交流驱动电动机带铁心定子的制造与模具工艺保证

肖洪波

(苏州工业职业技术学院,苏州 215104)

交流驱动电动机带铁心定子的制造与模具工艺保证

肖洪波

(苏州工业职业技术学院,苏州 215104)

交流驱动电机具有输出功率和转速要求高等特点，在激烈的市场竞争中，降低生产成本是提高其竞争力的关键。定子铁心叠压精度的提高和以低碳钢板折圆技术替代传统的无缝钢管或铝合金机壳有助于电机质量提升和生产成本的降低。已完成试制并投入生产的内涨式自动卸料定子铁心叠压模可获得充分整齐无错位的定子铁心；依托4套冷冲压模具可将低碳钢板材折圆成高精度的电动机机壳，它们具有生产效率高、制造成本低和产品质量稳定的特点。

预弯；折圆；定子铁心；叠压；精整

0 引 言

为使交流驱动电动机运行可靠和安装方便，零部件间的配合尺寸、安装尺寸和定转子间的同轴度要求较高。定子铁心是电动机定子的基体，而机壳是承载电机两侧端盖并保证定、转子间隙均匀度的最重要零件，因而改善定子铁心质量并优化机壳结构与制造工艺就显得尤为必要。图1为一台交流驱动电动机照片。

图1 交流驱动电动机外观

1 电动机结构分析

图2为80 mm外径的交流驱动电动机结构图。该电机的采用铸铝鼠笼转子，定、转子间隙必须均匀。如图3所示，机壳与带绕组定子铁心以热套法获得可靠的过盈配合。

图2 电动机结构简图

图3 定子结构简图

2 带铁心定子结构工艺分析

该电机定子铁心结构如图4所示。它由200片定子冲片(如图5所示)借组铆钉叠压而成。从技术角度而言，定子铁心的铆压必须牢固，并要求其端面的平整度好、沿轴向的垂直度好；为保证电动机的震动和温升指标，定子铁心中冲片的参差必须控制在0.02 mm以内。

图4 电动机结构简图

图5 定子结构简图

3 定子铁心的叠压

按照批量的不同，定子铁心的迭压可由简易式迭压模或自动卸料式迭压模来完成。由于简易式迭压模定位精度相对较差且操作不便，故不宜作为首选。

3.1内涨式自动卸料定子铁心叠压模具工作原理

(1)理片

(2)模具的装夹

选择立式油压机，将图6所示叠压模用压板和螺栓固定在油压机的工作台上；

(3)铁心的装夹

如图6所示，将与冲片内孔间隙配合的开口弹性套筒(如图9所示)插入已理好的定子冲片散片内孔，再将与冲片槽型间隙配合的槽样棒(如图7所示)分别插入该组冲片相对称的两槽中。

图6 自动卸料式铁心的迭压模具

图7 槽样棒

图8 铆爪

图9 弹性套筒

(4)铆压

将上述已插入的弹性套筒和两根槽样棒的尚松动的定子铁心一并套入模具的定位芯和卸料板镶圈(如图10所示)相应的二槽样棒定位孔 (如图10所示) 中；当上模下行，轴向松散的冲片被上模压料圈(如图11所示)逐步压紧，随着预紧橡皮被压缩，当卸料板的下平面与限位圈的上平面相碰时，铆爪头部刚好插入铆钉中心孔，并且翻铆结束。

(5)脱模取件。

图10 卸料板镶圈

图11 压料圈

3.2特点分析

(1)随着上模下行，冲片散片先被弹性压紧再行铆压，确保了定子铁心冲片间的紧密度；

(2)在铆压过程中，限位圈起到了刚性限位的作用，这充分保障了铁心两端面的平整度；

(3)在铆压的初始阶段，开口弹性套筒顶部受到上模压头的轴向弹性挤压，开口弹性套筒沿定位芯的锥体微量下行，并同时发生径向扩张，使开口弹性套筒外缘与铁心内孔之间的定位产生了零间隙的理想效果，彻底摆脱了定子铁心内和外缘的参差不齐误差。

(4)槽样棒的断面形状为圆形，其直径为定子冲片槽型的最大内接圆直径，并取间隙配合，这样既便于加工，其插入铁心槽型更显顺畅(三点接触)。显然，这样的设计优于传统按槽型以线切割加工所得的槽样棒。

