肖洪波

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 ,蘇州 215104)

0 引 言

內(nèi)定子鐵心是交流風(fēng)機(jī)的核心部件，傳統(tǒng)模具結(jié)構(gòu)是硬鋁合金支架借助疊壓模具(如圖1所示)與一組規(guī)定數(shù)量的定子沖片內(nèi)孔緊配成為一體，如圖2所示。為保證電機(jī)的性能要求，定子鐵心兩側(cè)端面的平整度及外圓柱面的整齊度是極為重要的考核指標(biāo)，若出現(xiàn)片間錯(cuò)位不但直接影響槽滿率，還將被迫增加鐵心內(nèi)孔的鉸削和外圓的磨削加工工序，這無疑提升了加工成本，更主要的是會(huì)引起電機(jī)的渦流發(fā)熱導(dǎo)致溫升提高。以壓鑄工藝替代傳統(tǒng)的疊壓工藝不失為電機(jī)鐵心制造的新選擇。

圖1 內(nèi)定子鐵心疊壓模

圖2 定子鐵心

1 定子鐵心結(jié)構(gòu)分析

由圖2可知，定子鐵心外緣的整齊度、上下端面的平整度[1]是鐵心質(zhì)量的關(guān)鍵。因支架套筒是以過盈配合的形式壓入規(guī)定厚度的定子沖片(散片，如圖3所示)的，因而在定子鐵心端面的內(nèi)孔處較易出現(xiàn)翻邊凸翹(又稱倒片)現(xiàn)象。

圖3 內(nèi)定子沖片

2 內(nèi)定子鐵心疊壓模的工作原理與特點(diǎn)分析

鐵心疊壓過程主要分3個(gè)階段展開。首先對(duì)定子沖片初始定位；其次是預(yù)壓緊，壓入支架套筒(導(dǎo)向定位心同步退出)；最后是脫模。

2.1 定位

模具(圖1)的主定位[2]是沖片內(nèi)孔，導(dǎo)向定位心(如圖4所示)采用間隙配合，插入定子沖片組內(nèi)孔；輔助定位選擇沖片的2個(gè)對(duì)稱槽，以2根直徑為最大內(nèi)接圓的槽樣棒[1]分別插入這2個(gè)槽，將上述整體安放到圖1疊壓模的底板上，同時(shí)將2根槽樣棒的下端分別插入底板的相應(yīng)孔中；將一對(duì)瓣合式壓板[3](如圖5所示)并攏后分別套入2個(gè)導(dǎo)柱(如圖6所示)和槽樣棒的上端。

圖4 導(dǎo)向定位心

圖5 瓣合式壓板

圖6 導(dǎo)柱

2.2 預(yù)壓緊

圖7 上模板

圖8 斜楔

2.3 入支架

在導(dǎo)向定位心的“引導(dǎo)止口”上，套上支架套筒，蓋上壓圈并加壓，重新起動(dòng)氣壓機(jī)下壓，便可輕松將支架套筒過盈壓入定子沖片組。

2.4 脫模

脫模取件應(yīng)按從上到下的次序進(jìn)行，如圖1所示，最終瓣合式壓板、定子沖片組和槽樣棒仍為一體，此時(shí)需將槽樣棒先抽出，2瓣瓣合式壓板便可輕松地沿徑向分離完成脫模。

2.5 模具結(jié)構(gòu)與要點(diǎn)分析

1) 結(jié)構(gòu)分析

2) 要點(diǎn)分析

如圖6所示，導(dǎo)柱尺寸60.5 mm必須小于圖1中上模板、瓣合式壓板和底板的厚度尺寸和，這是確保斜楔插入導(dǎo)柱楔狀斜孔后產(chǎn)生預(yù)緊效果的根本保證。

如圖1所示，為使瓣合式壓板在完成疊壓后能順利脫模。因其上端面位于定子鐵心和支架套筒之間而無法軸向脫出，故采取線切割的方法沿瓣合式壓板的對(duì)稱線一分為二(如圖5所示)。如此，只需先抽出2根槽樣棒，便可在定子鐵心和支架套筒之間沿徑向分別脫出瓣合式壓板。

