擬件磨削加工試驗(yàn)
將經(jīng)過(guò)粘接的轉(zhuǎn)子在磨床上磨削加工。
3．3．1試驗(yàn)條件
砂輪轉(zhuǎn)速：70r／rain
進(jìn)刀量：0．5×10-2mm
3.3.2試驗(yàn)結(jié)果
經(jīng)過(guò)15h磨削、冷卻液的沖刷，磁極表面磨削厚度達(dá)2～3mm，膠層仍然牢固。
3．4運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)
轉(zhuǎn)子裝機(jī)后，經(jīng)過(guò)1．2倍額定轉(zhuǎn)速(即1 800r／min)超速試驗(yàn)，每次時(shí)間在10min以上，電機(jī)無(wú)震動(dòng)及其他不良現(xiàn)象，抽出轉(zhuǎn)子觀察磁瓦亦無(wú)松動(dòng)脫膠現(xiàn)象。
4樣機(jī)粘接
4．1粘接接頭型式
將磁軛設(shè)計(jì)成鑲嵌結(jié)構(gòu)，即沿徑向兩邊加工成6mm的邊槽(見附圖)．使磁極瓦塊與轉(zhuǎn)子圓周構(gòu)成半槽接，有利于提高剪切強(qiáng)度和耐沖擊性能，以克服運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)離心力的作用。
4．2粘接工藝
磁極與磁軛除銹．表面用工業(yè)丙酮清洗干凈，準(zhǔn)備固定夾具，即可進(jìn)行調(diào)膠、粘接。當(dāng)磁極與磁軛涂膠疊合后，必須定位加壓，室溫放置一夜，分階段升溫固化。該工序可在干燥箱內(nèi)進(jìn)行。
工藝過(guò)程為：
60℃×1～1．5h→80℃×j～1．5h→100℃×1h→120℃×O．5h→150℃×2h
5結(jié)語(yǔ)
通過(guò)膠合性能測(cè)試，樣機(jī)粘接部位的三項(xiàng)性能均已達(dá)到或超過(guò)設(shè)計(jì)要求。
(1)該電機(jī)已進(jìn)行1．2倍的額定轉(zhuǎn)速(即1 800r／min)的超速試驗(yàn)，磁極未剝落。
(2)耐高、低溫試驗(yàn)，原設(shè)計(jì)要求-40～+80℃，試驗(yàn)結(jié)果為-60～+250℃。
(3)磁鋼磁通密度，經(jīng)測(cè)試在0．85T以上。
實(shí)踐證明，對(duì)于永磁同步電動(dòng)機(jī)，采用wJZ硅酸鹽膠作為磁極和磁軛的連接材料，采用粘接工藝是一種經(jīng)濟(jì)、簡(jiǎn)便而又可靠的方法，具有較高的質(zhì)量保證和經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
1 陳峻峰．永磁電機(jī)．北京機(jī)械工業(yè)出版社，1983(4)
2方日杰．電機(jī)制造工藝學(xué)．北京機(jī)械工業(yè)出版社，1995(5) |