4 机壳分析

图12所示为该电动机外壳，采用导磁性能和弯曲性能皆优的5.5mm 厚度钢板，经冲裁毛坯、预弯、折圆和精整四道工序完成。

图12 折圆外壳

4.1机壳成形工艺分析

为满足外壳的精度要求并避免板料折圆后的回弹，采取以下技术保障措施：

(1)折圆外壳毛坯展开件两端冲出相互吻合的凸、凹搭扣(图13所示)；

(2)首道冲裁毛坯工序(如图13所示)安排在冲床上进行，其后的两道成型工序和一道精整工序均安排在1 000 kN油压机上完成。

(3)为达到内孔精度要求，特设第四道精整工序。

图13 外壳毛坯

4.2模具设计与分析

图13所示外壳毛坯制件仅需一套落料模(单工序模)即可完成，在此不作详述，这里主要介绍随后的外壳预弯模、折圆模和精整模的工作原理和结构特点。

(1) 预弯工序与模具结构分析

图14为首道预弯件，采用了图15所示预弯模便可获得。将图13毛坯件置于预弯模具的下模(注意：使搭扣边处于左右位置)，因四周均有挡板限制，毛坯件在挡板间的初始定位在受压之前是可靠的。随着上模下行并下压毛坯件，压紧柱亦随之下行，左、右挡板的定位作用渐失，但压紧柱在压紧橡皮回弹力的作用下，使毛坯件始终处于被压紧状态，从而确保了毛坯件在预弯的过程中不会发生移位现象。值得关注的是：毛坯件在前、后挡板之间始终处于间隙配合状态，从而有效防止了毛坯件的在预弯过程中可能出现的错位和扭曲。

图14 外壳预弯件

图15 外壳预弯模具

根据文献[2]，对成形部分的相关尺寸作如下计算(详细标注如图16所示)。

图16 预弯模上、下模相应尺寸示意图

其中，R0为预弯件回弹后直径(如图12所示)；K为预弯件回弹系数；R为中心线处二侧半径；t为预弯件厚度；R1上,R1下为上、下模二侧半径；R2为中心线处中间半径；R2上，R2下为上、下模中间半径；α0为预弯件回弹后中心角，取手册推荐值α0=100°；α为上、下模中心角。

(2) 折圆模结构及工作原理分析

工作原理： 如图17所示，将上道所得预弯件置于折圆模的下模型腔之上，并处于左右挡板和中间挡板之间；顺时针合上上模摆动支架(图17中实线位置),使其下部圆弧槽扣入支承销；启动油压机使上模下行，当折圆压柱接触预弯件顶端后继续下压，预弯件两侧小圆弧则沿对称中心逐渐上翻并包裹在折圆压柱的外缘，当上模折圆压柱压至至底部时，两侧小圆弧刚好合拢，伴随清脆的声响，五搭扣准确落入相应槽中；当上模回程至原位后，逆时针转动摆动支架至如图17所示位置(双点划线)，并抽出折圆外壳机壳即可(即脱模取件)；重复上述操作便可进行下一循环的操作。

图17 机壳折圆模具

模具特点：① 折圆压柱左侧设置阶台，增强了其刚度，加之下压工作时有摆动支架的支撑，工作时的受力状态由悬臂梁转化为简支梁，从根本上保证了折圆压柱与下模型腔在工作状态仍能保证平行度指标；② 下模中间挡板的圆弧轮廓低于折圆机壳的内孔轮廓线，因而不影响折圆压柱能正常下压至底部。

(3) 整型模结构分析

经测量机壳的折圆件，轴向尺寸较好，但内、外圆尺寸存在椭圆误差(0.1 mm)，因此作为最后一道的精整工序是必不可少的。

由于机壳制件折圆后尚存在少量回弹致使内、外径尺寸未能达标，借助图18所示精整模具便可轻松达标。如图18所示，首先在上道所得折圆件内孔插入芯棒，随后放入精整模具的下模，开启油压机进行压制。取上模和下模组成的内腔直径小于外壳外径0.20～0.25 mm、芯棒外径与卷圆件内孔取0.05 mm间隙。经挤压后的折圆件获得了冷作硬化的效果，这样既增加了折圆机壳的表面硬度，又使内外径尺寸达标后获得了稳定。最后上模的回程后，取下包裹有芯棒的机壳制件，并将其竖直摆放在图18中右侧的卸料筒上，在气压机上顶出即可。

图18 精整模具

该模具的主要特点是：① 为确保折圆件不会因受力过大而出现尺寸超差，在上、下模接合面处各磨去0.125 mm，这样便获得了0.25 mm 的精整限位量。② 为减轻劳动强度，在核心零件芯棒内部设置Φ40 mm通孔。

5 结 语

内涨式自动卸料定子铁心叠压模具克服了传统铁心叠压模铁心产品片间参差不齐的问题。运用低碳钢板折圆工艺替代无缝低碳钢管车削工艺，在电机大批量生产中显现出了生产成本和废品率极大降低、提高了生产效率和经济效益的优势。可以认为，工艺装备技术的改进是产品质量和产量获得提高的根本保证。

[1] 赵如福．金属机械加工工艺人员手册[M]．上海：上海科学技术出版社.

[2] 冲模设计手册编写组．冲模设计手册[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3] 非标准共模设计修订组．非标准工模设计[M]．上海：上海科学技术出版社，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

江苏高校品牌专业建设工程项目(PPZY2015B186)

TM34

：A

：1004-7018(2016)11-0081-05

肖洪波(1960-)，男，高级实验师，工程师。