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電機定轉子鐵芯零件的現代衝壓技術~

馬達鐵芯,英文對應名稱:Motor core , 作為電機裏麵的核心部件,鐵芯是電工行業的非專業用語,鐵芯也就是磁芯。鐵芯(磁芯)在整個馬達裏麵起到了舉足輕重的作用,它用來增加電感線圈的磁通量,已實現電磁功率的最大轉換。馬達鐵芯通常是由一個定子和一個轉子組合而成。定子通常作為不轉動的部分,而轉子通常是內嵌在定子的內部位置。

馬達鐵芯的應用範圍非常廣泛,步進電機,交直流電機,減速電機,外轉子電機,罩極電機,同步異步電機等都有比較廣泛的利用。 對於成品馬達來說,馬達鐵芯在電機配件裏麵起到的作用比較關鍵。要想讓一個電機的整體性能得到提高,就需要提升馬達鐵芯的性能。通常這種性能可以采用改善鐵芯衝片的材質,調整其材質的導磁率,控製好鐵損的大小等方式來解決。

一個好的馬達鐵芯需要由精密的五金衝壓模具,采用自動鉚接的工藝,然後利用高精密度衝壓機台衝壓出來。這樣做的好處是,可以最大程度地保證其產品的平麵的完整度,最大程度地保證其產品精度。

通常品質優良的馬達鐵芯就是利用此種工藝專業進行馬達鐵芯衝壓的。高精密度的五金連續衝壓模搭配高速度衝壓機,再加上優秀的專業馬達鐵芯生產人員,才能最大程度地保證好的馬達鐵芯的出品率。

現代衝壓技術是集設備、模具、材料和工藝等多種技術於一體的高新技術。高速衝壓技術是近20年發展起來的先進成形加工技術。電機定轉子鐵芯零件的現代衝壓技術是用高精度、高效率、長壽命、集各工序於一副模具的多工位級進模在高速衝床上進行自動化衝製,其衝製過程是衝製條料從卷料上出來後,先經過校平機進行校平,再通過自動送料裝置進行自動送料,然後條料進入模具,可以連續完成衝裁、成形、精整、切邊、鐵芯自動疊片、帶扭斜疊片落料、帶回轉疊片落料等工序的衝製,到鐵芯零件成品從模具中輸送出來,整個衝製過程都是在高速衝床上自動完成的(如圖1所示)。

隨著電機製造工藝不斷發展,現代衝壓技術引用到製造電機鐵芯方麵的工藝方法,現在越來越多地被製造電機廠家所接受,製造電機鐵芯的加工手段也越來越先進。在國外,一般先進製造電機廠家,都采用現代衝壓技術來衝製鐵芯零件。在國內,用現代衝壓技術來衝製鐵芯零件的加工方法正在進一步發展起來,而且這項高新製造技術日趨成熟,在電機製造行業中,這項製造電機工藝的優勢已被許多製造電機廠家所重視。用現代衝壓技術來衝製鐵芯零件與原來用普通模具及設備衝製鐵芯零件相比較,具有衝製鐵芯零件自動化程度高、尺寸精度高、模具使用壽命長等特點,適合於衝製件的大批量生產。由於多工位級進模是集眾多加工工藝於一副模具上的衝製,減少了電機的製造工序過程,提高了製造電機的生產效率。

1、現代高速衝壓設備


現代高速衝壓的精密模具離不開高速衝床的配合,目前國內外現代衝壓技術的發展趨勢是單機自動化、機械化、自動送料、自動卸料、自動出成品,高速衝壓技術目前在國內外得到了普遍發展。電機定轉子鐵芯級進模的衝壓速度一般為200~400次/min,多半是在中速衝壓範圍之內進行工作的。衝製電機定轉子鐵芯帶自動疊片的精密級進模對高速精密衝床技術要求是,衝床的滑塊在下死點精度要求較高,因為影響到定轉子衝片在模具內自動疊片形成鐵芯過程的質量問題。現在精密衝壓設備正在向著高速度、高精度、穩定性好的方向發展,特別是近年來精密高速衝床發展很快,在提高衝製件生產效率方麵發揮了重大的作用。高速精密衝床在設計結構方麵比較先進,製造精度又高,適合於多工位硬質合金級進模的高速衝壓,可以大大提高級進模的使用壽命。

