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1、电机定、转子铁心自动叠装模设计1.引言铁心是电机、变压器等产品的重要零件之一,一般由导磁率高、低损耗的硅钢片制成,为了减少损耗,在铁心轴线方向上由厚度为0.35mm 或0.5mm的硅钢片组成。因此,一台产品的铁心可由几片至几百片硅钢片组成;铁心冲片的生产用量非常大,同时,对铁心的质量要求也很高。铁心叠装后要紧密,叠压力要求在100-150N,铁心叠装质量的好坏将直接关系到产品的性能。随着模具技术的发展,铁心冲片的加工由单冲模、复合模的冲裁,发展到用高速级进模冲裁。模具的结构形式从单列散片级进冲模,发展到双列、三列等多列自动叠片高速级进冲模。冲裁速度可达280-400次/min ,模具一次刃磨寿
2、命在300万次以上,模具总寿命高达亿次以上。铁心叠装技术已由传统的手工理片,发展到自动叠片技术。它去除了人工理片、加压、铆钉或螺钉联接、氩弧焊等工艺,使冲片在副模具中完成冲片叠装工艺。大大减轻了工人的劳动强度,提高了劳动生产效率,保证铁心冲片的叠装质量。自动叠片技术现已广泛应用于电机定、转子冲片铁心,变压器冲片铁心等产品中。2.铁心自动叠装技术铁心自动叠装是在1副多工位级进冲模中实现。叠装的原理是采用按扣的原理,通常由2次冲压来完成冲片的叠装。冲裁时,先在条料上冲制出凸起,然后在落料的同时,后一冲片的凸起下部在铆紧凸模向下运动的冲压力作用下,扣入前一冲片凸起上部,即叠压。为使铁心能完成叠装并承
3、受一定的叠压力,铆合的上部压力来自落料凸模,下部支撑力则来自落料凹模下面的收紧套,利用落料冲片回弹造成的冲片外缘与收紧套内壁产生的挤压摩擦力,使冲片与冲片紧密地扣接在一起完成叠装铆紧。另有种下部的支撑力来之于冲床垫板下部的液压缸。冲裁过程中,液压缸上的托盘随着叠片的不断增高而逐步下移,当叠片达到设定片数时,液压缸驱动托盘迅速下降到与冲床垫板等高,模具下的横向气缸开始工作,将产品推出模外,然后复位,即完成一个工作循环。3.铁心叠装形式(1)直铆接。冲片与冲片间的平面投影相互重合,这样的叠合称为直铆接。电机定子冲片都为直铆接。(2)扭斜铆接。冲片与冲片间的平面投影相互绕中心转一角度,即有一定角度的
4、旋转位移差,这样的叠合称为扭斜铆接。交流电机的转子铁心为改变产品性能一般均采用扭斜铆接。扭斜铆接的原理是:冲床每工作一个行程,落料凹模与收紧套带动落料冲片扭斜(旋转)一角度,冲片冲下后,前后2片产生一定的旋转位移后铆接,使铁心由首片到末片旋转成一定的角度。落料凹模的旋转是由蜗杆、蜗轮带动完成的,如图1所示。旋转角度的控制有机械拨杆式和步进电机式2种传动方式。机械拨杆方式是通过上模在与下模冲裁过程中的运动,带动拨杆往复运动,拨杆上安装有单向轴承(超越离合器)带动齿轮作单向旋转,从而达到拨杆带动蜗轮、蜗杆转动,把模具的上、下运动转变为转子下模的旋转运动,旋转角度的大小可通过调节拉杆支点的位置来达到
5、,如图2所示。步进电机方式是根据高速冲床的冲次确定步进电机触发信号的频率,根据脉冲电源发出的脉冲数确定步进电机的旋转角度。图1 落料扭斜机构1.模座 2.旋转套 3.转子落料下模 4.收紧套 5.柄丝 6.滚针 7.螺钉 8.轴承外套 9.推力轴承 10.蜗轮 11.蜗杆 12.模座图2 机械拨杆机构1.拨杆调节固定座 2.上模座 3.拉杆 4.下模座 5.拨杆 6.向心轴承7.大齿轮 8.单向向心轴 9.小齿轮(3)回转铆接。硅钢片的磁性能,在不同的扎制方向有差异,为消除这些差异和弥补由材料厚度带来的铁心高度不均,高质量的定、转子铁心要求叠片间相互回转一个大角度(60、90、120 、180
6、),称为回转铆接。回转的角度要求很严格,回转后的冲片,其槽形平面投影必须重合(回转直叠)或相互转过一相同小角(回转扭叠),旋转角度稍有偏差,刃口就会产生啃坏。因此,在上模上需增加一个回转不到位定位检测销,在回转的下模旋转套上按所需回转的角度增加定位孔,当旋转套回转不到位时,发出信号,冲床停止工作,这时应对回转机构进行转动角度的调整。叠铆与扭斜是电机定、转子铁心自动叠装模的关键所在,它不仅关系到模具所冲产品质量的好坏,同时对提高生产效率和电机的性能都有很大的影响。4.叠压点的几何形状、分布及冲压深度常见的叠压点(铆扣)几何形状有V形、圆形、长方形、长弧形等,如图3所示,每一种形式其端面形状又可分
