張文和

(山西電機(jī)制造有限公司，山西 太原 030032)

0 引 言

在三相異步電動(dòng)機(jī)中應(yīng)用定子雙槽沖頭，可以有效地降低電動(dòng)機(jī)的雜散損耗，減少電動(dòng)機(jī)的溫升和噪聲。在低壓大功率超高效電機(jī)的應(yīng)用中，定子雙槽沖孔是必不可少的。普通單沖模無(wú)法實(shí)現(xiàn)雙槽沖孔。二次沖模使用成本高，模具制造周期長(zhǎng)，減緩了研發(fā)進(jìn)度，影響了企業(yè)效益[1-2]?，F(xiàn)有的大、小槽沖模是單槽數(shù)排列，一組模具只能實(shí)現(xiàn)一組槽的排列。在調(diào)整凹槽形狀時(shí)，更換模具會(huì)增加成本并降低效率。本文作者根據(jù)不同槽形匹配和槽數(shù)匹配的各種方案，設(shè)計(jì)了一種電機(jī)定子沖片槽尺寸可變布局的沖壓模。該模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低，制造周期短。通過(guò)在沖模上應(yīng)用氣缸，實(shí)現(xiàn)了兩種槽形的拼接沖孔，提高了雙槽電機(jī)定子沖孔的效率。

1 產(chǎn)品及材料性能

產(chǎn)品為72槽大小槽分布的定子沖片，沖片內(nèi)徑400 mm，外徑590 mm(圖1)。毛坯料為外徑590 mm的圓形板料。沖片材質(zhì)為太鋼50TW310冷軋無(wú)取向電工鋼帶(片)，料厚為0.50 mm，屈服強(qiáng)度為429 MPa，抗拉強(qiáng)度≥543 MPa，斷后伸長(zhǎng)率≥29%，硬度為184HV，厚度偏差±0.02 mm。

圖1 產(chǎn)品圖

凸凹模沖制刃口間隙值按用鋼帶(片)厚的5%進(jìn)行設(shè)計(jì)，沖制時(shí)再進(jìn)行研配控制毛刺[3]。

2 電機(jī)定子沖片大小槽沖壓模具設(shè)計(jì)

2.1 沖壓模設(shè)計(jì)方案

沖壓模設(shè)計(jì)為上模板、上墊板、沖頭固定板、沖頭、脫模板、凹模和下模板。上模板和下模板的后部通過(guò)導(dǎo)柱和導(dǎo)套[4-5]連接，如圖2所示。

1-上模板；2-上墊板；3-沖頭固定板；4-沖頭；5-脫模板；6-凹模；7-下模板；8-導(dǎo)柱導(dǎo)套；9-大槽沖頭；10-小槽沖頭；11-剪切沖頭；12-推板槽；13-調(diào)節(jié)裝置；14-氣缸；15-推板；16-凹槽；17-頂塊；18-大槽沖頭過(guò)孔；19-限位板

在上模板和上底板之間設(shè)有調(diào)節(jié)裝置。調(diào)節(jié)裝置包括水平排列的氣缸和推板。上墊板頂面中部設(shè)有推板滑槽，推板水平設(shè)置在推板滑槽內(nèi)，推板底面設(shè)有凹槽，氣缸固定安裝在上模板后側(cè)，氣缸活塞桿頭與推板后側(cè)壁中部固定連接，氣缸活塞桿帶動(dòng)推板在推板滑槽中來(lái)回移動(dòng)；環(huán)形槽的高度尺寸大于限位板的高度尺寸。凹槽和凸起的垂直截面形狀為規(guī)則的梯形。推板的高度尺寸與推板滑槽的高度尺寸一致[5-6]。

2.2 工裝設(shè)計(jì)

2.2.1 沖頭固定板與沖頭的連接

該沖頭包括大槽沖頭、小槽沖頭和剪切沖頭。如圖3所示，小孔沖頭固定在沖頭固定板的底面中部，剪切沖頭固定在小槽沖頭的一側(cè)，大槽沖頭設(shè)置在小槽沖頭的另一側(cè)；沖頭固定板上設(shè)有大槽沖頭通孔。大槽沖頭的中部圍繞其垂直中心線設(shè)有環(huán)形槽，環(huán)形槽上方的大槽沖頭設(shè)置在大槽沖頭的通孔內(nèi)；在沖頭固定板的底面上，圍繞大槽沖頭環(huán)形槽的外周向設(shè)置有幾組限位板。限位板通過(guò)螺釘與沖頭固定板連接，幾組限位板的內(nèi)壁設(shè)置在環(huán)形槽內(nèi)。大槽沖頭可以沿著其通孔上下移動(dòng)。