級進模所衝製材料是卷料形式,因此現代衝壓設備都帶有開卷機、矯平機等輔助裝置,自動送料裝置有:輥式、凸輪、機械無級調節式、齒輪式、數控無級調節式送料機等結構形式,分別與相適應的現代衝壓設備配套使用。由於現代衝壓設備的自動化衝製程度高,且速度快,為充分保證模具在衝製過程中的安全性,現代衝壓設備都配備有在發生失誤情況下的電氣控製係統,如模具在衝製過程中發生故障情況,則失誤信號就會立即傳送到電氣控製係統,電器控製係統就會發出信號使衝床立即停止工作。目前用於衝製電機定轉子鐵芯零件方麵的現代衝壓設備主要有:德國有:SCHULER舒勒、日本有:AIDA高速衝床、DOBBY高速衝床、ISIS高速衝床,美國有:MINSTER高速衝床,台灣有:瑛瑜高速衝床等。這些精密高速衝床,具有高的送料精度、衝壓精度和機器的剛度、可靠的機器安全係統,其衝壓速度一般多在200~600次/min範圍,適合於衝製電機定轉子鐵芯的自動疊片和帶扭斜、回轉自動疊鉚片的結構零件。


2、 電機定轉子鐵芯的現代衝模技術


2.1 電機定轉子鐵芯級進模概述
在電機行業中,定、轉子鐵芯是電機上的重要零部件之一,它的質量好壞直接影響到電機的技術性能。傳統製作鐵芯方法是用一般普通模具衝製出定、轉子衝片(散片),經過齊片,再用鉚釘鉚接、扣片或氬弧焊等工藝過程製成鐵芯,對於交流電機轉子鐵芯還需用手工進行扭轉出斜槽,步進電機要求定、轉子鐵芯磁性能和厚度方向均勻,定子鐵芯和轉子鐵芯衝片之間分別要求旋轉一定的角度,如用傳統方法製作,效率低,精度很難達到技術要求。現在隨著高速衝壓技術的迅速發展,在電機、電器等領域,已廣泛采用高速衝壓多工位級進模製造自動疊片式的結構鐵芯,其中定、轉子鐵芯還可以帶扭轉疊斜槽、衝片之間帶大角度回轉疊鉚結構等,與普通衝模相比,多工位級進模具有衝製精度高、生產效率高、使用壽命長、所衝製鐵芯尺寸精度一致性好、容易實現自動化、適合大批量生產等優點,是電機行業精密模具發展的方向。定、轉子自動疊鉚級進模具有製造精度高、結構先進、帶有技術性要求高的回轉機構、計數分離機構及安全機構等,鐵芯自動疊鉚、轉子帶扭斜疊鉚、大角度回轉疊鉚的衝製工步都是放在定、轉子衝片落料工位上完成的。級進模上的主要零件凸模、凹模都采用硬質合金材料,每磨一次刃口可衝150萬次以上,模具總壽命在1.2億次以上。

2.2電機定轉子鐵芯自動疊鉚技術
級進模上帶自動疊鉚技術就是要把原來傳統製作鐵芯的工藝過程(衝出散片-齊片-鉚合)放在一副模具內完成,即在級進模的基礎上增加了新的衝壓工藝技術,除了衝定、轉子上的軸孔、槽孔等衝片形狀要求外,增設了定、轉子鐵芯疊鉚需要的疊鉚點及起疊鉚點分離作用的計數孔的衝壓工位,並將原來定、轉子的落料工位改變成先起落料作用,然後使各衝片再形成疊鉚過程和疊片計數分離過程(以確保鐵芯厚度)的疊鉚工位,如定、轉子鐵芯需要帶扭轉、回轉疊鉚功能的,在級進模轉子或定子落料工位的下模上要帶有扭轉機構或回轉機構,由疊鉚點在衝片上不斷改變或轉動位置而實現這一功能的,從而滿足在一副模具內自動完成衝片的疊鉚和回轉疊鉚的技術要求。

