牽引電機(jī)端蓋加工的去應(yīng)力退火工藝優(yōu)化

鮑 泉，王梓林，成艷琪，唐贏武，隨帥民

（中車株洲電機(jī)有限公司，湖南 株洲 412001）

1 引言

牽引電機(jī)的端蓋是整個(gè)電機(jī)的關(guān)鍵零件之一，端蓋的止口作為定位基準(zhǔn)，其精度直接決定著電機(jī)軸承的裝配精度，進(jìn)而影響整個(gè)電機(jī)的性能[1-3]。考慮電機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性，牽引電機(jī)的傳動(dòng)端常采用柱軸承，在軸向上不受力，因此傳動(dòng)端端蓋在軸向上不受力，加上電機(jī)的通風(fēng)窗口問題、輕量化問題，牽引電機(jī)傳動(dòng)端端蓋大多設(shè)計(jì)為鏤空多孔的結(jié)構(gòu)，如圖1所示。端蓋上軸承室外的氣動(dòng)平衡槽等結(jié)構(gòu)相對(duì)比較復(fù)雜，無法一次鑄造成型，必須先將鑄造好的毛坯進(jìn)行加工，加工完后焊接封板形成腔體，但焊接應(yīng)力釋放帶來的變形會(huì)影響端蓋的制造精度。

圖1 某型電機(jī)傳動(dòng)端端蓋結(jié)構(gòu)圖

傳動(dòng)端端蓋的鏤空輕薄、非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，以及焊接結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)零件的加工工藝性造成負(fù)面影響，在傳動(dòng)端端蓋的制作過程必須消除鑄造應(yīng)力釋放形變、焊接應(yīng)力釋放形變等形變問題。目前常采用去應(yīng)力退火的方式對(duì)減小端蓋的殘余應(yīng)力，本文以某型牽引電機(jī)為例，對(duì)牽引電機(jī)端蓋不同去應(yīng)力退火工藝對(duì)端蓋制造精度的影響行研究，旨在為電機(jī)端蓋的設(shè)計(jì)和加工提供依據(jù)。

2 試驗(yàn)方案制定與實(shí)施

2.1 試驗(yàn)材料與方案

某型牽引電機(jī)的端蓋采用的Q345R，根據(jù)NB/T47015—2011中的推薦以及前期的研究，去應(yīng)力退火的保溫溫度設(shè)定為600℃，因此制定如表1所示的試驗(yàn)方案，研究保溫時(shí)間和冷卻方式對(duì)傳動(dòng)端端蓋殘余應(yīng)力及最終端蓋止口加工變形的影響。

表1 試驗(yàn)方案

殘余應(yīng)力采用小孔法，通過高靈敏度應(yīng)變片來測(cè)量，先測(cè)量圖1所示的A、B、C、D四個(gè)方向的應(yīng)力大小，然后在取平均值得出的平均應(yīng)力σ的大小。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

傳動(dòng)端端蓋在表1中6種去應(yīng)力退火工藝參數(shù)下的應(yīng)力測(cè)試結(jié)果如表2所示，從表2中應(yīng)力結(jié)果可以看出，3種保溫時(shí)間下隨爐冷卻的殘余應(yīng)力大小明顯小于空冷時(shí)的應(yīng)力大小，這是因?yàn)殡S爐冷卻時(shí)間長(zhǎng)，溫度變化緩慢，對(duì)零件殘余應(yīng)力釋放更徹底。同種冷卻方式下保溫時(shí)間為3.5h、5h時(shí)端蓋的應(yīng)力較2h保溫時(shí)間的應(yīng)力小，但是3.5h和5h兩種保溫時(shí)間下端蓋的應(yīng)力大小基本相同，無明顯差異，這是因?yàn)楸貢r(shí)間到3.5h左右時(shí)，端蓋的殘余應(yīng)力已經(jīng)基本得到釋放。

表2 應(yīng)力測(cè)試結(jié)果

將去應(yīng)力退火后的傳動(dòng)端端蓋進(jìn)行精加工，加工后端蓋止口的直徑尺寸變化如表3所示，圓度的變化如表4所示。

表3 止口加工后的直徑尺寸（單位/mm）

表4 止口加工后的圓度大小

從表3、表4中的直徑、圓度變化可以看出，傳動(dòng)端端蓋在加工完24h后和裝配前的尺寸非常接近，這說明加工24h后，加工過程中產(chǎn)生的應(yīng)力釋放基本完成，尺寸趨于穩(wěn)定。第3組和第5組的直徑尺寸變化、圓度變化較小，滿足生產(chǎn)要求，這是因?yàn)檫@兩種去應(yīng)力退火工藝處理后，殘余應(yīng)力較小，因此產(chǎn)生的殘余變形較小。鑒于工業(yè)成本的考慮，保溫3.5h后，采用隨爐冷卻的方式進(jìn)行傳動(dòng)端端蓋的去應(yīng)力退火較為合適，能夠滿足端蓋加工的精度要求。

3 結(jié) 論

（1）傳動(dòng)端端蓋的精加工完成24h后，端蓋由加工殘余應(yīng)力引起的變形基本趨于穩(wěn)定，可以進(jìn)行下一步加工。

（2）傳動(dòng)端端蓋進(jìn)行600℃去應(yīng)力退火時(shí)，保溫時(shí)間在3.5h以上，采用隨爐冷卻的方式進(jìn)行冷卻，端蓋的去應(yīng)力效果較好，傳動(dòng)端端蓋在精加工后止口的變形較小，滿足加工精度、成本要求。

此工藝優(yōu)化成果已經(jīng)在異步牽引電機(jī)端蓋生產(chǎn)過程中采用，在批量生產(chǎn)過程中，加工精度可靠，因尺寸超差造成的端蓋報(bào)廢率明顯降低。