电机铁芯定转子冲压生产过程和分析

电机铁芯定转⼦冲压⽣产过程和分析
马达铁芯,英⽂对应名称:Motor core , 作为电机⾥⾯的核⼼部件,铁芯是电⼯⾏业的⾮专业⽤语,铁芯也就是磁芯。铁芯(磁芯)在整个马达⾥⾯起到了举⾜轻重的作⽤,它⽤来增加电感线圈的磁通量,已实现电磁功率的最⼤转换。马达铁芯通常是由⼀个定⼦和⼀个转⼦组合⽽成。定⼦通常作为不转动的部分,⽽转⼦通常是内嵌在定⼦的内部位置。
马达铁芯的应⽤范围⾮常⼴泛,步进电机,交直流电机,减速电机,外转⼦电机,罩极电机,同步异步电机等都有⽐较⼴泛的利⽤。对于成品马达来说,马达铁芯在电机配件⾥⾯起到的作⽤⽐较关键。要想让⼀个电机的整体性能得到提⾼,就需要提升马达铁芯的性能。通常这种性能可以采⽤改善铁芯冲⽚的材质,调整其材质的导磁率,控制好铁损的⼤⼩等⽅式来解决。
⼀个好的马达铁芯需要由精密的五⾦冲压模具,采⽤⾃动铆接的⼯艺,然后利⽤⾼精密度冲压机台冲压出来。这样做的好处是,可以最⼤程度地保证其产品的平⾯的完整度,最⼤程度地保证其产品精度。
通常品质优良的马达铁芯就是利⽤此种⼯艺专业进⾏马达铁芯冲压的。⾼精密度的五⾦连续冲压模搭配⾼速度冲压机,再加上优秀的专业马达铁芯⽣产⼈员,才能最⼤程度地保证好的马达铁芯的出品率。
现代冲压技术是集设备、模具、材料和⼯艺等多种技术于⼀体的⾼新技术。⾼速冲压技术是近20年发展
起来的先进成形加⼯技术。电机定转⼦铁芯零件的现代冲压技术是⽤⾼精度、⾼效率、长寿命、集各⼯序于⼀副模具的多⼯位级进模在⾼速冲床上进⾏⾃动化冲制,其冲制过程是冲制条料从卷料上出来后,先经过校平机进⾏校平,再通过⾃动送料装置进⾏⾃动送料,然后条料进⼊模具,可以连续完成冲裁、成形、精整、切边、铁芯⾃动叠⽚、带扭斜叠⽚落料、带回转叠⽚落料等⼯序的冲制,到铁芯零件成品从模具中输送出来,整个冲制过程都是在⾼速冲床上⾃动完成的(如图1所⽰)。
随着电机制造⼯艺不断发展,现代冲压技术引⽤到制造电机铁芯⽅⾯的⼯艺⽅法,现在越来越多地被制造电机⼚家所接受,制造电机铁芯的加⼯⼿段也越来越先进。在国外,⼀般先进制造电机⼚家,都采⽤现代冲压技术来冲制铁芯零件。在国内,⽤现代冲压技术来冲制铁芯零件的加⼯⽅法正在进⼀步发展起来,⽽且这项⾼新制造技术⽇趋成熟,在电机制造⾏业中,这项制造电机⼯艺的优势已被许多制造电机⼚家所重视。⽤现代冲压技术来冲制铁芯零件与原来⽤普通模具及设备冲制铁芯零件相⽐较,具有冲制铁芯零件⾃动化程度⾼、尺⼨精度⾼、模具使⽤寿命长等特点,适合于冲制件的⼤批量⽣产。由于多⼯位级进模是集众多加⼯⼯艺于⼀副模具上的冲制,减少了电机的制造⼯序过程,提⾼了制造电机的⽣产效率。
1、现代⾼速冲压设备
现代⾼速冲压的精密模具离不开⾼速冲床的配合,⽬前国内外现代冲压技术的发展趋势是单机⾃动化
