肖洪波

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,蘇州 215104)

交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)帶鐵心定子的制造與模具工藝保證

肖洪波

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院,蘇州 215104)

交流驅(qū)動(dòng)電機(jī)具有輸出功率和轉(zhuǎn)速要求高等特點(diǎn)，在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，降低生產(chǎn)成本是提高其競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。定子鐵心疊壓精度的提高和以低碳鋼板折圓技術(shù)替代傳統(tǒng)的無(wú)縫鋼管或鋁合金機(jī)殼有助于電機(jī)質(zhì)量提升和生產(chǎn)成本的降低。已完成試制并投入生產(chǎn)的內(nèi)漲式自動(dòng)卸料定子鐵心疊壓模可獲得充分整齊無(wú)錯(cuò)位的定子鐵心；依托4套冷沖壓模具可將低碳鋼板材折圓成高精度的電動(dòng)機(jī)機(jī)殼，它們具有生產(chǎn)效率高、制造成本低和產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定的特點(diǎn)。

預(yù)彎；折圓；定子鐵心；疊壓；精整

0 引 言

為使交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行可靠和安裝方便，零部件間的配合尺寸、安裝尺寸和定轉(zhuǎn)子間的同軸度要求較高。定子鐵心是電動(dòng)機(jī)定子的基體，而機(jī)殼是承載電機(jī)兩側(cè)端蓋并保證定、轉(zhuǎn)子間隙均勻度的最重要零件，因而改善定子鐵心質(zhì)量并優(yōu)化機(jī)殼結(jié)構(gòu)與制造工藝就顯得尤為必要。圖1為一臺(tái)交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)照片。

圖1 交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)外觀

1 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)分析

圖2為80 mm外徑的交流驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖。該電機(jī)的采用鑄鋁鼠籠轉(zhuǎn)子，定、轉(zhuǎn)子間隙必須均勻。如圖3所示，機(jī)殼與帶繞組定子鐵心以熱套法獲得可靠的過(guò)盈配合。

圖2 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖3 定子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 帶鐵心定子結(jié)構(gòu)工藝分析

該電機(jī)定子鐵心結(jié)構(gòu)如圖4所示。它由200片定子沖片(如圖5所示)借組鉚釘疊壓而成。從技術(shù)角度而言，定子鐵心的鉚壓必須牢固，并要求其端面的平整度好、沿軸向的垂直度好；為保證電動(dòng)機(jī)的震動(dòng)和溫升指標(biāo)，定子鐵心中沖片的參差必須控制在0.02 mm以?xún)?nèi)。

圖4 電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖5 定子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

3 定子鐵心的疊壓

按照批量的不同，定子鐵心的迭壓可由簡(jiǎn)易式迭壓?；蜃詣?dòng)卸料式迭壓模來(lái)完成。由于簡(jiǎn)易式迭壓模定位精度相對(duì)較差且操作不便，故不宜作為首選。

3.1內(nèi)漲式自動(dòng)卸料定子鐵心疊壓模具工作原理

(1)理片

(2)模具的裝夾

選擇立式油壓機(jī)，將圖6所示疊壓模用壓板和螺栓固定在油壓機(jī)的工作臺(tái)上；

(3)鐵心的裝夾

如圖6所示，將與沖片內(nèi)孔間隙配合的開(kāi)口彈性套筒(如圖9所示)插入已理好的定子沖片散片內(nèi)孔，再將與沖片槽型間隙配合的槽樣棒(如圖7所示)分別插入該組沖片相對(duì)稱(chēng)的兩槽中。

圖6 自動(dòng)卸料式鐵心的迭壓模具

圖7 槽樣棒

圖8 鉚爪

圖9 彈性套筒

(4)鉚壓

將上述已插入的彈性套筒和兩根槽樣棒的尚松動(dòng)的定子鐵心一并套入模具的定位芯和卸料板鑲?cè)?如圖10所示)相應(yīng)的二槽樣棒定位孔 (如圖10所示) 中；當(dāng)上模下行，軸向松散的沖片被上模壓料圈(如圖11所示)逐步壓緊，隨著預(yù)緊橡皮被壓縮，當(dāng)卸料板的下平面與限位圈的上平面相碰時(shí)，鉚爪頭部剛好插入鉚釘中心孔，并且翻鉚結(jié)束。

