机床冲压技术,如何确保高精度?以电机定转子铁芯为例

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selina 发布于:周一, 09/11/2017 - 09:16 ,关键词:

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。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。

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)。

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。

(一) 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。

(二) 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。

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、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。

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。

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。

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。

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。

(三)电机定转子铁芯自动叠铆的装配方法

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。

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。

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。

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)。

(四)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。

(五)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。

(六)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。

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;
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;
8. 模具主要零件的加工设备。

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。

本文转自:机床冲压技术,如何确保高精度?以电机定转子铁芯为例

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