摘要：傳統(tǒng)新能源汽車電機鐵芯制造方式存在能量損耗大、工藝效率低等問題，難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)需求。開發(fā)了一種模內(nèi)點膠一體化成形設(shè)備及制造工藝，通過模外噴涂催化劑、模內(nèi)精準(zhǔn)點膠和沖裁粘壓成型，可實現(xiàn)高效、高質(zhì)量的鐵芯制造。設(shè)備采用上下模板結(jié)構(gòu)，集成催化劑和粘膠噴涂裝置，并設(shè)計了機械花灑式點膠閥，以保證膠液精準(zhǔn)噴涂和快速固化。工藝流程包括噴涂催化劑、初步?jīng)_裁、噴涂粘膠、二次沖裁和粘壓成型5個步驟，該工藝流程可有效避免粘膠劑提前固化，提高粘接強度。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；電機鐵芯；制造工藝；成形設(shè)備

0 前言

新能源汽車的快速發(fā)展，對其驅(qū)動電機的性能提出了更高的性能要求，傳統(tǒng)的硅鋼片疊裝方式已難以滿足高效率、小型化的發(fā)展趨勢。在新能源汽車電機鐵芯制造中，粘膠鐵芯憑借其優(yōu)越的性能備受關(guān)注，然而傳統(tǒng)的粘膠工藝存在生產(chǎn)效率低、一致性差等問題，制約了其大規(guī)模應(yīng)用。為解決上述問題，開發(fā)了一種模內(nèi)點膠的汽車鐵芯一體化成形設(shè)備及制造工藝。該設(shè)備集成了催化劑噴涂、粘膠點膠和沖裁成型等功能，實現(xiàn)了鐵芯的高效、精準(zhǔn)制造。本文詳細(xì)介紹了設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理，以及關(guān)鍵部件——機械花灑式點膠閥的設(shè)計，并對點膠排布方式進行了分析。結(jié)果表明，該工藝能夠顯著提高鐵芯加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低制造成本，為新能源汽車電機鐵芯制造提供了一種高效、可靠的解決方案。

1 新能源汽車驅(qū)動電機鐵芯連接方式

目前，新能源汽車驅(qū)動電機硅鋼片疊裝多采用疊鉚或焊接等方式，但上述疊裝方式均會對鐵芯的完整性造成不同程度的破壞，無形中增大了能耗[1]。有些鐵芯無法采用傳統(tǒng)的連接方式，而膠粘技術(shù)可以避免此類問題。采用粘膠鐵芯方式可提升電機性能，相同效率條件下可降低鐵芯高度，減小外形尺寸。很多新能源汽車驅(qū)動電機粘膠鐵芯采用工裝或手工制作，無法保證鐵芯一致性，大批量生產(chǎn)難度較大，大多依賴單沖模沖裁單片進行沖片點膠，再采用高溫加熱處理并固化。采用該工藝雖然可得到粘膠鐵芯，但其體積較大，進行沖裁加工時不僅需要施加較大壓力，還需要引進高精度沖壓裝置，生產(chǎn)成本較高。因此，亟需開發(fā)一種生產(chǎn)效率高的采用模內(nèi)點膠的汽車鐵芯一體化成形設(shè)備及制造工藝。