(5)脫模取件。

圖10 卸料板鑲?cè)?/p>

圖11 壓料圈

3.2特點(diǎn)分析

(1)隨著上模下行，沖片散片先被彈性壓緊再行鉚壓，確保了定子鐵心沖片間的緊密度；

(2)在鉚壓過(guò)程中，限位圈起到了剛性限位的作用，這充分保障了鐵心兩端面的平整度；

(3)在鉚壓的初始階段，開(kāi)口彈性套筒頂部受到上模壓頭的軸向彈性擠壓，開(kāi)口彈性套筒沿定位芯的錐體微量下行，并同時(shí)發(fā)生徑向擴(kuò)張，使開(kāi)口彈性套筒外緣與鐵心內(nèi)孔之間的定位產(chǎn)生了零間隙的理想效果，徹底擺脫了定子鐵心內(nèi)和外緣的參差不齊誤差。

(4)槽樣棒的斷面形狀為圓形，其直徑為定子沖片槽型的最大內(nèi)接圓直徑，并取間隙配合，這樣既便于加工，其插入鐵心槽型更顯順暢(三點(diǎn)接觸)。顯然，這樣的設(shè)計(jì)優(yōu)于傳統(tǒng)按槽型以線(xiàn)切割加工所得的槽樣棒。

4 機(jī)殼分析

圖12所示為該電動(dòng)機(jī)外殼，采用導(dǎo)磁性能和彎曲性能皆?xún)?yōu)的5.5mm 厚度鋼板，經(jīng)沖裁毛坯、預(yù)彎、折圓和精整四道工序完成。

圖12 折圓外殼

4.1機(jī)殼成形工藝分析

為滿(mǎn)足外殼的精度要求并避免板料折圓后的回彈，采取以下技術(shù)保障措施：

(1)折圓外殼毛坯展開(kāi)件兩端沖出相互吻合的凸、凹搭扣(圖13所示)；

(2)首道沖裁毛坯工序(如圖13所示)安排在沖床上進(jìn)行，其后的兩道成型工序和一道精整工序均安排在1 000 kN油壓機(jī)上完成。

(3)為達(dá)到內(nèi)孔精度要求，特設(shè)第四道精整工序。

圖13 外殼毛坯

4.2模具設(shè)計(jì)與分析

圖13所示外殼毛坯制件僅需一套落料模(單工序模)即可完成，在此不作詳述，這里主要介紹隨后的外殼預(yù)彎模、折圓模和精整模的工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

(1) 預(yù)彎工序與模具結(jié)構(gòu)分析

圖14為首道預(yù)彎件，采用了圖15所示預(yù)彎模便可獲得。將圖13毛坯件置于預(yù)彎模具的下模(注意：使搭扣邊處于左右位置)，因四周均有擋板限制，毛坯件在擋板間的初始定位在受壓之前是可靠的。隨著上模下行并下壓毛坯件，壓緊柱亦隨之下行，左、右擋板的定位作用漸失，但壓緊柱在壓緊橡皮回彈力的作用下，使毛坯件始終處于被壓緊狀態(tài)，從而確保了毛坯件在預(yù)彎的過(guò)程中不會(huì)發(fā)生移位現(xiàn)象。值得關(guān)注的是：毛坯件在前、后擋板之間始終處于間隙配合狀態(tài)，從而有效防止了毛坯件的在預(yù)彎過(guò)程中可能出現(xiàn)的錯(cuò)位和扭曲。

圖14 外殼預(yù)彎件

圖15 外殼預(yù)彎模具

根據(jù)文獻(xiàn)[2]，對(duì)成形部分的相關(guān)尺寸作如下計(jì)算(詳細(xì)標(biāo)注如圖16所示)。

圖16 預(yù)彎模上、下模相應(yīng)尺寸示意圖

其中，R0為預(yù)彎件回彈后直徑(如圖12所示)；K為預(yù)彎件回彈系數(shù)；R為中心線(xiàn)處二側(cè)半徑；t為預(yù)彎件厚度；R1上,R1下為上、下模二側(cè)半徑；R2為中心線(xiàn)處中間半徑；R2上，R2下為上、下模中間半徑；α0為預(yù)彎件回彈后中心角，取手冊(cè)推薦值α0=100°；α為上、下模中心角。

(2) 折圓模結(jié)構(gòu)及工作原理分析

工作原理： 如圖17所示，將上道所得預(yù)彎件置于折圓模的下模型腔之上，并處于左右擋板和中間擋板之間；順時(shí)針合上上模擺動(dòng)支架(圖17中實(shí)線(xiàn)位置),使其下部圓弧槽扣入支承銷(xiāo)；啟動(dòng)油壓機(jī)使上模下行，當(dāng)折圓壓柱接觸預(yù)彎件頂端后繼續(xù)下壓，預(yù)彎件兩側(cè)小圓弧則沿對(duì)稱(chēng)中心逐漸上翻并包裹在折圓壓柱的外緣，當(dāng)上模折圓壓柱壓至至底部時(shí)，兩側(cè)小圓弧剛好合攏，伴隨清脆的聲響，五搭扣準(zhǔn)確落入相應(yīng)槽中；當(dāng)上?；爻讨猎缓?，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)擺動(dòng)支架至如圖17所示位置(雙點(diǎn)劃線(xiàn))，并抽出折圓外殼機(jī)殼即可(即脫模取件)；重復(fù)上述操作便可進(jìn)行下一循環(huán)的操作。

