專利名稱：籠形轉(zhuǎn)子的低壓鑄造用鋁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于適用于旋轉(zhuǎn)電機(jī)的籠形轉(zhuǎn)子的低壓鑄造的、導(dǎo)電率較好的導(dǎo)體用鋁合金的成分。
籠形轉(zhuǎn)子的導(dǎo)體形成法，從小的轉(zhuǎn)子外徑尺寸來看，大致區(qū)分為壓鑄法、低壓鑄造法(低壓金屬模鑄造法)及將分流環(huán)釬焊在銅或者銅合金的溝槽導(dǎo)體棒上的釬焊方法。壓鑄法使用導(dǎo)電率較好的純鋁(約99.7%)，適用于小型的籠形轉(zhuǎn)子，電性能、電大小和機(jī)械強(qiáng)度是充裕的，因?yàn)槭谴罅可a(chǎn)所以設(shè)備投資容易。壓鑄法大體上限制轉(zhuǎn)子的外徑范圍是φ200～300。轉(zhuǎn)子外徑是φ300～500范圍的旋轉(zhuǎn)電機(jī)較多是多種少量生產(chǎn)，導(dǎo)體使用純鋁，低壓鑄造法是可以適用的，在相同尺寸的轉(zhuǎn)子中，比使用壓鑄法沒有材料缺陷，因此質(zhì)量是良好的。
圖6是一般的低壓鑄造裝置的縱斷面圖。在圖中，在具有儲(chǔ)備空氣口2a和蓋2b的能夠補(bǔ)充地保持金屬熔液1的爐2中，引鑄管3浸沒至底部附近。在引鑄管3的上端部，具有上澆口4a、能夠上下分離的澆口杯部4液封接合。下模5具有能夠與上澆口4a連通的鑄模澆口5b和用于下分流環(huán)的型腔5a。中間模6是在軸心插入軸6a，在周圍具有為導(dǎo)體用槽的型腔7a，中間模包圍層疊鐵心7的外周圍。上模8具有用于上分流環(huán)的型腔8a和用于葉片的型腔8b。澆口杯部4、下模5、中間模6和上模8在相互的接合面是能夠分離的。
將在軸心插入軸6a的層疊鐵心7裝入下模5、中間模6和上模8中，將整個(gè)金屬模適當(dāng)預(yù)熱，在澆口杯部4液封之后，使空氣等的氣壓(0.05～0.1氣壓程度)從空氣口2a加壓，于是金屬熔液1在引鑄管3上升，經(jīng)過澆口杯部4、上澆口4a、鑄模澆口5b，順序地上升到下分流環(huán)的型腔5a、槽的型腔7a、上分流環(huán)的型腔8a和葉的型腔8b，充滿所有的型腔。在型腔內(nèi)的金屬熔液凝固后，將上澆口4a和鑄模澆口5b之間的導(dǎo)體金屬割斷，這樣從澆口杯部4分離開下模5。然后分離下模5、中間模6和上模8，從中取出具有槽導(dǎo)體、分流環(huán)和葉的籠形轉(zhuǎn)子。在具有充分容積的澆口杯部4中的金屬熔液沒有凝固之時(shí)，分離下模5。
使用純鋁的低壓鑄造的籠形轉(zhuǎn)子的導(dǎo)體，尤其是在分流環(huán)中，發(fā)現(xiàn)如下的缺陷(1)在上分流環(huán)中產(chǎn)生循環(huán)缺陷。
(2)上分流環(huán)的表面產(chǎn)生裂紋(發(fā)裂)。
圖3是表示由純鋁形成的上分流環(huán)的金屬組織的照片。根據(jù)該圖3，結(jié)晶是相當(dāng)粗大化的。而且，上述缺陷(1)、(2)，在籠形轉(zhuǎn)子越大型、分流環(huán)的截面積(容積)越大、層疊鐵心的長(zhǎng)槽導(dǎo)體越細(xì)時(shí)，越容易產(chǎn)生，疲勞強(qiáng)度也下降。像這樣種類的籠形轉(zhuǎn)子，在將分流環(huán)釬焊到銅或者銅合金的槽導(dǎo)體棒上的方法中，不得不變更設(shè)計(jì)，因此價(jià)格高。
分析上述缺陷，(1)是細(xì)槽介于中間，在形成上下具有壁厚部(分流環(huán))形狀的同時(shí)，純鋁的固相線溫度與液相線溫度的差約3℃，是小的，因?yàn)榻饘倌?nèi)的導(dǎo)體不能從上方向下方順序凝固地充分定向結(jié)晶，幾乎沒有帽口效果引起。(2)是認(rèn)為由鑄造時(shí)的內(nèi)應(yīng)力造成的鋁晶界的應(yīng)力裂紋而引起的。
本發(fā)明的目的在于提供導(dǎo)電率不太降低的、防止分流環(huán)的縮孔和應(yīng)力裂紋、并且疲勞強(qiáng)度高的籠形轉(zhuǎn)子的低壓鑄造用鋁合金。