2.2.1  鐵芯自動疊片形成的過程是:在定、轉子衝片適當部位上衝出一定幾何形狀的疊鉚點,疊鉚點的形式如圖2所示,上部是凹陷形孔,下部是凸起的,然後將同一名義尺寸的上一衝片凸起部分嵌入到下一衝片的凹陷形孔時,在模具中落料凹模收緊圈內自然形成“過盈”,達到緊固連接的目的,如圖3所示。在模具內鐵芯形成的過程是,在衝片落料工位上使上一片疊鉚點的凸起部位正確地與下麵一片的疊鉚點凹形孔部位重合在一起,當上麵一片受到落料凸模壓力作用時,下麵一片借助其外形與凹模壁摩擦所產生的反作用力使兩片產生疊鉚。
這樣,通過高速自動衝床連續不斷的衝製,就可以得到一片挨著一片排列、毛刺是同一方向而且具有一定疊厚的整齊鐵芯。

2.2.2  鐵芯疊片厚度的控製方法是,在鐵芯預定的片數時,把最後一片衝片上的疊鉚點衝穿,使鐵芯按預定的片數分離,如圖4所示。在模具結構上設置有自動疊片計數分離裝置,如圖5所示。

在計數凸模上麵有一個抽板機構,抽板由氣缸帶動,氣缸動作由電磁閥控製,電磁閥根據控製箱發出的指令而動作。衝床每一次行程信號都輸入到控製箱裏,當衝到所設定片數時,控製箱會發出信號,通過電磁閥和氣缸,使抽板動作,從而使計數凸模達到計數分離的目的,即在衝片的疊鉚點上達到計量孔被衝穿和不衝計量孔的目的。鐵芯的疊片厚度可以自行設定。另外,有的轉子鐵芯的軸孔因支承結構的需要,要求衝製成有2段或3段台肩沉孔。
如圖6所示,級進模上要同時完成衝製這種有台肩孔工序要求的鐵芯,可采用上述相類似的結構原理,模具結構如圖7所示。

 

2.2.3  鐵芯疊鉚結構形式有兩種:第一種是密疊式,即疊鉚成組的鐵芯不需要在模具外再加壓,出模即可達到鐵芯疊鉚的結合力。第二種是半密疊式,出模時已疊鉚的鐵芯衝片之間有間隙,還需要再加壓才能保證結合力。
2.2.4  鐵芯疊鉚的設置及數量的確定:鐵芯疊鉚點位置的選擇應根據衝片的幾何形狀確定,同時考慮到電機的電磁性能及使用要求,模具上應考慮疊鉚點的凸模、凹模鑲塊位置是否有幹涉現象及落料凸模相應疊鉚頂杆孔位置離邊上距離的強度問題。疊鉚點在鐵芯上分布應對稱和均勻,疊鉚點的數量及大小應根據鐵芯衝片之間要求的結合力大小來確定,同時必須考慮到模具的製造工藝性。如鐵芯衝片之間帶有大角度回轉疊鉚的,還要考慮疊鉚點的等分要求等。如圖8所示。

2.2.5  鐵芯疊鉚點的幾何形狀有:
(a)圓柱形疊鉚點,適用於鐵芯的密疊式結構;
(b)V型疊鉚點,該疊鉚點的特點是鐵芯衝片之間的連接強度大,適用於鐵芯的密疊式結構和半密疊式結構;
(c)L型疊鉚點,該疊鉚點形狀一般用於交流電機轉子鐵芯的扭斜疊鉚,適用於鐵芯的密疊式結構;
(d)梯形疊鉚點,該疊鉚點有園梯形和長梯形疊鉚點結構之分,兩者都適用於鐵芯的密疊式結構,如圖9所示。

2.2.6  疊鉚點的過盈量:鐵芯疊鉚的結合力大小與疊鉚點的過盈量有關,如圖10所示,疊鉚點凸台的外徑D與內經d的尺寸差(即過盈量),由衝製疊鉚點凸模與凹模的刃口間隙確定,所以選取合適的間隙是保證鐵芯疊鉚強度以及疊鉚難易程度情況的一個重要部分。

2.3電機定轉子鐵芯自動疊鉚的裝配方法
3.3.1  直接疊鉚:在一副級進模的轉子  落料或者定子落料工步上,將衝片直接衝入落料凹模之中,當衝片疊壓於凹模和凹模下麵的收緊圈內時,靠每一衝片上的疊鉚凸出部位使各衝片固定在一起。
3.3.2  帶扭斜疊鉚:鐵芯上每一衝片之間要旋轉一個小角度再疊鉚,這種疊鉚方法一般多用於交流電機的轉子鐵芯上。其衝製過程是,衝床每衝一次後(即衝片衝入落料凹模之內後),在級進模的轉子落料工步上,由轉子落料凹模、收緊圈和回轉套組成的回轉裝置旋轉一個小角度,旋轉量可以改變和調整,即衝片衝下後,就被疊鉚在該鐵芯上,接著回轉裝置內的鐵芯再旋轉一個小角度。這樣衝製出的鐵芯即帶疊鉚又帶扭轉,如圖11所示。