采用疊壓工藝的模具產(chǎn)品如圖9所示。可見定子槽形整齊，片間緊密，鐵心端面平整度較好，但定子鐵心和支架套筒的接合根部處稍呈蝶形翻翹狀(又稱倒片[2])，且支架套筒由鋁棒(2A12)車削而成，生產(chǎn)成本較高，只適合小批量生產(chǎn)。在此基礎(chǔ)上依托便捷式壓鑄模具[5]，對(duì)該內(nèi)定子鐵心進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，以適應(yīng)大批量生產(chǎn)，收到較好的效果。

圖9 產(chǎn)品照片

3 便捷式壓鑄模具可行性分析

針對(duì)內(nèi)定子鐵心疊壓模所存在的不足，可采用壓鑄工藝替代，其鑄件如圖10所示。其特點(diǎn)：(1)以定子沖片組為嵌件，在模具中獲得初定位，合模后被疊緊，運(yùn)用爪型澆口[6](為中心澆口的變異，壓力損失最小，脫模時(shí)自動(dòng)去澆口)壓鑄成型，使定子沖片組內(nèi)孔的兩端被Φ34 mm的鑄鋁合金臺(tái)階卡住，不會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)；(2)以開縫鋼套(簡(jiǎn)易車夾具)套于定子鐵心外緣，在車床上用三爪卡盤夾緊后，將內(nèi)孔的3處尺寸車至圖2的尺寸；(3)在4-Φ4.2 mm通孔位置鑄出120°錐頭點(diǎn)孔，最后只需用Φ4.2 mm麻花鉆鉆通即可。

圖10 定子鐵心鑄件

便捷式壓鑄模是在全立式壓鑄機(jī)上進(jìn)行壓鑄，并且模具的裝模和卸料由手工完成。模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作和維護(hù)方便、鑄件品質(zhì)可靠、極其低廉的造價(jià)是該模具的優(yōu)勢(shì)。

3.1 壓鑄模結(jié)構(gòu)分析

如圖11所示，該壓鑄模著力解決3個(gè)問題，即作為嵌件的沖片在模具中的裝夾與上下模定位問題、成形與去澆口問題和頂出與脫模問題。

圖11 便攜式定子鐵心壓鑄模具

1) 定子沖片的裝夾與上下模定位

由于沖片(圖3)組內(nèi)孔需要成型支架套筒(圖10)，故選擇沖片外緣為主定位，輔助定位選擇2個(gè)對(duì)稱的沖片槽。由防轉(zhuǎn)心棒對(duì)準(zhǔn)沖片組R1記號(hào)槽后以間隙配合插入，再由定位鑲件緊配入瓣合式中圈(如圖12所示)的2個(gè)鍵口(如圖13所示)插入沖片槽口。操作過程如圖14所示。

圖12 瓣合式中圈

圖13 槽口定位鑲件

2) 成形與去澆口

圖11中，下模板(如圖15所示)錐孔與內(nèi)孔型心(如圖16所示)下部分流錐[6]必須可靠吻合，并沿下模板的配合錐面用Φ4 mm圓銼銼出3條深度為1 mm的均布導(dǎo)流槽，以形成爪形澆口。由于這3條直流道澆口與下部的澆口余料相連，故在卸料時(shí)會(huì)在與鑄件連接處發(fā)生斷裂并隨下模板一起落下，去除澆口特別方便,無需上車床切除澆口。

圖15 下模板

圖16 內(nèi)孔型心

3) 頂出與脫模

圖13中，裝模時(shí)的上、下兩對(duì)手柄須錯(cuò)開90°放置。

②中圈分離 作為主定位的中圈(兼顧成形Φ34 mm法蘭圈內(nèi)側(cè)端面的需要)，在脫模時(shí)要采取兩側(cè)分型脫模措施。將圖14的瓣合式中圈(相當(dāng)于側(cè)抽心模具中的滑塊)作整體加工，再按圖14中折線(合模時(shí)定位并防止產(chǎn)飛邊)用線切割剖[5]切成2件，以滿足沿兩側(cè)分離需求。