本發(fā)明1的籠形轉(zhuǎn)子的低壓鑄造用鋁合金是將軸插入軸心，在周圍用金屬模包圍具有導(dǎo)體用的槽的層疊鐵心的外周圍，從該金屬模的下部澆口的下方以低氣壓注入金屬熔液，形成槽導(dǎo)體和上下分流環(huán)的鋁合金，其組成是硅2～4%(重量)、其余為鋁。此外，本發(fā)明2是添加了鈦0.01～0.2%(重量)、硼0.001～0.01%(重量)。
根據(jù)本發(fā)明1，在最容易產(chǎn)生缺陷的上方的分流環(huán)中，(a)導(dǎo)電率的降低，純鋁是60 IACS%，硅4%(重量)是46 IACS%，作為籠形轉(zhuǎn)子的合金，硅是2～4%(重量)范圍是完全實(shí)用的。(b)固相液線溫度與液相線溫度的溫度差從3℃擴(kuò)大到63℃，在金屬模內(nèi)得到完全的定向結(jié)晶，帽口效果大，因而防止縮孔缺陷。(c)得到完全定向結(jié)晶，而且結(jié)果致密，晶界被強(qiáng)化，因此防止應(yīng)力裂紋，提高了疲勞強(qiáng)度。(d)固相線溫度僅80℃，是低的，金屬模預(yù)熱溫度也低，金屬模變形小，減少金屬熔液從模的分開面漏出，減少層疊鐵心的絕緣層的劣化，金屬熔液的溫度低就減少由氧化而引起的缺陷。(e)金屬熔液的流動(dòng)性提高，減少由此而引起的缺陷。
根據(jù)本發(fā)明2，添加微量的鈦和硼，因此不影響導(dǎo)電率降低，結(jié)晶更致密，疲勞強(qiáng)度提高。
附圖的簡(jiǎn)單說明

圖1是表示由實(shí)施例1的合金形成的上分流環(huán)的金屬組織的照片。
圖2是表示由實(shí)施例2的合金形成的上分流環(huán)的金屬組織的照片。
圖3是表示由純鋁形成的上分流環(huán)的金屬組織的照片。
圖4是導(dǎo)電率與實(shí)施例2所含的硅的重量%關(guān)系的曲線圖。
圖5是實(shí)施例2和純鋁相比較而形成的疲勞曲線圖。
圖6是一般的低壓鑄造裝置的縱斷面圖。
符號(hào)的說明1金屬熔液2保持爐3引鑄管4澆口杯部5下模5a型腔6中間模6a軸7層疊鐵心7a型腔8上模8a型腔實(shí)施例圖1是表示由實(shí)施例1的合金形成的上分流環(huán)的金屬組織的照片，圖2是表示由實(shí)施例2的合金形成的上分流環(huán)的金屬組織的照片，圖4是導(dǎo)電率(IACS%)與實(shí)施例2所含硅的重量%的關(guān)系曲線圖，圖5是實(shí)施例2和純鋁相比較的疲勞曲線圖。
實(shí)施例1是使用在圖6中說明的低壓鑄造裝置，將軸插入軸心中，在周圍用金屬模包圍具有導(dǎo)體用的槽的層疊鐵心的外周圍，從該金屬模的下部的澆口下方以低氣壓注入金屬熔液，形成槽導(dǎo)體和上下分流環(huán)的鋁合金，其組成是，Si3%(重量)、其余為A1，再添加Ti0.01%(重量)和B0.001%(重量)的合金。
由實(shí)施例1的合金形成的上分流環(huán)的金屬組織的照片如圖1所示，與前面的圖3所示的由純鋁形成的上分流的金屬組織的照片相比，可以清楚地看出，結(jié)晶是極其致密的。
實(shí)施例2的合金是不添加鈦和硼，是硅3%(重量)、其余為A1的合金。與圖3所示的由純鋁形成的上分流環(huán)的金屬組織照片相比，可以清楚地看出，沒有像實(shí)施例1那樣結(jié)晶是極其致密的。實(shí)施例1和實(shí)施例2的不同是由于添加鈦和硼而影響的。從圖4的導(dǎo)電率(IACS%)可看到，純鋁是60 IACS%，硅4%(重量)是46 IACS%，作為籠形轉(zhuǎn)子的合金，硅在2～4%(重量)的范圍是完全實(shí)用的。由圖5中表明，疲勞強(qiáng)度直至N＝106時(shí)，硅3%(重量)、其余為鋁的合金的強(qiáng)度遠(yuǎn)比純鋁高。疲勞強(qiáng)度成為問題，不僅是在通常的定速度的徑向離心力時(shí)，而且是在此時(shí)由起動(dòng)而引起的圓周方向的分力作為矢量參入時(shí)，通常使用的旋轉(zhuǎn)電機(jī)的起動(dòng)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于N＝106，所以以硅3%(重量)、其余為鋁的合金，應(yīng)該說在實(shí)用上具備足夠高的疲勞強(qiáng)度。