2 模內(nèi)點膠的汽車鐵芯一體化成形設(shè)備

模內(nèi)點膠的汽車鐵芯一體化成形設(shè)備如圖1所示。機體上方固定安裝有下模固定座，下模固定座的上方通過螺栓固定底板，底板的頂端嵌入支撐液壓缸，底板的上方通過螺栓固定下模板，下模板的底部開設(shè)落料槽。支撐液壓缸位于落料槽的下方，其收縮后頂面與底板的頂面平齊，可對定轉(zhuǎn)子沖片起到支撐作用，同時向定轉(zhuǎn)子沖片施加向上的壓力，使定轉(zhuǎn)子沖片之間緊密結(jié)合。催化劑噴涂支架位于下模板前端，通過兩側(cè)的支撐架固定在機體上，催化劑噴涂支架上均勻分布有多根針閥。機體上還固定安裝有支柱，支柱位于下模固定座的兩側(cè)，支柱的頂端固定安裝有沖裁液壓缸，沖裁液壓缸底部的活塞桿上固定安裝上模板，上模板與下模板之間通過導(dǎo)向柱連接，粘膠噴涂支架固定安裝在上模板的底部，上面均勻分布有多根針閥，可以根據(jù)鐵芯尺寸靈活調(diào)整噴涂位置、噴涂范圍及噴涂數(shù)量，滿足不同尺寸鐵芯的粘合需求，且催化劑噴涂支架上針閥的數(shù)量及位置與粘膠噴涂支架上針閥的數(shù)量及位置相對應(yīng)，使催化劑與粘膠能夠融合，提高固化速度及粘合效果。粘膠噴涂支架位于落料槽的前側(cè)，上面的針閥在噴涂粘膠后立即通過上模板的沖裁形成定轉(zhuǎn)子沖片，定轉(zhuǎn)子沖片落到落料槽內(nèi)[2]。將粘接劑噴涂工序設(shè)在沖裁落料的前一個工序，以防止沖裁時粘接劑提前固化，避免造成涂料浪費，提高粘合強度及牢固性。

3 制造工藝

模內(nèi)點膠的汽車鐵芯一體化成形制造工藝步驟如下：第一，噴涂催化劑。通過送料機將硅鋼片輸送至催化劑噴涂支架下方，催化劑噴涂支架上的針閥向硅鋼片的表面噴涂催化劑。第二，初步?jīng)_裁。硅鋼片繼續(xù)運動至下模板與上模板之間，沖裁液壓缸帶動上模板做上下往復(fù)運動，通過上模板沖裁在硅鋼片上形成槽孔。第三，噴涂粘膠。硅鋼片繼續(xù)運動至粘膠噴涂支架下方，粘膠噴涂支架上的針閥向硅鋼片的表面噴涂粘膠。第四，二次沖裁。通過上模板沖裁形成定轉(zhuǎn)子沖片，定轉(zhuǎn)子沖片落到落料槽內(nèi)。第五，粘壓成型。支撐液壓缸對其起到支撐作用，同時向定轉(zhuǎn)子沖片施加向上的壓力，使定轉(zhuǎn)子沖片之間緊密結(jié)合，粘膠在催化劑的作用下快速凝固，將定轉(zhuǎn)子沖片牢牢粘接為一體，形成定轉(zhuǎn)子鐵芯[3]。

4 機械花灑式點膠閥的設(shè)計

4. 1 點膠閥結(jié)構(gòu)設(shè)計

點膠閥由噴嘴管道、點膠閥筒、噴嘴膠腔及撞針構(gòu)成，其中噴嘴膠腔和噴嘴管道位于點膠閥筒內(nèi)，噴嘴膠腔上部為錐形，撞針上側(cè)為球形，需要對噴嘴球面與錐面進行配合。沖裁疊壓時，撞針會對噴嘴膠腔錐形面進行撞擊，形成的高壓膠液從噴嘴管道中擠出，撞針接觸至壁面時阻隔膠腔與管道通道，膠液被分離而產(chǎn)生膠點，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

噴嘴設(shè)計參數(shù)包括噴嘴直徑D0和噴嘴長度L。其中，D0的取值區(qū)間為0.1～1.5 mm，能夠應(yīng)用于不同點膠作業(yè)，并且點膠精度高，穩(wěn)定性好。點膠閥筒安裝于點膠閥底座上，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，供膠通道設(shè)置在膠筒一側(cè)，膠液注入膠腔，采用密封圈保證閥與底座的可靠連接，膠液不會因連接不好而泄漏。點膠閥蓋板與點膠閥底座通過螺栓固定，并通過合理公差配合引導(dǎo)撞針與蓋板完成導(dǎo)正，設(shè)置時通過激光對準(zhǔn)器保證撞針與膠筒的同軸度，頂板由螺紋與撞針相互連接，旋進深度可根據(jù)工藝要求調(diào)整，內(nèi)置彈簧可確保撞針準(zhǔn)確復(fù)位。