帶動模具內回轉裝置轉動的結構形式有二種;一是由步進電機帶動的轉動結構形式,如圖12所示。

二是由模具上模的上下運動所帶動的轉動(即機械式扭轉機構),如圖13所示。

3.3.3帶回轉疊鉚:鐵芯上每一衝片之間要轉動一個規定的角度(一般為大角度)再疊鉚,衝片之間轉動的角度一般有45°、60°、72°、90°、120°、180°等大角度回轉形式,這種疊鉚方法可以補償由於衝製材料厚度不均勻引起的疊層積累誤差和改善電機磁性能的特性。其衝製過程是,衝床每衝一次後(即衝片衝入落料凹模之內後),在級進模的落料工步上,由落料凹模、收緊圈和回轉套組成的回轉裝置轉動規定的一個角度,每次轉動的規定角度要精確。即衝片衝下後,就被疊鉚在該鐵芯上,接著回轉裝置內的鐵芯再轉動規定的角度。這裏回轉是以每一衝片鉚點數為基礎的衝製過程。帶動模具內回轉裝置轉動的結構形式有二種;一是由高速衝床曲軸運動所輸送出來的轉動,通過萬向節、連接法蘭和聯軸器等帶動回轉驅動裝置,然後回轉驅動裝置帶動模具內的回轉裝置轉動。如圖14所示。

二是由伺服電機帶動的轉動(需配備專用電器控製器),如圖15所示。一副級進模上的帶回轉形式可以是單回轉形式,也可以是雙回轉形式,甚至是多回轉形式,它們之間回轉的角度可以相同也可以不同。


2.3.4帶回轉扭斜疊鉚:鐵芯上每一衝片之間要轉動一個規定的角度再加上一個扭斜小角度(一般為大角度+小角度)再疊鉚,這種疊鉚方法用於鐵芯落料外形是圓形的形狀,大回轉用於補償由於衝製材料厚度不均勻引起的疊層積累誤差,小的扭轉角度是交流電機鐵芯性能所需要的轉動。其衝製過程與前麵的衝製過程相同,不同的形式是轉動角度大而且不是整數。目前帶動模具內回轉裝置轉動的常用結構形式是用伺服電機帶動的(需配備專用電器控製器)。


3.4扭轉和回轉運動的實現過程
級進模在高速衝載過程中,衝床的滑塊在下死點時,凸模和凹模之間是不允許有轉動現象的,所以扭轉機構、回轉機構的旋轉動作必須是間斷運動,而且要與衝床滑塊的上下運動相協調。具體要求實現轉動過程是:在衝床滑塊每一次行程中,滑塊在曲軸轉至240º~60º範圍內,回轉機構發生轉動,在其它角度範圍內處於靜止狀態,如圖16所示。其回轉範圍設定的方法:如采用回轉驅動裝置帶動的轉動,調整範圍就在該裝置上進行設置的;如采用電機帶動的轉動,就在電器控製器上進行設定或者通過感應接觸器進行調整接觸範圍;如采用機械式帶動的轉動,則通過杠杆轉動的範圍進行調整。

3.5回轉安全機構
由於級進模在高速衝床上進行衝製,對於帶大角度回轉模具結構,如果定、轉子衝片落料外形不是圓形,而是方形或帶有齒形等異形的形狀時,為保證每次落料凹模回轉停留的位置正確無誤,確保落料凸模和凹模零件的安全,在級進模上必須設置有回轉安全機構。回轉安全機構的形式有:機械安全機構和電器安全機構。