、机械化、⾃动送料、⾃动卸料、⾃动出成品,⾼速冲压技术⽬前在国内外得到了普遍发展。电机定转⼦铁芯级进模的冲压速度⼀般为200~400次/min,多半是在中速冲压范围之内进⾏⼯作的。冲制电机定转⼦铁芯带⾃动叠⽚的精密级进模对⾼速精密冲床技术要求是,冲床的滑块在下死点精度要求较⾼,因为影响到定转⼦冲⽚在模具內⾃动叠⽚形成铁芯过程的质量问题。现在精密冲压设备正在向着⾼速度、⾼精度、稳定性好的⽅向发展,特别是近年来精密⾼速冲床发展很快,在提⾼冲制件⽣产效率⽅⾯发挥了重⼤的作⽤。⾼速精密冲床在设计结构⽅⾯⽐较先进,制造精度⼜⾼,适合于多⼯位硬质合⾦级进模的⾼速冲压,可以⼤⼤提⾼级进模的使⽤寿命。
级进模所冲制材料是卷料形式,因此现代冲压设备都带有开卷机、矫平机等辅助装置,⾃动送料装置有:辊式、凸轮、机械⽆级调节式、齿轮式、数控⽆级调节式送料机等结构形式,分别与相适应的现代冲压设备配套使⽤。由于现代冲压设备的⾃动化冲制程度⾼,且速度快,为充分保证模具在冲制过程中的安全性,现代冲压设备都配备有在发⽣失误情况下的电⽓控制系统,如模具在冲制过程中发⽣故障情况,则失误信号就会⽴即传送到电⽓控制系统,电器控制系统就会发出信号使冲床⽴即停⽌⼯作。⽬前⽤于冲制电机定转⼦铁芯零件⽅⾯的现代冲压设备主要有:德国有:SCHULER舒勒、⽇本有:AIDA⾼速冲床、DOBBY⾼速冲床、ISIS⾼速冲床,美国有:MINSTER⾼速冲床,台湾有:瑛瑜⾼速冲床等。这些精密⾼速冲床,具有⾼的送料精度、冲压精度和机器的刚度、可靠的机器安全系统,其冲压速度⼀般多在200~600次/min范围,适合于冲制电机定转⼦铁芯的⾃动叠⽚和带扭斜、回转⾃动叠铆⽚的结构零件。
2、电机定转⼦铁芯的现代冲模技术
2.1 电机定转⼦铁芯级进模概述
在电机⾏业中,定、转⼦铁芯是电机上的重要零部件之⼀,它的质量好坏直接影响到电机的技术性能。传统制作铁芯⽅法是⽤⼀般普通模具冲制出定、转⼦冲⽚(散⽚),经过齐⽚,再⽤铆钉铆接、扣⽚或氩弧焊等⼯艺过程制成铁芯,对于交流电机转⼦铁芯还需⽤⼿⼯进⾏扭转出斜槽,步进电机要求定、转⼦铁芯磁性能和厚度⽅向均匀,定⼦铁芯和转⼦铁芯冲⽚之间分别要求旋转⼀定的⾓度,如⽤传统⽅法制作,效率低,精度很难达到技术要求。现在随着⾼速冲压技术的迅速发展,在电机、电器等领域,已⼴泛采⽤⾼速冲压多⼯位级进模制造⾃动叠⽚式的结构铁芯,其中定、转⼦铁芯还可以带扭转叠斜槽、冲⽚之间带⼤⾓度回转叠铆结构等,与普通冲模相⽐,多⼯位级进模具有冲制精度⾼、⽣产效率⾼、使⽤寿命长、所冲制铁芯尺⼨精度⼀致性好、容易实现⾃动化、适合⼤批量⽣产等优点,是电机⾏业精密模具发展的⽅向。定、转⼦⾃动叠铆级进模具有制造精度⾼、结构先进、带有技术性要求⾼的回转机构、计数分离机构及安全机构等,铁芯⾃动叠铆、转⼦带扭斜叠铆、⼤⾓度回转叠铆的冲制⼯步都是放在定、转⼦冲⽚落料⼯位上完成的。级进模上的主要零件凸模、凹模都采⽤硬质合⾦材料,每磨⼀次刃⼝可冲150万次以上,模具总寿命在1.2亿次以上。
2.2电机定转⼦铁芯⾃动叠铆技术
