Quality Evaluations of Induction Motor Rotors during Die Casting Process II

유도전동기 회전자 금형주조 시 품질평가 II

Abstract

This study focused on improving the cast quality of small-sized induction motor rotors during the die casting process. A new rotor core cast model was proposed based on previous research results and parametric studies. Numerical analyses using 3-dimensional half models were performed to evaluate the filling patterns of aluminum molten metals into a mold and on-site experiment performed to verify the newly proposed cast model. The following were obtained from numerical filling analyses and experimental results. First, molten metals started to fill the lower end ring, then moved on to fill the core slot and upper end ring and finally stopped to fill at the rotor core slot. Second, significant circulation of molten metals was not observed on the lower end ring, resulting in fewer defects at the section of the lower end ring from the experimental results. Third, the new shape of a rotor core cast was effective in producing rotors with sound cast quality, and reducing the end ring cast defect area by approximately 70 %.

본 연구는 소형 유도전동기 회전자를 생산공장에서 금형주조(die casting)로 제작 시 발생하는 cast 부 품질문제를 개선하기 위하여 수행되었다. 1차 연구결과와 현장 적용성을 고려한 수많은 parametric study를 통하여 새로운 rotor core cast model을 제안하였으며, 그 제안된 model에 대한 유효성을 평가, 검증하기 위하여 주조해석 전용프로그램을 사용한 수치해석과 실제품에 대한 현장실험을 통하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 첫째, 유도전동기 회전자의 새로운 cast model에 대한 충진해석을 수행한 결과 용탕은 하부 end ring 부를 먼저 충진하고 이동하여 상부 end ring, core slot 부분을 충진하고 최종적으로 core slot 부분에서 충진이 완료된다. 둘째, 새롭게 제안된 rotor core cast model에 대한 용탕의 유동 양상을 보면 하부 end ring 부에 용탕의 유동에 의한 와류가 적게 발생하였으며, 현장실험 결과 하부 end ring 부 단면에서 소량의 작은 결함만이 발견되었다. 셋째, 유도전동기 회전자 제작 시 rotor core cast 형상 변경을 통하여 end ring 부 결함 발생 면적이 약 70 % 감소한 양호한 품질의 회전자를 생산할 수 있다.

Fig. 1. Configuration of rotor core

Fig. 2. Die casting equipment

Fig. 3. End ring die

Fig. 4. Configuration of rotor core cast

Fig. 5. Numerical analysis model of rotor core cast

Fig. 6. Filling patterns of molten metals

Fig. 7. Evaluation location of filling patterns

Fig. 8. Filling patterns of molten metals at section-1

Fig. 9. Filling patterns of molten metals at section-2

Fig. 10. Filling patterns of molten metals at section-3

Fig. 11. Sectional view of lower end ring cast

Table 1. Chemical compositions of rotor core(wt. %)