為確保送料步距達到更高的精準(zhǔn)度，花灑式點膠系統(tǒng)有單獨的點膠位置，凹模固定座向下凹5.0 mm，噴嘴伸出固定座1.0 mm。導(dǎo)料銷把硅鋼片板料托起，與底座間距5.0 mm。點膠操作時，通過輸送裝置將板料提至點膠工位，再進行上模下行操作，通過卸料板將板料輸至凹模固定座，與板料距離保持0.2 mm的距離，膠點被涂至板料。上模操作時，浮動導(dǎo)銷將板料輸送至自然位，與凹模保持5.0 mm的距離，點膠操作后板料被輸送至疊壓設(shè)備。送料操作時，板料為抬起狀態(tài)，與凹模保持5.0 mm的距離，膠液自身具備粘性而不會滴落，可避免膠點涂至凹模，即可完成點膠操作[4]。

4. 2 噴嘴噴射原理

將花灑噴嘴安裝于下模固定座。在進模操作時，在板料下側(cè)完成點膠，外部施加作用力至彈簧頂板，撞針可按設(shè)計速度運行。充膠操作時，供膠壓力由控制系統(tǒng)輸出的模擬信號控制，總充膠時間為tf，進模一次沖裁時間（tn）和點膠循環(huán)時間控制在0.2 s。沖裁操作時，控制系統(tǒng)根據(jù)工藝要求輸出信號，在0～tn內(nèi)供膠壓力P=0，在tn～tf內(nèi)供膠壓力為Ps，撞針受到彈簧力影響而產(chǎn)生懸停，膠腔被完全充滿。在第2階段，施加外力與頂板完全接觸，撞針以速度Vs進行撞擊，撞針撞擊內(nèi)壁后，膠液于噴嘴部位進行點膠。在第3階段，完成上模上行，施加外部力進行復(fù)位操作，撞針可準(zhǔn)確復(fù)位，供膠壓力降為0。

4. 3 噴膠點排布分析

若點膠閥數(shù)量較多，其在底座中的排布要遵循相關(guān)規(guī)律，以提升鐵芯粘接可靠性，按照膠點鋪展尺寸對膠點進行排列。若鐵芯沖片表面每處膠液接觸角均一致，沖片疊壓鋪展后，每個膠點均為圓形且保持相同尺寸。膠點排列可按矩形排布，也可以采用交錯形排布，相鄰膠點間圓心連線且保持60°。如果延長膠點半徑，在不同排布條件下，被粘物膠點面覆蓋率會降低，對2種排布情況下的膠點面覆蓋率進行比較，交錯形覆蓋率較高，可達到10%，表明交錯形膠點排布粘接面積比較大，可以實現(xiàn)更為牢固的粘接效果。

5 結(jié)語

本文提出的模內(nèi)點膠汽車鐵芯一體化成形技術(shù)，為解決傳統(tǒng)粘膠鐵芯生產(chǎn)效率低、一致性差等問題提供了新的思路。該技術(shù)將催化劑噴涂、粘膠點膠和沖裁集成于一體，實現(xiàn)了鐵芯的高效、精準(zhǔn)制造，并有效提升了鐵芯的性能和穩(wěn)定性。但是，該技術(shù)仍處于發(fā)展初期，未來還需要開展進一步研究，例如：開發(fā)新型粘接劑以適應(yīng)更高的工作溫度和更苛刻的工況；優(yōu)化點膠閥結(jié)構(gòu)和控制策略，進一步提高點膠精度和效率；開展系統(tǒng)性的成本效益分析，評估該技術(shù)的經(jīng)濟效益和應(yīng)用前景等。總之，模內(nèi)點膠一體化成形技術(shù)作為一種高效、精準(zhǔn)的鐵芯制造方法，在未來新能源汽車電機領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，也將推動電機技術(shù)持續(xù)進步和發(fā)展。

參考文獻

[1] 劉朋飛.鐵芯模內(nèi)膠接精準(zhǔn)噴膠系統(tǒng)研究[D].秦皇島：燕山大學(xué)，2023.

[2] 劉雪東.膠粘型電機鐵芯點膠噴射裝置研發(fā)及膠點力學(xué)性能探究[D].秦皇島：燕山大學(xué)， 2023.

[3] 黃秀東，劉雪東，杜冰，等.新能源汽車鐵芯沖裁粘壓一體化成形工藝[J].模具工業(yè)，2022，48（9）： 35-39.

[4] 張紗，李彥博，王鵬，等.精密儀表馬達定子鐵芯疊片高可靠膠接工藝[J].導(dǎo)航與控制，2021，20（1）： 92-96，108.