级进模上带⾃动叠铆技术就是要把原来传统制作铁芯的⼯艺过程(冲出散⽚-齐⽚-铆合)放在⼀副模具内完成,即在级进模的基础上增加了新的冲压⼯艺技术,除了冲定、转⼦上的轴孔、槽孔等冲⽚形状要求外,增设了定、转⼦铁芯叠铆需要的叠铆点及起叠铆点分离作⽤的计数孔的冲压⼯位,并将原来定、转⼦的落料⼯位改变成先起落料作⽤,然后使各冲⽚再形成叠铆过程和叠⽚计数分离过程(以确保铁芯厚度)的叠铆⼯位,如定、转⼦铁芯需要带扭转、回转叠铆功能的,在级进模转⼦或定⼦落料⼯位的下模上要带有扭转机构或回转机构,由叠铆点在冲⽚上不断改变或转动位置⽽实现这⼀功能的,从⽽满⾜在⼀副模具内⾃动完成冲⽚的叠铆和回转叠铆的技术要求。
2.2.1 铁芯⾃动叠⽚形成的过程是:在定、转⼦冲⽚适当部位上冲出⼀定⼏何形状的叠铆点,叠铆点的形式如图2所⽰,上部是凹陷形孔,下部是凸起的,然后将同⼀名义尺⼨的上⼀冲⽚凸起部分嵌⼊到下⼀冲⽚的凹陷形孔时,在模具中落料凹模收紧圈内⾃然形成“过盈”,达到紧固连接的⽬的,如图3所⽰。在模具内铁芯形成的过程是,在冲⽚落料⼯位上使上⼀⽚叠铆点的凸起部位正确地与下⾯⼀⽚的叠铆点凹形孔部位重合在⼀起,当上⾯⼀⽚受到落料凸模压⼒作⽤时,下⾯⼀⽚借助其外形与凹模壁摩擦所产⽣的反作⽤⼒使两⽚产⽣叠铆。
这样,通过⾼速⾃动冲床连续不断的冲制,就可以得到⼀⽚挨着⼀⽚排列、⽑刺是同⼀⽅向⽽且具有⼀定叠厚的整齐铁芯。
2.2.2 铁芯叠⽚厚度的控制⽅法是,在铁芯预定的⽚数时,把最后⼀⽚冲⽚上的叠铆点冲穿,使铁芯按预定的⽚数分离,如图4所⽰。在模具结构上设置有⾃动叠⽚计数分离装置,如图5所⽰。
在计数凸模上⾯有⼀个抽板机构,抽板由⽓缸带动,⽓缸动作由电磁阀控制,电磁阀根据控制箱发出的指令⽽动作。冲床每⼀次⾏程信号都输⼊到控制箱⾥,当冲到所设定⽚数时,控制箱会发出信号,通过电磁阀和⽓缸,使抽板动作,从⽽使计数凸模达到计数分离的⽬的,即在冲⽚的叠铆点上达到计量孔被冲穿和不冲计量孔的⽬的。铁芯的叠⽚厚度可以⾃⾏设定。另外,有的转⼦铁芯的轴孔因⽀承结构的需要,要求冲制成有2段或3段台肩沉孔。
如图6所⽰,级进模上要同时完成冲制这种有台肩孔⼯序要求的铁芯,可采⽤上述相类似的结构原理,模具结构如图7所⽰。
2.2.3 铁芯叠铆结构形式有两种:第⼀种是密叠式,即叠铆成组的铁芯不需要在模具外再加压,出模即可达到铁芯叠铆的结合⼒。第⼆种是半密叠式,出模时已叠铆的铁芯冲⽚之间有间隙,还需要再加压才能保证结合⼒。
2.2.4 铁芯叠铆的设置及数量的确定:铁芯叠铆点位置的选择应根据冲⽚的⼏何形状确定,同时考虑到电机的电磁性能及使⽤要求,模具上应考虑叠铆点的凸模、凹模镶块位置是否有⼲涉现象及落料凸模相应叠铆顶杆孔位置离边上距离的强度问题。叠铆点在铁芯上分布应对称和均匀,叠铆点的数量及⼤
黎氏三兄弟
⼩应根据铁芯冲⽚之间要求的结合⼒⼤⼩来确定,同时必须考虑到模具的制造⼯艺性。如铁芯冲⽚之间带有⼤⾓度回转叠铆的,还要考虑叠铆点的等分要求等。如图8所⽰。