3.6電機定轉子鐵芯現代衝模的結構特點
電機定轉子鐵芯級進模的主要結構特點有:
1. 模具采用雙導向結構,即上下模座靠四根以上大的滾珠式導柱導向,各卸料裝置與上下模座有四根小導柱導正,保證模具有可靠的導向精度;
2. 從方便製造、檢測、維修、裝配上的技術考慮,模具板料采用較多拚塊式結構和組合式結構;
3. 除了有級進模的常用結構如步距導正係統、卸料係統(由卸料板主體和分體式卸料板組成)、導料係統和安全係統(誤送檢測裝置)外,有電機鐵芯級進模特殊的結構:如鐵芯自動疊片的計數分離裝置(即抽板結構裝置)、衝製鐵芯疊鉚點結構及鐵芯落料疊鉚點頂杆結構、衝片落料再疊鉚的收緊結構、扭轉或回轉裝置、大回轉的安全裝置等;
4. 由於級進模主要零件凸模與凹模材料常用硬質合金,從加工特點和材料的價格因素方麵考慮,凸模采用壓板式固定形式結構、凹模采用鑲拚式結構形式,便於裝配和更換。


3、 電機定轉子鐵芯現代衝模技術的現狀及發展


電機定轉子鐵芯自動疊片技術在70年代由美國、日本最早提出並研製成功,從而使電機鐵芯的製造技術取得了突破性的進展,給高精度的鐵芯自動化生產開辟了新路。我國研製這項級進模技術是從80年代中期開始的,最早是通過對引進模具的技術消化、吸收得到的實踐經驗,到後來自主研製這類模具,都有了較快的發展,並在國產化方麵取得了可喜的成果,從原來靠引進這類模具,到草莓芭乐幸福宝官网自己能研製這類高檔精密模具,提高了電機行業精密模具的技術水平。特別是最近10年,隨著我國精密模具製造工業的快速發展,現代衝模作為特殊的工藝裝備,在現代製造業中越來越重要。電機定轉子鐵芯現代衝模技術也得到了全麵、迅速的發展,最早隻能在少數幾家國營企業能夠設計製造,發展到現在能夠設計製造這類模具企業已有許多家,而且研製這類精密模具技術水平日趨成熟,並已開始出口到國外,加快了我國現代高速衝壓技術的發展。

目前,我國電機定轉子鐵芯現代衝模技術主要體現在以下幾個方麵,其設計製造水平已接近國外同類模具的技術水平:
1. 電機定轉子鐵芯級進模的整體結構(包括雙導向裝置、卸料裝置、導料裝置、步距導向裝置、限位裝置、安全檢測裝置等);
2. 鐵芯疊鉚點結構形式;
3.級進模上帶自動疊鉚技術、帶扭斜、回轉技術;
4. 衝製出鐵芯的尺寸精度和鐵芯牢度;
5. 級進模上主要零件的製造精度、鑲拚精度;
6. 模具上選用標準件零件程度;
7.模具上主要零件材料的選用;
8. 模具主要零件的加工設備。
  隨著電機品種的不斷發展、創新和裝配工藝的更新,對電機鐵芯的精度要求越來越高,這對電機鐵芯級進模提出了更高的技術要求,其發展趨勢是:
1. 模具結構的創新應成為電機定轉子鐵芯現代衝模技術發展的主旋律;
2. 模具整體水平向超高精密和更高技術方向發展;
3. 電機定轉子鐵芯帶大回轉加扭斜疊鉚技術的創新發展;
4. 電機定轉子鐵芯衝模向多排樣、無搭邊、少搭邊衝壓技術方向發展;
5. 隨著高速精密衝床技術的不斷發展,模具應適合更高衝壓速度的需要。

 

4、結束語


用現代衝壓技術來製造電機的定轉子鐵芯,可使電機製造技術水平得到很大的提高,特別是在汽車電機、精密步進電機、小型精密直流電機和交流電機等方麵,不僅保證了這些電機的高技術性能,而且適合於大批量生產的需要。現在,國內設計製造電機定轉子鐵芯級進模的廠家逐步發展起來,其設計製造技術水平正在不斷提高,雖然生產這類模具所使用的設備水平與國外基本相同,但應看到草莓芭乐幸福宝官网這類模具在設計製造技術水平方麵與國外同類模具存在的差距,為提高我國模具在國際市場上的競爭力,必須重視和麵對這個差距。

另外,還必須看到,設計製造電機定轉子鐵芯的現代衝模除了必須有現代模具製造設備即精密加工機床來保證外,還必須有一批實際經驗豐富的設計和製造人員,這是製造精密模具的關鍵所在。隨著製造業的國際化,我國模具行業正在迅速與國際接軌,提高模具產品專業化是模具製造行業發展的必然趨勢,特別是在現代衝壓技術迅速發展的今天,電機定轉子鐵芯零件的現代衝壓技術將得到廣泛應用。

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