實(shí)施例2的硅3%(重量)、其余為鋁的合金防止上分流環(huán)的縮孔缺陷和應(yīng)力裂紋的理由說明如下(1)純鋁的固相線溫度和液相線溫度及其差是657℃、660℃和3℃，相反，實(shí)施例2的硅3%(重量)、其余為鋁的合金的上述溫度分別是577℃、640℃和63℃。相對(duì)于純鋁，實(shí)施例2的固相線溫度與液相線溫度的溫度差約60℃，是大的，金屬模內(nèi)的導(dǎo)體得到從上方向下方順序凝固的完全定向結(jié)晶，帽口效果大。因此，防止縮孔缺陷。
(2)得到完全定向結(jié)晶，由于結(jié)晶是致密的，晶界被強(qiáng)化，所以防止應(yīng)力裂紋，提高了疲勞強(qiáng)度。
(3)因?yàn)?0℃的固相線溫度是低的，所以金屬模的預(yù)熱溫度也只是這樣低，金屬模變形小，減少從金屬模的分開面漏出金屬熔液，減少層疊鐵心的絕緣層的劣化，金屬熔液的溫度低，這就減少由氧化造成的缺陷。
(4)金屬熔液的流動(dòng)性提高，這就減少由此而引起的缺陷。
實(shí)施例1的進(jìn)一步添加鈦0.01%(重量)和硼0.001%(重量)的合金，金屬組織變得更致密，機(jī)械強(qiáng)度提高。另外，鈦和硼的添加量，以Ti0.01～0.2%(重量)、及B0.001～0.01%(重量)的微量添加為好，以這種程度，實(shí)施例2的硅3%(重量)、其余為鋁的合金的固相線溫度和液相線溫度不受影響。
按照本發(fā)明1的籠形轉(zhuǎn)子的低壓鑄造用鋁合金，與純鋁相比，在最易發(fā)生缺陷的上分流環(huán)中，導(dǎo)電率的下降少，作為籠形轉(zhuǎn)子的合金是完全實(shí)用的，在金屬模內(nèi)得到完全定向結(jié)晶，帽口效果大，有防止縮孔缺陷的效果，因?yàn)榈玫酵耆ㄏ蚪Y(jié)晶，致密的晶界被強(qiáng)化，所以有防止應(yīng)力裂紋，提高疲勞強(qiáng)度的效果。
另外，僅僅固相線溫度低，金屬模的預(yù)熱溫度也低，金屬模的變形就小，減少金屬熔液從金屬模的分開面的漏出，減少層疊鐵心的絕緣層的劣化，金屬熔液的溫度低，因而減少由氧化造成的缺陷，金屬熔液的流動(dòng)性提高，具有減少由此而引起的缺陷的效果。
按照本發(fā)明2，鈦和硼的添加是微量的，不會(huì)影響導(dǎo)電率下降，結(jié)晶是更致密，有提高疲勞強(qiáng)度的效果。
權(quán)利要求
1.籠形轉(zhuǎn)子的低壓鑄造用鋁合金，其特征在于，將軸插入軸心，在周圍用金屬模包圍具有導(dǎo)體用的槽的層疊鐵心的外周圍，從該金屬模下部的澆口下方以低氣壓注入金屬熔液，形成槽導(dǎo)體和上下分流環(huán)的鋁合金，其組成為硅2～4%(重量)、其余為鋁。
2.權(quán)利要求1所述的籠形轉(zhuǎn)子的低壓鑄造用鋁合金，其特征在于，在所述鋁合金中添加鈦0.01～0.2%(重量)，及硼0.001～0.01%(重量)。
3.權(quán)利要求1所述的籠形轉(zhuǎn)子的低壓鑄造用鋁合金，其特征在于，組成為硅3%(重量)、其余為A1的籠形轉(zhuǎn)子的低壓鑄造用鋁合金。
4.權(quán)利要求3所述的籠形轉(zhuǎn)子的低壓鑄造用鋁合金，其特征在于，在所述合金中添加鈦0.01～0.2%(重量)，及硼0.001～0.01%(重量)的籠形轉(zhuǎn)子的低壓鑄造用鋁合金。
全文摘要
用金屬模包圍層疊鐵心，從該金屬模下部以低氣壓注入金屬熔液，形成槽導(dǎo)體和上下分流環(huán)的鋁合金，其成分是硅3％(重量)、其余為鋁，進(jìn)而添加鈦0.01％(重量)，及硼0.001％(重量)。導(dǎo)電率降低較少，由于定向結(jié)晶，帽口效果大，防止縮孔缺陷。致密的晶界被強(qiáng)化，防止應(yīng)力裂紋，提高疲勞強(qiáng)度。固相線溫度低，金屬模的預(yù)熱溫度也低，金屬模的變形就小，減少了從模分開面漏出金屬熔液，層疊鐵心的絕緣層的劣化，并減少由氧化而引起的缺陷。
文檔編號(hào)C22C21/00GK1107897SQ94118909
公開日1995年9月6日 申請(qǐng)日期1994年11月19日 優(yōu)先權(quán)日1993年11月19日
發(fā)明者倉增幸雄, 松村慶一, 南部勤, 沖陽一, 間中功一 申請(qǐng)人:富士電機(jī)株式會(huì)社