⽰。
2.2.5 铁芯叠铆点的⼏何形状有:
(a)圆柱形叠铆点,适⽤于铁芯的密叠式结构;
(b)V型叠铆点,该叠铆点的特点是铁芯冲⽚之间的连接强度⼤,适⽤于铁芯的密叠式结构和半密叠式结构;
(c)L型叠铆点,该叠铆点形状⼀般⽤于交流电机转⼦铁芯的扭斜叠铆,适⽤于铁芯的密叠式结构;
(d)梯形叠铆点,该叠铆点有园梯形和长梯形叠铆点结构之分,两者都适⽤于铁芯的密叠式结构,如图9所⽰。
戏剧文学2.2.6 叠铆点的过盈量:铁芯叠铆的结合⼒⼤⼩与叠铆点的过盈量有关,如图10所⽰,叠铆点凸台的外径D与内经d的尺⼨差(即过盈量),由冲制叠铆点凸模与凹模的刃⼝间隙确定,所以选取合适的间隙是保证铁芯叠铆强度以及叠铆难易程度情况的⼀个重要部分。
2.3电机定转⼦铁芯⾃动叠铆的装配⽅法
3.3.1 直接叠铆:在⼀副级进模的转⼦落料或者定⼦落料⼯步上,将冲⽚直接冲⼊落料凹模之中,当冲⽚叠压于凹模和凹模下⾯的收紧圈内时,靠每⼀冲⽚上的叠铆凸出部位使各冲⽚固定在⼀起。
3.3.2 带扭斜叠铆:铁芯上每⼀冲⽚之间要旋转⼀个⼩⾓度再叠铆,这种叠铆⽅法⼀般多⽤于交流电机的转⼦铁芯上。其冲制过程是,冲床每冲⼀次后(即冲⽚冲⼊落料凹模之内后),在级进模的转⼦落料⼯步上,由转⼦落料凹模、收紧圈和回转套组成的回转装置旋转⼀个⼩⾓度,旋转量可以改变和调整,即冲⽚冲下后,就被叠铆在该铁芯上,接着回转装置内的铁芯再旋转⼀个⼩⾓度。这样冲制出的铁芯即带叠铆⼜带扭转,如图11所⽰。
带动模具内回转装置转动的结构形式有⼆种;⼀是由步进电机带动的转动结构形式,如图12所⽰。
⼆是由模具上模的上下运动所带动的转动(即机械式扭转机构),如图13所⽰。党的纪律检查体制
3.3.3带回转叠铆:铁芯上每⼀冲⽚之间要转动⼀个规定的⾓度(⼀般为⼤⾓度)再叠铆,冲⽚之间转动的⾓度⼀般有45°、60°、72°、90°、120°、180°等⼤⾓度回转形式,这种叠铆⽅法可以补偿由于冲制材料厚度不均匀引起的叠层积累误差和改善电机磁性能的特性。其冲制过程是,冲床每冲⼀次后(即冲⽚冲⼊落料凹模之内后),在级进模的落料⼯步上,由落料凹模、收紧圈和回转套组成的回转
装置转动规定的⼀个⾓度,每次转动的规定⾓度要精确。即冲⽚冲下后,就被叠铆在该铁芯上,接着回转装置内的铁芯再转动规定的⾓度。
这⾥回转是以每⼀冲⽚铆点数为基础的冲制过程。带动模具内回转装置转动的结构形式有⼆种;⼀是由⾼速冲床曲轴运动所输送出来的转动,通过万向节、连接法兰和联轴器等带动回转驱动装置,然后回转驱动装置带动模具内的回转装置转动。如图14所⽰。
⼆是由伺服电机带动的转动(需配备专⽤电器控制器),如图15所⽰。⼀副级进模上的带回转形式可以是单回转形式,也可以是双回转形式,甚⾄是多回转形式,它们之间回转的⾓度可以相同也可以不同。