圖17 機(jī)殼折圓模具

模具特點(diǎn)：① 折圓壓柱左側(cè)設(shè)置階臺(tái)，增強(qiáng)了其剛度，加之下壓工作時(shí)有擺動(dòng)支架的支撐，工作時(shí)的受力狀態(tài)由懸臂梁轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)支梁，從根本上保證了折圓壓柱與下模型腔在工作狀態(tài)仍能保證平行度指標(biāo)；② 下模中間擋板的圓弧輪廓低于折圓機(jī)殼的內(nèi)孔輪廓線(xiàn)，因而不影響折圓壓柱能正常下壓至底部。

(3) 整型模結(jié)構(gòu)分析

經(jīng)測(cè)量機(jī)殼的折圓件，軸向尺寸較好，但內(nèi)、外圓尺寸存在橢圓誤差(0.1 mm)，因此作為最后一道的精整工序是必不可少的。

由于機(jī)殼制件折圓后尚存在少量回彈致使內(nèi)、外徑尺寸未能達(dá)標(biāo)，借助圖18所示精整模具便可輕松達(dá)標(biāo)。如圖18所示，首先在上道所得折圓件內(nèi)孔插入芯棒，隨后放入精整模具的下模，開(kāi)啟油壓機(jī)進(jìn)行壓制。取上模和下模組成的內(nèi)腔直徑小于外殼外徑0.20～0.25 mm、芯棒外徑與卷圓件內(nèi)孔取0.05 mm間隙。經(jīng)擠壓后的折圓件獲得了冷作硬化的效果，這樣既增加了折圓機(jī)殼的表面硬度，又使內(nèi)外徑尺寸達(dá)標(biāo)后獲得了穩(wěn)定。最后上模的回程后，取下包裹有芯棒的機(jī)殼制件，并將其豎直擺放在圖18中右側(cè)的卸料筒上，在氣壓機(jī)上頂出即可。

圖18 精整模具

該模具的主要特點(diǎn)是：① 為確保折圓件不會(huì)因受力過(guò)大而出現(xiàn)尺寸超差，在上、下模接合面處各磨去0.125 mm，這樣便獲得了0.25 mm 的精整限位量。② 為減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，在核心零件芯棒內(nèi)部設(shè)置Φ40 mm通孔。

5 結(jié) 語(yǔ)

內(nèi)漲式自動(dòng)卸料定子鐵心疊壓模具克服了傳統(tǒng)鐵心疊壓模鐵心產(chǎn)品片間參差不齊的問(wèn)題。運(yùn)用低碳鋼板折圓工藝替代無(wú)縫低碳鋼管車(chē)削工藝，在電機(jī)大批量生產(chǎn)中顯現(xiàn)出了生產(chǎn)成本和廢品率極大降低、提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的優(yōu)勢(shì)?？梢哉J(rèn)為，工藝裝備技術(shù)的改進(jìn)是產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量獲得提高的根本保證。

[1] 趙如福．金屬機(jī)械加工工藝人員手冊(cè)[M]．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.

[2] 沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫(xiě)組．沖模設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[3] 非標(biāo)準(zhǔn)共模設(shè)計(jì)修訂組．非標(biāo)準(zhǔn)工模設(shè)計(jì)[M]．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1983.

TheManufactureandDieProcessingEnsuranceoftheIronCoreStatorofACDriveMotor

XIAOHong-bo

(Suzhou Institute of Industrial Technology,Jiangsu 215104,China)

AC drive motor has the characteristics of high output power and high speed requirement. In the fierce market competition, reducing the production cost is the key. The improvement of stator core lamination precision and the technology of low carbon steel plate folding round in place of the traditional seamless steel tube or aluminium alloy casing helped to the motor quality improvement and the production cost reduction. The inner expansion type automatic discharging stator iron core lamination die that had been completed and put into production could obtain full and orderly non dislocation stator core. With 4 sets of cold stamping dies the low carbon steel plate could be folded round to the high accuracy motor casing. They had the characteristics of high production efficiency, low manufacturing cost and stable product quality.

pre-bending; folding round; stator iron core; laminate; finishing

2016-07-12

江蘇高校品牌專(zhuān)業(yè)建設(shè)工程項(xiàng)目(PPZY2015B186)

TM34

：A

：1004-7018(2016)11-0081-05

肖洪波(1960-)，男，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，工程師。