一种大型多工位高精密大型定转子级进模具的设计

摘要：介绍了一种大型多工位高精密大型定转子级进模具的设计，重点介绍了该类模具在设计中几个关键技术问题的解决方案。

关键词：大型级进冲模;定子;转子;废料回跳

1.引言

大型电机定转子冲片的生产常规采用多副单工序冲模完成。为了降低人工成本，提高市场竞争力，这种常规采用单工序、复合模生产大尺寸电机定转子铁芯的生产方式逐渐被采用多列、多工位、自动送料等设计的级进模具生产方式所代替。但随着电机定转子冲片尺寸的增大，其步距相应增大，级进模具尺寸也相应增大。模具尺寸的增大，模具的稳定性、零件制造误差放大效应更加明显，其设计、加工、装配的难度均大大增大。本文介绍了一种大型多工位高精密大型定转子级进模具的设计，重点介绍了该类模具在设计中几个关键技术问题的解决方案。

2.某型电机铁芯定、转子冲片的技术要求

定、转子冲片如图1所示，冲片材料为M470-50A硅钢片，材料厚度为0.5mm。图1（a）转子冲片，转子外形尺寸为395mm，图1（b）、图1（c）、图1（d）分别为48槽、60槽和72槽定子冲片，外形尺寸为569mm。三种定子冲片除定子槽的数量和形状不一致外，其它尺寸完全相同。要求模具完成定转子散片冲制后人工完成定转子铁芯叠装。定子片50片叠为一组，每组之间顺时针旋转90度，叠装至1000mm高度时，要求所有定子槽型孔位置公差不大于0.10mm。由此可看出，对冲片级进模具的精度要求非常高。

3.模具的设计

3.1 工艺排样设计

如图2，模具设置为单排四个工位，第一个工位冲导向孔、转子所有内孔、定子外圆缺口;第二个工位转子落料;第三个工位冲定子槽型;第四个工位冲定子的四个无用边角，完成定子片切断分离。

3.2模具总体结构设计

根据定转子冲片产品技术要求，所设计的模具需要冲制出一种规格的转子冲片和三种规格的定子冲片。为了节约成本，提高竞争力，此模具可以按下图3设计，在第三个工序设计3个子模，3个子模除槽型不一样外，其它结构完全相同，可以互换。根据冲制不同的定子片选择安装对应的子模。

3.3此模具几个关键技术的处理

相比其它电机定转子级进模具，此级进模具的特点是模具尺寸大，且一副模具上需要冲制多种规格的定子冲片。根据技术要求，模具设计的最终尺寸为长×宽=2.7m×1.2m。在此模具设计中，有几个关键技术问题需要解决：

（1）模具尺寸大，加工精度难以保证;

（2）转子太大，单个重量较重，落料不规整;

（3）废料片容易回跳。

3.4模具加工精度

由于模具外形尺寸达到2.7m×1.2m，且第三步工序必须采用子模设计方式，因此此模具无法像其它常规的级进模具设计方法一样将上模座和下模座分别设计成一个整模板。为了方便加工调试，且保证加工精度，在模具设计中将排样图中的第一个工序和第二个工序设计成一独立子模（简称转子成形子模），第四个工序也设计成一独立子模（简称定子成形子模）。转子成形子模、定子成形子模和一个冲定子槽型子模分别进行加工调试后安装在一外形尺寸长×宽×高=2.7m×1.2m×0.1m的下垫板上，形成一个标准的级进模具。为了保证子模组装完成后其相对位置准确，满足级进模具步距精度要求，在模具设计中，设计了一下垫板。模具工作时，每个子模与下垫板通过四个定位销钉定位后，再用螺栓固定，由于下模座和下垫板的材料均为45号钢，为了防止定位销在拔插过程中拉毛模座或下垫板，在下模座和下垫板安装定位销的位置设计预埋经过调质淬火处理的导套。在模具设计和加工时，所有零件的尺寸基准均以下垫板上的定位销钉孔为基准，以保证整副模具的相对位置精度。

3.5转子落料不规整的问题解决

模具转子外形直径尺寸为395mm，单片重量近0.3kg，模具垫板及下模座总高近200mm。模具工作时，由于转子与凹模刃口内壁之间的摩擦力难以保证转子片在出凹模刃口后一片一片地从模具内落下，导致不定数量的转子片从转子落料凹模下端口一起落下，造成转子变形、输送带被砸伤，转子片难以收集。为了避免出现这种情形，在凹模下部与下模座之间设计一收紧圈，使收紧圈内壁与转子片之间的摩擦力刚好大于单片转子重量，保证转子出收紧圈后能一片一片地落在输送带上，从而避免砸伤输送带和损伤转子片。收紧圈的成形孔尺寸要与落料凹模上端的实际尺寸相同，表面粗糙度Ra0.30µm以上，材料选用高耐磨且冲击韧性好的硬质合金。为了节约成本且便于加工调整，采用镶拼式结构，如图4所示。

3.6废料回跳问题的解决

废料回跳是电机定转子级进模具在使用过程中经常出现的问题，影响模具的正常使用，此模具上采用了几种方法来解决废料回跳问题。

3.6.1在凸模上安装弹顶机构。

在凸模上设计打杆，通过打杆迫使废料与凸模分离并进入凹模腔内。带打杆的凸模装置，打杆后端由螺塞和弹簧顶紧，弹簧力的大小由螺塞调节。打杆在非闭合状态前端高出凸模端面1-1.5mm。凸模工作时，打杆被压入凸模内，冲裁动作完成，凸模回程时，打杆在弹簧力作用下，迫使废料与凸模分离并进入凹模腔内。

3.6.2对凸模端部进行特殊形状设计

对凸模端部进行特殊形状设计，为了以防止废料与凸模端面之间形成真空。将凸模顶端为非平面，在冲压瞬间凸模使冲料变形，冲裁下的废料在平整状态下与凹模不完全一致，废料进入凹模内腔后回弹，使废料卡在凹模内腔壁内，避免回弹上跳。

4 结束语

此大型多规格定转子散片级进模具通过采用子模形式解决了一副模具冲制不同规格定子的问题，并在设计中采用一些关键技术解决了模具在使用过程中常出现的问题，提高了模具的可靠性。设计制造完成后的模具经过联调使用，所有指标满足技术要求。

参考文献

[1]许发樾.模具标准化与原型结构设计.机械工业出版社，2009.6

[2]陈剑鹤、于云程.冷冲压工艺与模具设计，机械工业出版社，2009.2

作者简介：黄自祥 男，1975年出生，高级工程师，长期从事雷达总体结构设計及科研生产管理工作。