双排定转子铁芯自动叠铆级进模 - 文章

双排定转子铁芯自动叠铆级进模

作者：南京联宝模具研究所张顺福王文杨健

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摘要：介绍了该类模具的主要设计结构和技术要求，重点介绍了该类模具的高精度制造技术和关键部位的工艺技术参数。
关键词：高速冲模；电机铁芯；双排自动叠铆；级进模；硬质合金

1. 引言

电机定转子铁芯自动叠铆硬质合金级进模，是当代国际先进水平的高速冲模。该冲模在一副模具内自动完成冲压成形、扭槽、回转、叠铆、分组等高难度的技术功能，冲制出来的不是单片零件，而是经自动叠铆后的铁芯组件，它突破了铁芯传统的生产方式，给高精度铁芯大批量自动化生产开辟了新路。

近几年，使用电机定转子铁芯自动叠铆硬质合金级进模生产铁芯的厂家加速递增，而且随着高生产率的发展，双排铁芯模具、大规格铁芯模具的需求不断增大。模具由此也随着大型化，模具的复杂系数和制造难度也随之而提升。双排双工位的难度和复杂程度，与单排自动叠铆级进模比较，在模具设计结构和制造难度方面，提高了一个技术层次。双排定转子铁芯自动叠铆级进模的结构复杂，精度要求高，制造难度大等因素，能设计制造该类双排模具的厂家较少。因此，本文主要介绍该类双排模具的主要结构、有关设计工艺要求和制造技术。

2.定转子铁芯叠铆模设计结构及技术要求

根据定、转子铁芯冲片的尺寸要求，见图1定子冲片，图2转子冲片，按铁芯有关指标，确定57电动工具电机定转子铁芯的冲压工艺排样。因生产量大及提高材料利用率，需为双排模具。冲制材料为65EF1300硅钢片，冲片材料厚度为0.65mm，料宽为112+0-0.1，步距为55.500mm 。模具设置为双排十四个工位：

图1 定子图2 转子冲片

第1工位：冲导向孔、定子边槽孔、导形长孔、转子轴孔；第2工位：冲转子槽孔、中间导向孔；第3工位：冲转子计量孔、第二排定子侧边槽形孔；第4工位：冲第一排定子侧边槽形孔、转子叠铆孔；第5工位：冲第二排转子落料；第6工位：冲第一排转子落料；第7工位：空位；第8工位：冲定子槽形孔；第9工位：冲定子内孔；第10工位：冲定子计量孔；第11工位：冲定子叠铆孔；第12工位：空位；第13工位：冲第二排定子落料；第14工位：冲第一排定子落料。冲压工艺排样如图3所示。

图3 工艺排样图

模具主要设计结构及技术要求

（1）模架采用双导向结构，上下模座主体采用4组滚珠大导柱导向，分块式卸料板与上下模座采用8组滚珠小导柱导向。精密滚珠导柱双导向结构形式，既能保证高精度的使用寿命，又能确保弹压平稳使用性能的可靠性。

（2）弹压卸料板采用分块式组合结构，卸料板主体分成2块与导向板5块组合，通过8组滚珠小导柱与上下模座连体导向的结构形式。卸料板具有卸料、压料、保护凸模、控制步距与精密导向的综合作用，模具的技术要求；在卸料板上集中体现。

（3）凹模采用分块式镶拼结构，硬质合金镶件与凹固板5块镶拼组成。经冷压密配与精密定位确保配件互换，制造、维修方便。凹模有效刃口高度为10mm，槽型刃口斜度为8'，起始总间隙取材料厚度的8%。

（4）凸模固定结构，采用与凸模固定板µm级的间隙配合并用压板锁紧定位。位置精度及冲裁间隙由导向板控制。硬质合金凸模需避免锐角，采用圆弧过渡R不小于0.15mm。

（5）步距精度控制结构，采用双排28只导正钉控制送料步距的高精度定位，步距精度由导向板保证。

（6）条料侧面导向结构，采用侧导板导料形式，侧导板的设置为分块和分段结构，便于制造和清理。并在凹模固定板上设置顶料钉装置，确保条料运行无阻。

（7）模具安全保护装置：上下模座相对位置设置4组限程柱，控制模具行程。上模板与卸料板的中间两面设置多块分段的限位块，控制上模冲压时的最佳行程及弹压卸料板的平衡支撑。设置微动开关误送钉装置，出现条料误送故障时，冲床可立即停止，避免损坏模具。

