肖洪波

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

0 引 言

內(nèi)定子鐵心是交流風(fēng)機的核心部件，傳統(tǒng)模具結(jié)構(gòu)是硬鋁合金支架借助疊壓模具(如圖1所示)與一組規(guī)定數(shù)量的定子沖片內(nèi)孔緊配成為一體，如圖2所示。為保證電機的性能要求，定子鐵心兩側(cè)端面的平整度及外圓柱面的整齊度是極為重要的考核指標(biāo)，若出現(xiàn)片間錯位不但直接影響槽滿率，還將被迫增加鐵心內(nèi)孔的鉸削和外圓的磨削加工工序，這無疑提升了加工成本，更主要的是會引起電機的渦流發(fā)熱導(dǎo)致溫升提高。以壓鑄工藝替代傳統(tǒng)的疊壓工藝不失為電機鐵心制造的新選擇。

圖1 內(nèi)定子鐵心疊壓模

圖2 定子鐵心

1 定子鐵心結(jié)構(gòu)分析

由圖2可知，定子鐵心外緣的整齊度、上下端面的平整度[1]是鐵心質(zhì)量的關(guān)鍵。因支架套筒是以過盈配合的形式壓入規(guī)定厚度的定子沖片(散片，如圖3所示)的，因而在定子鐵心端面的內(nèi)孔處較易出現(xiàn)翻邊凸翹(又稱倒片)現(xiàn)象。

圖3 內(nèi)定子沖片

2 內(nèi)定子鐵心疊壓模的工作原理與特點分析

鐵心疊壓過程主要分3個階段展開。首先對定子沖片初始定位；其次是預(yù)壓緊，壓入支架套筒(導(dǎo)向定位心同步退出)；最后是脫模。

2.1 定位

模具(圖1)的主定位[2]是沖片內(nèi)孔，導(dǎo)向定位心(如圖4所示)采用間隙配合，插入定子沖片組內(nèi)孔；輔助定位選擇沖片的2個對稱槽，以2根直徑為最大內(nèi)接圓的槽樣棒[1]分別插入這2個槽，將上述整體安放到圖1疊壓模的底板上，同時將2根槽樣棒的下端分別插入底板的相應(yīng)孔中；將一對瓣合式壓板[3](如圖5所示)并攏后分別套入2個導(dǎo)柱(如圖6所示)和槽樣棒的上端。

圖4 導(dǎo)向定位心

圖5 瓣合式壓板

圖6 導(dǎo)柱

2.2 預(yù)壓緊

圖7 上模板

圖8 斜楔

2.3 入支架

在導(dǎo)向定位心的“引導(dǎo)止口”上，套上支架套筒，蓋上壓圈并加壓，重新起動氣壓機下壓，便可輕松將支架套筒過盈壓入定子沖片組。

2.4 脫模

脫模取件應(yīng)按從上到下的次序進行，如圖1所示，最終瓣合式壓板、定子沖片組和槽樣棒仍為一體，此時需將槽樣棒先抽出，2瓣瓣合式壓板便可輕松地沿徑向分離完成脫模。

2.5 模具結(jié)構(gòu)與要點分析

1) 結(jié)構(gòu)分析

2) 要點分析

如圖6所示，導(dǎo)柱尺寸60.5 mm必須小于圖1中上模板、瓣合式壓板和底板的厚度尺寸和，這是確保斜楔插入導(dǎo)柱楔狀斜孔后產(chǎn)生預(yù)緊效果的根本保證。

如圖1所示，為使瓣合式壓板在完成疊壓后能順利脫模。因其上端面位于定子鐵心和支架套筒之間而無法軸向脫出，故采取線切割的方法沿瓣合式壓板的對稱線一分為二(如圖5所示)。如此，只需先抽出2根槽樣棒，便可在定子鐵心和支架套筒之間沿徑向分別脫出瓣合式壓板。

