高立義

(1.廣州科技職業(yè)技術學院自動化工程學院，廣東 廣州 510550) (2.廣東省智能制造公共實訓中心，廣東 廣州 510550)

1 磁瓦成形要求

某公司生產的數碼發(fā)電機轉子如圖1所示。轉子生產的主要工藝流程是:轉子外殼沖壓成形及金加工—貼磁瓦—脹壓成形—動平衡試驗。磁瓦脹壓成形的形位及尺寸精度如圖1所示。

1—轉子外殼；2—磁瓦；3—搭子 圖1 發(fā)電機轉子結構圖

為滿足大批量生產和脹壓成形的技術要求，經多次試驗，設計并制造了磁瓦脹形模[1]。生產中脹形模裝在氣動壓床上，當轉子內腔涂膠并貼上磁瓦后，立即放入定位裝置(圖中未示出)，由氣動壓床驅動模具脹壓磁瓦并成形。

2 脹形模技術分析

如圖2所示，脹形模由外模1、芯模2、芯軸3組成，其中芯模和芯軸為過盈配合。

1—外模;2—芯模;3—芯軸 圖2 脹形模工作結構圖

2.1 外?；窘Y構

如圖3所示，外模是一個內部為錐孔結構的彈性筒體，36條1.5mm寬的槽沿周向均勻分布，將筒體分為36塊模瓦，各模瓦的結構剛度相同，材料為65Mn。

2.2 脹形模工作過程

生產中芯模2通過芯軸3裝在氣動壓床主軸上，定位裝置裝在壓床工作臺上；當發(fā)電機轉子內腔粘貼滿磁瓦并被置于V形定位裝置后，快速插入外模，氣動壓床立即驅動脹形模的芯模2，脹壓磁瓦并使其成形。為使外模1在該過程中能快速插入轉子內腔且形變量最小，設計外模工作柱面在自由狀態(tài)下的尺寸為φ146mm，其最終成形尺寸為φ148mm。

圖3 外模

3 精磨夾具設計

3.1 基本結構設計

外模是錐孔結構的彈性筒體，精磨外圓需要采用內脹定心裝夾方式，基于外模的結構特征和精磨外圓的工藝特點，設計如圖4所示的精磨夾具。考慮到精磨工序是在脹壓狀態(tài)下進行，為使外模在脹壓成形的最終時刻能重復獲得其在精磨外圓工序中的脹壓狀態(tài)及尺寸，設計中，通過對圖2所示脹形模的芯模芯軸增設夾緊機構，將它們分別設計為精磨夾具的錐芯3和定心軸4。

1—紫銅墊;2—壓板;3—錐芯; 4—定心軸;5—螺母;6—長墊;7—外模 圖4 內脹定心夾具

3.2 定位元件設計

根據工件定位基準特征，設計圖4中錐芯3(錐度與外模錐孔相同)為夾具對外模的定位元件，圓錐面定4點，A端面定1點：設計定心軸4兩端中心孔為機床對夾具的定位元件，其左端中心孔限制夾具相對機床沿X，Y，Z3個方向的移動，右端中心孔限制其繞X軸和Y軸的轉動。

3.3 夾緊機構設計

設計定心軸下端螺旋夾緊機構，其中M12為工藝性結構，外圓磨削結束即切除。實踐中存在錐芯3的A端面對定心軸4軸線的垂直度誤差δ1、外模7定位端面對圓錐面軸線的垂直度誤差δ2、外模兩端面的平行度誤差δ3，極端情況下：

(1)

式中：δ為工件及夾緊機構的裝夾要素在夾緊方向的位置誤差總值；H為工件夾緊方向的長度；D為工件定位面的直徑。

δ的存在嚴重影響外模在精磨中軸向夾緊效果。針對這種情況，設計紫銅墊1，裝夾時通過紫銅墊1的彈塑性變形，實現各片模瓦的軸向夾緊。

生產中，δ的存在還影響模具在磁瓦成形中的工作精度，因此其值應控制在允許范圍內。

3.4 限位結構設計

在磨削裝夾和磁瓦成形中，外模與錐芯3(芯模2)為錐面軸向動配合，工作柱面的徑向尺寸和形狀由兩者軸向相對位置決定。為保證外模最終成形的形狀精度和尺寸精度，將柱面的成形尺寸設計為精磨外圓的工藝尺寸d。

為實現設計要求，在錐芯3的大端設計限位面A。精磨時，當外模處在圖4所示限位裝夾狀態(tài)，柱面的測量尺寸等于尺寸d加精磨余量；成形中，當芯模限位面A觸及外模大端面，工作柱面即可準確獲得尺寸d。

考慮到A既是磁瓦成形的限位面，又是精磨裝夾的第一定位基準面，如前所述，為減少誤差δ，限位面A必須垂直于定心軸軸線。

4 工藝設計

4.1 主要技術要求

外模是脹形模的主要零件,精磨外圓是外模加工的關鍵工序。加工中，外模在獲得工藝尺寸φ148mm的同時，還要獲得自由狀態(tài)下的最大尺寸φ146mm，并保證其在限位裝夾狀態(tài)下工作柱面的尺寸精度和形狀及位置精度(如圖3及圖4所示)。

4.2 工藝流程

外模是單件生產，綜合考慮其技術要求和生產條件，設計工藝流程[2]如下：下料—粗車內錐孔及外圓—掉頭車C端內外圓及工藝夾位(圖3未示出)—鉆36個φ3mm孔—淬火處理—粗磨內外圓—線切割36個1.5mm寬槽—精磨錐孔及端面—半精磨外圓—配磨夾具錐芯3的錐度及尺寸—切除C端工藝夾位—精磨外圓及C端面—切除夾具定心軸4的螺紋結構。

4.3 主要工序工藝

為保證外模在精磨工序中工作柱面同時獲得限位狀態(tài)下的成形尺寸φ148mm和自由狀態(tài)尺寸φ146mm，設計磨削工藝和參數如下：

1)夾C端工藝夾位，精磨錐孔及端面，控制錐孔大端尺寸φ133mm。

2)半精磨外圓，控制自由狀態(tài)下的測量尺寸φ146.3mm。

3)配磨夾具錐芯錐度及尺寸，在圖4所示限位裝夾狀態(tài)下，工作柱面的測量尺寸為φ148.3mm。

4)切除C端工藝夾位。

5)按圖4所示限位裝夾，芯軸兩端中心孔定位，精磨外圓至φ148mm，保證尺寸精度、圓柱度和同軸度；精磨C端面，保證垂直度。

6)切除定心軸的螺紋結構。

5 結束語

本文通過分析外模結構的幾何特征、主要尺寸及技術要求，設計了外模加工工藝流程和關鍵工序的工藝工裝，使外模工作柱面在精密磨削中同時獲得限位狀態(tài)下的成形尺寸和自由狀態(tài)尺寸；設計裝夾和成形兩用限位面A，保證了模具成形尺寸的重復精度。生產實踐表明，該工藝工裝完全保證了外模加工的技術要求。

參考文獻：

[1] 高立義.數碼發(fā)電機轉子磁瓦脹形模及定位裝置設計[J] .熱加工工藝，2013,42(7)：212-213.

[2] 趙福如.金屬機械加工工藝人員手冊[M].上海：上?？茖W技術出版社，2006.