（8）铁芯厚度的分组，采用活动式抽板机构，在冲床控制柜设定所需要的片数，当冲到设定的片数时，在电器控制柜的脉冲指令下，通过气缸和电磁阀来控制模具上的抽板机构动作，顶出计量凸模冲孔后即刻复位，达到铁芯叠铆厚度的分组要求。

（9）凸模凹模材料采用钨钴系列硬质合金，并经热等静压技术处理提高硬质合金强度的优质材料。选用硬质合金，需针对定转子冲片材料的牌号和性能：如硅钢片牌号W400、W360、W315以上的这类硬性料，因铁损低延伸率小和脆性大等性能；选用抗弯强度冲击韧性为主的粗晶粒硬质合金。牌号W620、W540、W470以上的这类中性料；选用抗弯强度和耐磨性兼顾的中细晶粒硬质合金。牌号W1000、W1300这类铁损高延伸率大和脆性差的软性料；选用耐磨性为主抗弯强度为辅的细晶粒硬质合金。如冲牌号SPCC、ST12等这类延伸系数特大的特软料，选用高硬度耐磨性为主的超细晶粒硬质合金。钨钴（WC—CO）类硬质合金，其性能是随着WC粒度大小和含钴量多少而变化，硬度与抗弯强度也随着相对立。

（10）上下模板采用45号钢，硬度HRC28~32。导柱导套采用GGr15钢，硬度HRC62~64。卸料板采用40Gr钢，硬度HRC43~48。固定板、垫板、抽板采用GrWMn钢，硬度HRC53~58。导向板、导正钉、收紧圈、叠装顶杆采用Gr12钢，硬度HRC60~62。其余零件分别采用优质模具钢及相应的硬度要求。圆柱销、螺钉选用高强度紧固件。矩形弹簧选用优质标准件。滚珠保持圈选用优质配套件。确保在高速冲压时的使用寿命和可靠性。

（11）铁芯叠铆形式，采用全密叠。转子叠铆点圆形图4所示；定子叠铆点矩形图5所示。叠铆结合力80N以上。叠铆结合图6所示。叠铆点数量和形状，按铁芯技术要求设定。铁芯扭槽的叠铆点形状为圆弧形图7所示，并设置凹模旋转机构图8所示：将转子落料凹模设计成圆筒形的旋转机构。旋转机构在电器控制柜脉冲指令下，通过步进电机带动蜗杆、蜗轮、凹模；在每次冲程内凹模按设定的角度旋转，促使转子片落料后进行旋转叠合，形成转子铁芯所需的扭槽角度要求。

图4 圆形叠铆点图5 矩形叠铆点图6 叠铆结合

图7 圆弧形叠铆点

图8 凹模旋转叠铆机构
1、凹固板2、凹模体3、平面轴承
4、轴承 5、蜗杆 6、蜗轮
7、轴承 8、垫板 9、下模板

3.定转子铁芯叠铆模的工艺制造技术

该模具的工艺制造技术，除应用了计算机辅助设计与制造技术（CAD/CAM）和高精度数控机床的配套设施外，并结合专业化精密制造技术和多年的实践经验积累，按工艺指令和要求，通过先进制造技术的实施，达到高精度、高效率、高寿命“三高”模具的各项技术要求。重点工艺制造技术和关键参数如下：