采用疊壓工藝的模具產(chǎn)品如圖9所示?？梢姸ㄗ硬坌握R，片間緊密，鐵心端面平整度較好，但定子鐵心和支架套筒的接合根部處稍呈蝶形翻翹狀(又稱倒片[2])，且支架套筒由鋁棒(2A12)車削而成，生產(chǎn)成本較高，只適合小批量生產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上依托便捷式壓鑄模具[5]，對該內(nèi)定子鐵心進行優(yōu)化設(shè)計，以適應(yīng)大批量生產(chǎn)，收到較好的效果。

圖9 產(chǎn)品照片

3 便捷式壓鑄模具可行性分析

針對內(nèi)定子鐵心疊壓模所存在的不足，可采用壓鑄工藝替代，其鑄件如圖10所示。其特點：(1)以定子沖片組為嵌件，在模具中獲得初定位，合模后被疊緊，運用爪型澆口[6](為中心澆口的變異，壓力損失最小，脫模時自動去澆口)壓鑄成型，使定子沖片組內(nèi)孔的兩端被Φ34 mm的鑄鋁合金臺階卡住，不會出現(xiàn)松動；(2)以開縫鋼套(簡易車夾具)套于定子鐵心外緣，在車床上用三爪卡盤夾緊后，將內(nèi)孔的3處尺寸車至圖2的尺寸；(3)在4-Φ4.2 mm通孔位置鑄出120°錐頭點孔，最后只需用Φ4.2 mm麻花鉆鉆通即可。

圖10 定子鐵心鑄件

便捷式壓鑄模是在全立式壓鑄機上進行壓鑄，并且模具的裝模和卸料由手工完成。模具結(jié)構(gòu)簡單、操作和維護方便、鑄件品質(zhì)可靠、極其低廉的造價是該模具的優(yōu)勢。

3.1 壓鑄模結(jié)構(gòu)分析

如圖11所示，該壓鑄模著力解決3個問題，即作為嵌件的沖片在模具中的裝夾與上下模定位問題、成形與去澆口問題和頂出與脫模問題。

圖11 便攜式定子鐵心壓鑄模具

1) 定子沖片的裝夾與上下模定位

由于沖片(圖3)組內(nèi)孔需要成型支架套筒(圖10)，故選擇沖片外緣為主定位，輔助定位選擇2個對稱的沖片槽。由防轉(zhuǎn)心棒對準(zhǔn)沖片組R1記號槽后以間隙配合插入，再由定位鑲件緊配入瓣合式中圈(如圖12所示)的2個鍵口(如圖13所示)插入沖片槽口。操作過程如圖14所示。

圖12 瓣合式中圈

圖13 槽口定位鑲件

2) 成形與去澆口

圖11中，下模板(如圖15所示)錐孔與內(nèi)孔型心(如圖16所示)下部分流錐[6]必須可靠吻合，并沿下模板的配合錐面用Φ4 mm圓銼銼出3條深度為1 mm的均布導(dǎo)流槽，以形成爪形澆口。由于這3條直流道澆口與下部的澆口余料相連，故在卸料時會在與鑄件連接處發(fā)生斷裂并隨下模板一起落下，去除澆口特別方便,無需上車床切除澆口。

圖15 下模板

圖16 內(nèi)孔型心

3) 頂出與脫模

圖13中，裝模時的上、下兩對手柄須錯開90°放置。

②中圈分離 作為主定位的中圈(兼顧成形Φ34 mm法蘭圈內(nèi)側(cè)端面的需要)，在脫模時要采取兩側(cè)分型脫模措施。將圖14的瓣合式中圈(相當(dāng)于側(cè)抽心模具中的滑塊)作整體加工，再按圖14中折線(合模時定位并防止產(chǎn)飛邊)用線切割剖[5]切成2件，以滿足沿兩側(cè)分離需求。

