肖洪波

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院,蘇州 215104)

交流驅(qū)動電動機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)學院,蘇州 215104)

交流驅(qū)動電機具有輸出功率和轉(zhuǎn)速要求高等特點，在激烈的市場競爭中，降低生產(chǎn)成本是提高其競爭力的關(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)的無縫鋼管或鋁合金機殼有助于電機質(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)漲式自動卸料定子鐵心疊壓?？色@得充分整齊無錯位的定子鐵心；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機機殼，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。

預彎；折圓；定子鐵心；疊壓；精整

0 引 言

為使交流驅(qū)動電動機運行可靠和安裝方便，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。定子鐵心是電動機定子的基體，而機殼是承載電機兩側(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)化機殼結(jié)構(gòu)與制造工藝就顯得尤為必要。圖1為一臺交流驅(qū)動電動機照片。

圖1 交流驅(qū)動電動機外觀

1 電動機結(jié)構(gòu)分析

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

圖2 電動機結(jié)構(gòu)簡圖

圖3 定子結(jié)構(gòu)簡圖

2 帶鐵心定子結(jié)構(gòu)工藝分析

該電機定子鐵心結(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；為保證電動機的震動和溫升指標，定子鐵心中沖片的參差必須控制在0.02 mm以內(nèi)。

圖4 電動機結(jié)構(gòu)簡圖

圖5 定子結(jié)構(gòu)簡圖

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易式迭壓?；蜃詣有读鲜降鼔耗硗瓿伞Ｓ捎诤喴资降鼔耗６ㄎ痪认鄬^差且操作不便，故不宜作為首選。

3.1內(nèi)漲式自動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，將圖6所示疊壓模用壓板和螺栓固定在油壓機的工作臺上；

(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稱的兩槽中。

圖6 自動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，隨著預緊橡皮被壓縮，當卸料板的下平面與限位圈的上平面相碰時，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，開口彈性套筒頂部受到上模壓頭的軸向彈性擠壓，開口彈性套筒沿定位芯的錐體微量下行，并同時發(fā)生徑向擴張，使開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(三點接觸)。顯然，這樣的設(shè)計優(yōu)于傳統(tǒng)按槽型以線切割加工所得的槽樣棒。

4 機殼分析

圖12所示為該電動機外殼，采用導磁性能和彎曲性能皆優(yōu)的5.5mm 厚度鋼板，經(jīng)沖裁毛坯、預彎、折圓和精整四道工序完成。

圖12 折圓外殼

4.1機殼成形工藝分析

為滿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油壓機上完成。

(3)為達到內(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彎模、折圓模和精整模的工作原理和結(jié)構(gòu)特點。

(1) 預彎工序與模具結(jié)構(gòu)分析

圖14為首道預彎件，采用了圖15所示預彎模便可獲得。將圖13毛坯件置于預彎模具的下模(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彎的過程中不會發(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彎過程中可能出現(xiàn)的錯位和扭曲。

圖14 外殼預彎件

圖15 外殼預彎模具

根據(jù)文獻[2]，對成形部分的相關(guān)尺寸作如下計算(詳細標注如圖16所示)。

圖16 預彎模上、下模相應(yīng)尺寸示意圖

其中，R0為預彎件回彈后直徑(如圖12所示)；K為預彎件回彈系數(shù)；R為中心線處二側(cè)半徑；t為預彎件厚度；R1上,R1下為上、下模二側(cè)半徑；R2為中心線處中間半徑；R2上，R2下為上、下模中間半徑；α0為預彎件回彈后中心角，取手冊推薦值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；順時針合上上模擺動支架(圖17中實線位置),使其下部圓弧槽扣入支承銷；啟動油壓機使上模下行，當折圓壓柱接觸預彎件頂端后繼續(xù)下壓，預彎件兩側(cè)小圓弧則沿對稱中心逐漸上翻并包裹在折圓壓柱的外緣，當上模折圓壓柱壓至至底部時，兩側(cè)小圓弧剛好合攏，伴隨清脆的聲響，五搭扣準確落入相應(yīng)槽中；當上模回程至原位后，逆時針轉(zhuǎn)動擺動支架至如圖17所示位置(雙點劃線)，并抽出折圓外殼機殼即可(即脫模取件)；重復上述操作便可進行下一循環(huán)的操作。

圖17 機殼折圓模具

模具特點：① 折圓壓柱左側(cè)設(shè)置階臺，增強了其剛度，加之下壓工作時有擺動支架的支撐，工作時的受力狀態(tài)由懸臂梁轉(zhuǎn)化為簡支梁，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；② 下模中間擋板的圓弧輪廓低于折圓機殼的內(nèi)孔輪廓線，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)測量機殼的折圓件，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。

由于機殼制件折圓后尚存在少量回彈致使內(nèi)、外徑尺寸未能達標，借助圖18所示精整模具便可輕松達標。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，開啟油壓機進行壓制。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殼的表面硬度，又使內(nèi)外徑尺寸達標后獲得了穩(wěn)定。最后上模的回程后，取下包裹有芯棒的機殼制件，并將其豎直擺放在圖18中右側(cè)的卸料筒上，在氣壓機上頂出即可。

圖18 精整模具

該模具的主要特點是：① 為確保折圓件不會因受力過大而出現(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 為減輕勞動強度，在核心零件芯棒內(nèi)部設(shè)置Φ40 mm通孔。

5 結(jié) 語

內(nèi)漲式自動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題。運用低碳鋼板折圓工藝替代無縫低碳鋼管車削工藝，在電機大批量生產(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)濟效益的優(yōu)勢?？梢哉J為，工藝裝備技術(shù)的改進是產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量獲得提高的根本保證。

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

[2] 沖模設(shè)計手冊編寫組．沖模設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2003.

[3] 非標準共模設(shè)計修訂組．非標準工模設(shè)計[M]．上海：上?？茖W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

江蘇高校品牌專業(yè)建設(shè)工程項目(PPZY2015B186)

TM34

：A

：1004-7018(2016)11-0081-05

肖洪波(1960-)，男，高級實驗師，工程師。