（1）上模板、下模板、卸料板的大件制造，分为粗加工、半精加工、精加工的三个阶段：粗加工在立式铣床、横臂钻床等普通机床上进行，主要去除零件上的大孔及成型部位的部分余铁量，留有适当的后道加工余量。粗加工后需进行热处理调质，达到提高零件的韧性和强度及减少以后淬火变形量。半精加工在加工中心上进行，除零件上的导柱导套孔、销钉孔、型孔、工艺孔及平面留适当的精加工磨量外，其余加工到位。半精加工后进行热处理淬火，达到零件所需要的硬度值。在精加工前需进行热处理正火时效，达到消除零件淬火后的脆性和内应力，精加工在精密平面磨床上磨两平面，平行度控制在0.01mm内，然后在精密数控坐标磨床上加工导柱导套孔、销钉孔、型孔、工艺孔等高精度部位，达到孔距位置精度在3µm内及孔径公差和一致性等技术要求。上下模板和卸料板上的导柱导套孔、销钉孔、工艺孔的孔距位置，是设定好的高精度精密基准、整副模具相关的其它模板等零件、均以这精密基准定位；来保证步距位置精度及相关要求。

（2）滚珠导柱、导套的工艺制造及组成：滚珠保持圈选用优质配套件，滚珠材料轴承钢，硬度HRC60以上，由专业厂供货，再经检测分类；滚珠直径一致性和圆度均可达到2µm内。保持圈材料H62黄铜。经分度钻孔后与滚珠封口，达到滚珠在保持圈的运转灵活，使用可靠。导柱、导套材料采用GGr15轴承钢。在制造过程中分别进行调质、淬火、时效处理。磨削工序分别进行粗磨、半精磨、精磨、研磨后，表面粗糙度小于Ra0.10µm，圆度和同轴度在2µm内。导柱端面需加工B型带护锥中心孔作精密定位。导柱与导套和滚珠的过盈配合，控制在0.016~0.018mm内较适合。

（3）导向板、凸模固定板、凹模固定板、垫板、抽板、收紧圈、侧导板等零件，需经锻造、退火、粗加工后调质，半精加工后淬火，精加工前正火时效等工艺制造要求。在精加工中按工序指令，分别采用精密数控磨床、慢走丝线切割机、坐标磨床等高精度设备上精密加工。应用先进制造设备和合理的工艺规程，保证各个零件的高精度和使用性能可靠。

（4）步距位置精度直接影响到铁芯自动叠铆结合力的大小，精度越高，结合力越大。全密叠形式的模具步距位置精度，需控制在3µm内。为此，国内外应用精密数控座标磨床，保证高精度要求。部分成型零件，采用精密数控慢走丝线切割机床，进行多次切割，再经研磨到位，达到高精度要求。

（5）卸料导向板上的导正孔径和导正钉外径的配合间隙，控制在3~5µm内，使导正钉在动态工作时确保导正精度和使用性能。步距位置精度导向板控制。

（6）全密叠形式铁芯叠铆的结合力在模具内完成，为此，上、下冲片的叠铆点凸台和计量孔的过盈配合量极为重要，设制在5µm时的状态较好。适当的叠铆过盈配合量和叠压力的调整等参数，是决定铁芯自动叠铆能否达到结合力要求的关键。

（7）收紧圈是铁芯自动叠铆模的关键零件，零件的综合技术要求高，尺寸精度形位精度为微米级，表面粗糙度为Ra0.10µm以上的高光洁度，并要具有高耐磨性和较好的冲击韧性。确定成形孔的尺寸参数极为关键，经多次实践，收紧圈的成形孔比落料叠片凹模的实际值小10µm ~15µm。参数分布均匀，形成较适中的背压力和收紧增压的效果，达到铁芯结合力及相关的技术要求。收紧圈属易损零件，需制造备件，必要时选用高耐磨及冲击韧性较好的硬质合金材料制造。

（8）槽形凹模拼块的制造技术及组合要求：槽形凹模拼块，采用以割代磨的制造技术，主要工艺：磨硬质合金胚料的两平面；线切割槽形留精割余量并割扇形留精磨余量；精磨扇形四侧面留研磨余量；研磨扇形四侧面留组合调整量每面1µm；以扇形四侧面的数值为基准精割定位工具；拼块定位后精割槽形刃口与斜度留研磨量每面3µm，经多次精割表面粗糙度为Ra0.40µm，精研槽形刃口与斜度去除表面的“软化层”。槽形凹模拼块的组合：由槽形凹模拼块、拼块固定板、轴孔凹模镶件、定位销组成。组合后的槽形凹模拼块与相关件之间不允许出现影响使用性能的“拼缝”。拼块与备件可互换使用，这是槽形凹模拼块技术的特点。拼块的数量按冲片上的槽数；备件按拼块总数的30%。槽形凹模拼块的制造技术和精度，是衡量该类模具先进程度的重要标志。槽形凹模拼块及拼块组合如图9所示。