2.3.4带回转扭斜叠铆:铁芯上每⼀冲⽚之间要转动⼀个规定的⾓度再加上⼀个扭斜⼩⾓度(⼀般为⼤⾓度+⼩⾓度)再叠铆,这种叠铆⽅法⽤于铁芯落料外形是圆形的形状,⼤回转⽤于补偿由于冲制材料厚度不均匀引起的叠层积累误差,⼩的扭转⾓度是交流电机铁芯性能所需要的转动。其冲制过程与前⾯的冲制过程相同,不同的形式是转动⾓度⼤⽽且不是整数。⽬前带动模具内回转装置转动的常⽤结构形式是⽤伺服电机带动的(需配备专⽤电器控制器)。
3.4扭转和回转运动的实现过程
级进模在⾼速冲载过程中,冲床的滑块在下死点时,凸模和凹模之间是不允许有转动现象的,所以扭转机构、回转机构
级进模在⾼速冲载过程中,冲床的滑块在下死点时,凸模和凹模之间是不允许有转动现象的,所以扭转机构、回转机构的旋转动作必须是间断运动,⽽且要与冲床滑块的上下运动相协调。具体要求实现转动过程是:在冲床滑块每⼀次⾏程中,滑块在曲轴转⾄240º~60º范围內,回转机构发⽣转动,在其它⾓度范围內处于静⽌状态,如图16所⽰。其回转范围设定的⽅法:如采⽤回转驱动装置带动的转动,调整范围就在该装置上进⾏设置的;如采⽤电机带动的转动,就在电器控制器上进⾏设定或者通过感应接触器进⾏调整接触范围;如采⽤机械式带动的转动,则通过杠杆转动的范围进⾏调整。
3.5回转安全机构
由于级进模在⾼速冲床上进⾏冲制,对于带⼤⾓度回转模具结构,如果定、转⼦冲⽚落料外形不是圆形,⽽是⽅形或带有齿形等异形的形状时,为保证每次落料凹模回转停留的位置正确⽆误,确保落料凸模和凹模零件的安全,在级进模上必须设置有回转安全机构。回转安全机构的形式有:机械安全机构和电器安全机构。
3.6电机定转⼦铁芯现代冲模的结构特点
电机定转⼦铁芯级进模的主要结构特点有:
1. 模具采⽤双导向结构,即上下模座靠四根以上⼤的滚珠式导柱导向,各卸料装置与上下模座有四根⼩导柱导正,保证模具有可靠的导向精度;
2. 从⽅便制造、检测、维修、装配上的技术考虑,模具板料采⽤较多拼块式结构和组合式结构;
3. 除了有级进模的常⽤结构如步距导正系统、卸料系统(由卸料板主体和分体式卸料板组成)、导料系统和安全系统(误送检测装置)外,有电机铁芯级进模特殊的结构:如铁芯⾃动叠⽚的计数分离装置(即抽板结构装置)、冲制铁芯叠铆点结构及铁芯落料叠铆点顶杆结构、冲⽚落料再叠铆的收紧结构、扭转或回转装置、⼤回转的安全装置等;
4. 由于级进模主要零件凸模与凹模材料常⽤硬质合⾦,从加⼯特点和材料的价格因素⽅⾯考虑,凸模采⽤压板式固定形式结构、凹模采⽤镶拼式结构形式,便于装配和更换。
3、电机定转⼦铁芯现代冲模技术的现状及发展
电机定转⼦铁芯⾃动叠⽚技术在70年代由美国、⽇本最早提出并研制成功,从⽽使电机铁芯的制造技术取得了突破性的进展,给⾼精度的铁芯⾃动化⽣产开辟了新路。我国研制这项级进模技术是从80年代中期开始的,最早是通过对引进模具的技术消化、吸收得到的实践经验,到后来⾃主研制这类模具,都有了较快的发展,并在国产化⽅⾯取得了可喜的成果,从原来靠引进这类模具,到我们⾃⼰能