③鑄件脫模 在型心固定板和上模蓋板開設(shè)4個(gè)均布的頂桿過孔，并設(shè)置了如圖17(c)所示的頂桿和卸料壓板，以便利用全立式壓鑄機(jī)的合模力推出兼?zhèn)湫读习骞δ艿纳夏０濉?/p>

(a) 準(zhǔn)備首次擲擊

(b) 首次擲擊后(脫帶料餅下模被擊落)

(c) 卸落瓣臺(tái)式中圈、取件

3.2 便捷式定子鐵心壓鑄模的工作原理(圖11)

1) 裝模壓鑄按上述裝夾內(nèi)定子鐵心沖片，將含沖片瓣合式中圈的外圓放入下模板的內(nèi)止口，在瓣合式中圈的上方外圓套上上模蓋板、內(nèi)孔型心、型心固定板、上模板的組合體，使上、下手柄錯(cuò)開90°后整體放入合模力[5]為300 kN(或以上)的全立式壓鑄機(jī)下模板上，并使下模的Φ120 mm外圓置于壓鑄機(jī)壓室的定位止口上，合模、壓射、增壓和冷卻后使壓鑄機(jī)上?；爻?。

2) 取下完成壓鑄的模具并放置在擲架上(如圖17所示)，置上模手柄于左、右位置(此時(shí)下模手柄處于前、后位置)，平行抬起上模手柄向擲架擲下(圖17(a))，在重力的作用下，下模與中圈即刻分離，與此同時(shí)，3條爪型澆口亦被同時(shí)拉斷隨下模板和澆口余料一起落下(圖17(b))。

3) 脫中圈取鑄件如圖17(c)所示，先將卸料圈放置在壓鑄機(jī)下模，再將帶中圈和鑄件的上模放置在該卸料圈上，最后將帶壓板頂桿插入上模的4個(gè)相應(yīng)孔中，開動(dòng)壓鑄機(jī)使其上模下行壓住并推動(dòng)頂桿，最終使上模板和含鑄件瓣合式中圈一并從型心上脫落，捏住中圈并稍作碰擊，瓣合式中圈即告分離，取出鑄件即可。

4) 重新裝模后便可重復(fù)上述操作，內(nèi)定子鐵心鑄件如圖18所示。

圖18 內(nèi)定子鐵心鑄件

3.3 特點(diǎn)分析

1) 該類模具的脫模方式一般都是手工，本模具借助壓鑄機(jī)的合模力進(jìn)行推件板式的脫模，極大地降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

2) 利用鑄件的通孔，巧妙地采用了爪型澆口，省略了后續(xù)的車床切除中心澆口廢料的工序。

3) 4-Φ4.2 mm安裝孔若直接做出通孔，則增加首次脫模的難度，現(xiàn)做出4個(gè)錐坑點(diǎn)孔，只需在后續(xù)直接鉆通即可，省去了鉆模加工，極大地提高了生產(chǎn)效率。

4) 將承擔(dān)主定位的中圈用0.8 mm鉬絲線切割剖切成錐度凸凹2件，既滿足了類似于側(cè)抽心滑塊那樣的側(cè)向脫模要求，又有效方便了沖片組的裝模。實(shí)踐證明借助該0.8 mm割縫和沖片組的片間間隙，極大提升了排氣性能，故模具無需開設(shè)排氣槽和溢流槽。

4 結(jié) 語

當(dāng)采用疊壓工藝時(shí)，運(yùn)用內(nèi)孔浮動(dòng)定位和槽樣棒輔助定位的方式解決了定子沖片組的參差不齊問題；利用小斜度斜楔的自鎖性能獲得沖片壓緊的軸向限位，在保證散片間的緊密度的同時(shí)，克服了定子鐵心端面的蝶形翻翹；瓣合式壓板的成功應(yīng)用解決了支架套筒壓入后的脫模問題。便捷式壓鑄模作為壓鑄工藝的一種表現(xiàn)形式，其鑄件質(zhì)量并不遜色于臥式壓鑄模(高投入)鑄件，且規(guī)避了用硬鋁合金制作支架套筒，極大降低了生產(chǎn)成本和周期，該壓鑄方式不失為行業(yè)內(nèi)值得關(guān)注的一個(gè)選項(xiàng)。