图9 槽形凹模拼块

（9）硬质合金材料的磨削：采用人造金刚石砂轮，树脂结合剂，结合剂的浓度100%，砂轮粒度粗磨120号、精磨180号以上。每次磨削深度粗磨控制在0.02mm内，精磨在3µm内。冷却液需供应充足和持久确保散热性要求。合理规范的操作，既能保证零件精度和设备精度，又能延长砂轮使用寿命。针对硬质合金材料的硬度高、脆性大、易爆易裂等特点，必须确保砂轮自砺性和控制磨削时的进给量，达到最佳的磨削效果。

(10)硬质合金零件的研磨：用金刚石研磨膏系列研磨；粗研用W28研磨膏；半精研用W20、W10；精研用W5。研磨工艺量每面5µm内。研磨工具装置，用铸铁平板、铸件、钢件等。研磨后分别清洗干净。零件通过规范的研磨，达到高精度、高质量和一致性要求。

拼块组合
1、定位销2、凹模拼块3、凹模固定板 4、凹模镶件

4.双排定转子铁芯自动叠铆级进模的效果

（1）双排定转子铁芯自动叠铆级进模，用于生产电动工具电机铁芯，可在200吨或125吨高速冲床上冲制，冲速250次/分，一次冲出定转子铁芯4件，生产效率提高一倍，铁芯质量符合图纸各项技术要求。

（2）模具的步距精度及主要零件的制造精度在3µm内，备件可互换。使用寿命刃磨一次在100万冲次以上，总寿命预计在一亿冲次以上。模具设计结构与工艺制造水平及制造周期达到了国外同类模具水平，可替代进口。

（3）该模具运用强强联合形式，由慈溪鸿达电机模具制造中心、无锡佳新电器有限公司、南京联宝模具机电研究所的紧密合作，研制完成高水平的双排铁芯自动叠铆硬质合金级进模，为国内加速开发大型、精密、高效、长寿命级进模开创了新路；鸿达电机模具制造中心，从中系统的掌握了该类模具的先进制造技术，较快的进入专业化生产铁芯自动叠铆模的领域，为国产化模具替代进口提高了竞争能力。

（4）无锡佳新电器有限公司，现有25吨~200吨高速冲床20台套自动生产线、高精度卷料纵剪设备2套及其它配套的先进设备，年生产“EI”硅钢片和电机铁芯冲片超过1.5万吨，是华东地区最大的“EI”冲片铁芯专业化生产基地。设计制造使用高精度模具生产铁芯冲片，产品精度和质量，达到国外同类先进水平。

图10定、转子铁芯

图11 上模

图12下模

5. 电机铁芯自动叠铆级进模的发展趋势

大型、精密、复杂、长寿命模具，在国内生产总量中的比例严重不足，每年需进口较多模具。我国模具工业虽然发展迅速，但市场对精密高档模具的需求与日俱增，因此，加速发展精密高档模具，是国内模具市场的发展趋势。从电机铁芯自动叠铆级进模的发展趋势来分析，主要特点如下：

(1) 模具向大型化发展。这一方面是由于用单排级进模成形的制品要求向双排级进模发展，进一步提高生产效率和材料利用率，另一方面是用模具成形的制品日渐大型化所致。
(2) 模具技术向更高层次发展。单排级进模技术向大型双排级进模技术发展，这在模具结构、制造精度、制造难度及总体技术水平等方面将向更高层次发展和提升。
(3) 模具功能向全方位发展。双排扭槽叠片、双排直槽叠片、大回转叠片、双回转叠片等功能，将随着市场的发展，得到广泛应用，制品精度将进一步提高。
(4) 模具的电子监视及控制技术向实用建议发展，以监控制品生产有序进行。
(5) 模具的制造周期逐步缩短，标准化程度逐步提高，现代模具制造技术进一步得到推广应用。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/11/2006)


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