研制这类⾼档精密模具,提⾼了电机⾏业精密模具的技术⽔平。特别是最近10年,随着我国精密模具制造⼯业的快速发展,现代冲模作为特殊的⼯艺装备,在现代制造业中越来越重要。电机定转⼦铁芯现代冲模技术也得到了全⾯、迅速的发展,最早只能在少数⼏家国营企业能够设计制造,发展到现在能够设计制造这类模具企业已有许多家,⽽且研制这类精密模具技术⽔平⽇趋成熟,并已开始出⼝到国外,加快了我国现代⾼速冲压技术的发展。
⽬前,我国电机定转⼦铁芯现代冲模技术主要体现在以下⼏个⽅⾯,其设计制造⽔平已接近国外同类模具的技术⽔平:1. 电机定转⼦铁芯级进模的整体结构(包括双导向装置、卸料装置、导料装置、步距导向装置、限位装置、安全检测装置等);
2. 铁芯叠铆点结构形式;
3.级进模上带⾃动叠铆技术、带扭斜、回转技术;
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4. 冲制出铁芯的尺⼨精度和铁芯牢度;
5. 级进模上主要零件的制造精度、镶拼精度;
6. 模具上选⽤标准件零件程度;
7.模具上主要零件材料的选⽤;
7.模具上主要零件材料的选⽤;
8. 模具主要零件的加⼯设备。
彩电视制式随着电机品种的不断发展、创新和装配⼯艺的更新,对电机铁芯的精度要求越来越⾼,这对电机铁芯级进模提出了更⾼的技术要求,其发展趋势是:
1. 模具结构的创新应成为电机定转⼦铁芯现代冲模技术发展的主旋律;
2. 模具整体⽔平向超⾼精密和更⾼技术⽅向发展;
3. 电机定转⼦铁芯带⼤回转加扭斜叠铆技术的创新发展;
4. 电机定转⼦铁芯冲模向多排样、⽆搭边、少搭边冲压技术⽅向发展;
5. 随着⾼速精密冲床技术的不断发展,模具应适合更⾼冲压速度的需要。
4、结束语
⽤现代冲压技术来制造电机的定转⼦铁芯,可使电机制造技术⽔平得到很⼤的提⾼,特别是在汽车电机、精密步进电机、⼩型精密直流电机和交流电机等⽅⾯,不仅保证了这些电机的⾼技术性能,⽽且
适合于⼤批量⽣产的需要。现在,国内设计制造电机定转⼦铁芯级进模的⼚家逐步发展起来,其设计制造技术⽔平正在不断提⾼,虽然⽣产这类模具所使⽤的设备⽔平与国外基本相同,但应看到我们这类模具在设计制造技术⽔平⽅⾯与国外同类模具存在的差距,为提⾼我国模具在国际市场上的竞争⼒,必须重视和⾯对这个差距。
另外,还必须看到,设计制造电机定转⼦铁芯的现代冲模除了必须有现代模具制造设备即精密加⼯机床来保证外,还必须有⼀批实际经验丰富的设计和制造⼈员,这是制造精密模具的关键所在。随着制造业的国际化,我国模具⾏业正在迅速与国际接轨,提⾼模具产品专业化是模具制造⾏业发展的必然趋势,特别是在现代冲压技术迅速发展的今天,电机定转⼦铁芯零件的现代冲压技术将得到⼴泛应⽤。张自忠小学
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