7、为柱形、V形、圆弧形等。柱形、V形一般用于冲片直铆接, 形铆扣凸模如图4所示,图4(a)、(b) 转子扭斜计数、拉形铆紧用凸模,图4(c) 、(d)定子计数、铆紧用凸模。圆弧形一般用于扭斜铆接,如图5所示。叠压点的分布一般以均匀分布为好,转子冲片一般设置3-5个叠压点,设置在槽孔与轴孔之间。定子冲片一般设置6-12个叠压点,设置在冲片的轭部。具体部位根据冲片形状、尺寸产品的技术要求而设定,但叠压点不宜过多,否则会给模具制造带来困难。冲压深度关系到铁心叠装的质量,冲压深度过浅,铁心叠装易松动,出现散片。冲压深度过深,叠压点连接强度降低,冲片出现变形,严重时会出现卡模现象。冲压深度的控制可通过调整
8、合模深度来控制,通过观察冲床滑块显示器,微调模具中的上、下限位柱间隙即可达到。对于圆形叠压点,拉形压入条料的深度应控制在70%的条料厚度;对于V形叠压点,拉形压入条料的深度应控制在150%的条料厚度。不论采用何种形状的叠压点,计数分台最后一片均需将叠铆处冲通。图3 叠压点几何形状图4 V形铆扣凸模图5 扭斜叠片5.铁心叠装分台的实现为了实现多工位高速级进冲模的优点,就必须使它能对冲出的片子自动分台,如图6所示,并使1副模具冲裁不同规格的轴孔,甚至达到冲裁不同形状的转子槽形,要达到以上目的,则由活动拉板来完成。当冲片叠铆到技术规定的冲片数时,通过机床的电控制柜发出的电信号传到模具电磁铁上或气缸上
9、,使电磁铁或气缸带动拉板产生一个位置移动量,将冲片铆接部位冲通,使冲片与冲片无法铆接在一起,从而实现铁心分台。整个过程都是计数器循环计数、输出分台信号自动完成。图6 分台结构1.卸料板 2.分台凸模 3.凸模固定板 4.分台凸模 5.导向板6.垫板 7.活动拉板8.气缸 9.上模座6.模具设计要点电机定、转子片级进模零件的精度要求高,形状复杂,模具的结构设计和加工制造都有一定的难度。模具制造后,如果试模失败很难修改。因此在设计时各种问题都应考虑周全,在结构上应考虑如果试模时出现问题将如何进行修改。(1)条料的宽度许用公差应控制在A-0.05-0.15mm,宽度尺寸的平行度应控制在0.1mm/1
10、000nm以内,条料毛刺高度应小于0.1mm 。(2)条料导向件宽度应比条料宽0.1-0.2mm,导向件可采用导料板或浮升导料销导料,如图7、8所示。采用导料板导向时,抬料销抬起料后应保证与导料板挂台上部有(0.5-2)t的间隙。采用浮升抬料销导料时,凹槽高度应保证在(5-6)t的高度。顶料销顶起条料应高出下模面2-3mm,在送料方向上将顶料销做成斜面并低于下模面,以有利于条料的准确送进。顶料销过高易造成条料下垂,过低易造成条料与模面摩擦。图7 导料板导料1.下模座 2.固定板 3.条料 4.抬料销 5.导料板 图8 浮升导料销导料1.下模座 2.下模固定板 3.条料 4.抬料销 5.浮升导料
11、销 (3)在拉深工位(第1次在条料上冲制出凸起部位)下模应设有成形顶件器,以便将冲压成形的凸起部分迅速、可靠地从下模孔中顶出,不影响送料。(4)排样时应考虑设置导正孔(定位孔),导正孔至少设2排,并设在2个步距中间(即导正孔间距等于步距),搭边尺寸应适当放大,以加强搭边的强度或借用冲片现有的孔作为导正孔。(5)在导正销中应至少设定一组作为送料不到位检测销。(6)导正销导正部位的长度高出导向板模面的长度应小于条料厚度t,以有利于导正销导向后迅速将条料从导正销中卸出。(7)尽可能减少工位数目,避免累积定位误差,影响制件精度。(8)小凸模在首次冲裁时,必须冲全孔,以防细小凸模早期损坏或变钝。(9)冲
12、孔时,如果孔距太近,应分在几个工位上冲出或在其中增加空工位,以解决模具强度和要求。(10)应尽可能使模具压力中心与压力机的压力中心相一致,如偏差太大,可通过调整工位、增加空工位等方法进行调整。(11)在转子落料工位后,应增加一空工位,便于安装旋转装置。(12)因叠压点冲压成形后,不论其几何形状如何,冲出的叠压点的孔和凸起部分应有一个过盈量,因此应减小叠压点凸、凹模的间隙,即增加冲件的回弹,使过盈量增大,叠压力增大。(13)自动叠装模具的排样与一般定、转子冲片级进模的排样相比,增加了3个工位,分台工位、拉形工位和铆接工位,有时也可将分台、拉形设定为一个工位。总之,自动叠装模具设计既要遵循连续冲压模设计原则,又要根据自动叠装要求设置相应的工位。