③鑄件脫模 在型心固定板和上模蓋板開設(shè)4個均布的頂桿過孔，并設(shè)置了如圖17(c)所示的頂桿和卸料壓板，以便利用全立式壓鑄機的合模力推出兼?zhèn)湫读习骞δ艿纳夏０濉?/p>

(a) 準(zhǔn)備首次擲擊

(b) 首次擲擊后(脫帶料餅下模被擊落)

(c) 卸落瓣臺式中圈、取件

3.2 便捷式定子鐵心壓鑄模的工作原理(圖11)

1) 裝模壓鑄按上述裝夾內(nèi)定子鐵心沖片，將含沖片瓣合式中圈的外圓放入下模板的內(nèi)止口，在瓣合式中圈的上方外圓套上上模蓋板、內(nèi)孔型心、型心固定板、上模板的組合體，使上、下手柄錯開90°后整體放入合模力[5]為300 kN(或以上)的全立式壓鑄機下模板上，并使下模的Φ120 mm外圓置于壓鑄機壓室的定位止口上，合模、壓射、增壓和冷卻后使壓鑄機上模回程。

2) 取下完成壓鑄的模具并放置在擲架上(如圖17所示)，置上模手柄于左、右位置(此時下模手柄處于前、后位置)，平行抬起上模手柄向擲架擲下(圖17(a))，在重力的作用下，下模與中圈即刻分離，與此同時，3條爪型澆口亦被同時拉斷隨下模板和澆口余料一起落下(圖17(b))。

3) 脫中圈取鑄件如圖17(c)所示，先將卸料圈放置在壓鑄機下模，再將帶中圈和鑄件的上模放置在該卸料圈上，最后將帶壓板頂桿插入上模的4個相應(yīng)孔中，開動壓鑄機使其上模下行壓住并推動頂桿，最終使上模板和含鑄件瓣合式中圈一并從型心上脫落，捏住中圈并稍作碰擊，瓣合式中圈即告分離，取出鑄件即可。

4) 重新裝模后便可重復(fù)上述操作，內(nèi)定子鐵心鑄件如圖18所示。

圖18 內(nèi)定子鐵心鑄件

3.3 特點分析

1) 該類模具的脫模方式一般都是手工，本模具借助壓鑄機的合模力進行推件板式的脫模，極大地降低了勞動強度，提高了生產(chǎn)效率。

2) 利用鑄件的通孔，巧妙地采用了爪型澆口，省略了后續(xù)的車床切除中心澆口廢料的工序。

3) 4-Φ4.2 mm安裝孔若直接做出通孔，則增加首次脫模的難度，現(xiàn)做出4個錐坑點孔，只需在后續(xù)直接鉆通即可，省去了鉆模加工，極大地提高了生產(chǎn)效率。

4) 將承擔(dān)主定位的中圈用0.8 mm鉬絲線切割剖切成錐度凸凹2件，既滿足了類似于側(cè)抽心滑塊那樣的側(cè)向脫模要求，又有效方便了沖片組的裝模。實踐證明借助該0.8 mm割縫和沖片組的片間間隙，極大提升了排氣性能，故模具無需開設(shè)排氣槽和溢流槽。

4 結(jié) 語

當(dāng)采用疊壓工藝時，運用內(nèi)孔浮動定位和槽樣棒輔助定位的方式解決了定子沖片組的參差不齊問題；利用小斜度斜楔的自鎖性能獲得沖片壓緊的軸向限位，在保證散片間的緊密度的同時，克服了定子鐵心端面的蝶形翻翹；瓣合式壓板的成功應(yīng)用解決了支架套筒壓入后的脫模問題。便捷式壓鑄模作為壓鑄工藝的一種表現(xiàn)形式，其鑄件質(zhì)量并不遜色于臥式壓鑄模(高投入)鑄件，且規(guī)避了用硬鋁合金制作支架套筒，極大降低了生產(chǎn)成本和周期，該壓鑄方式不失為行業(yè)內(nèi)值得關(guān)注的一個選項。