1-大槽沖頭；2-小槽沖頭；3-剪切沖頭圖3 沖頭固定板與沖頭連接示意圖

環(huán)形槽上方大槽沖頭的高度與沖頭固定板的一致。在大槽沖頭進(jìn)行沖制時(shí)，限位板正好將大槽沖頭完全限位于大槽沖頭過(guò)孔中，不會(huì)滑動(dòng)，避免了偏置系統(tǒng)的沖擊。

2.2.2 頂塊

上墊板上大槽沖頭通孔對(duì)應(yīng)的位置設(shè)有頂塊通孔，頂塊在頂塊通孔中滑動(dòng)，其中心軸線與大槽沖頭的中心線重合，所述頂塊的頂面上設(shè)有與所述凹槽相匹配的凸起，如圖4所示。

圖4 頂塊的結(jié)構(gòu)圖

頂塊的整體高度與上墊板的一致。用大槽沖頭沖孔時(shí)，頂塊剛好夾在上墊板上。如果高度低于上墊板的高度，則在沖壓過(guò)程中會(huì)發(fā)生滑動(dòng)。

頂塊的底面整體覆蓋大槽沖頭的頂面。在滑動(dòng)過(guò)程中，當(dāng)大槽沖頭作用在頂塊上時(shí)，不會(huì)影響大槽沖頭的上升，因?yàn)轫攭K的通孔比大槽沖頭的通孔小。

2.2.3 上墊板和推板

在上模板和上墊板之間設(shè)有調(diào)節(jié)裝置，如圖5所示。調(diào)節(jié)裝置包括水平排列的氣缸和推板。上墊板頂面中部設(shè)有推板滑槽，推板水平設(shè)置在推板滑槽內(nèi)，推板底面設(shè)有凹槽，氣缸固定安裝在上模板后側(cè)，氣缸活塞桿頭與推板后側(cè)壁中部固定連接，氣缸活塞桿帶動(dòng)推板在推板滑槽中來(lái)回移動(dòng)。

推板的高度與推板滑槽一致。推板只在水平方向上滑動(dòng)，保證了沖壓的穩(wěn)定性。

1-墊板；2-推板；3-頂塊通孔圖5 上墊板和推板的結(jié)構(gòu)圖

2.2.4 凸模的大小槽沖頭

沖頭經(jīng)淬火處理后，硬度應(yīng)達(dá)到69HRC～72HRC。線性尺寸公差應(yīng)符合GB/T 1804—2000的要求。

沖片外徑φ(590 mm)公差的選?。荷掀畎碐B/T 1800.4極限偏差E7的上偏差減去H7的上偏差計(jì)算(+0.215-0.07=+0.145)，下偏差為+0.075 mm(上偏差減去H7的上偏差)。

沖片內(nèi)徑φ((493+0.145)mm)公差的選?。荷掀顬?0.135，下偏差為+0.072 mm。

沖片槽形按凸模沖頭匹配制作，雙向間隙為0.05～0.07 mm，即沖制槽形凸凹模最小間隙Zmin=0.025 mm，Zmax=0.035 mm。公差標(biāo)注在凸模上：

Dn=(DH+Δ)-δn，

(1)

其中，Dn為凸模尺寸；

DH為沖片槽形最小極限尺寸；

Δ為沖片槽形制造公差；

δn為凸模制造公差

定子產(chǎn)品大槽槽底尺寸為φ483.7(0， +0.155) mm，凸模制造公差(+0.108， +0.155)mm，由以上計(jì)算得出凸模上公差為(483.7+0.155)+(483.7-0.108)=0.047 mm，下公差為0 mm，工件公差和模具公差均按H9制作。凹模按凸模尺寸設(shè)計(jì)，留0.03 mm間隙配作。查表得：卸料板、頂件塊、推件塊與凸模或凹模的間隙Z位0.05～0.10 mm。同理得出小槽槽底凸模尺寸。

綜上得出圖6大槽沖頭槽底公差(+0.040, +0.058)，圖7小槽沖頭槽口公差(+0.030, +0.045)，槽底公差(+0.070, +0.10)。

圖6 大槽沖頭的結(jié)構(gòu)圖

圖7 小槽沖頭的結(jié)構(gòu)圖

2.2.5 大小槽槽形

大槽結(jié)構(gòu)圖如圖8所示，實(shí)線代表一次沖孔獲得的小槽形狀，虛線代表兩次沖孔獲得的大槽形狀。

圖8 大槽結(jié)構(gòu)圖

3 工作原理

如圖1所示，定子沖片安裝在沖模上。沖孔小槽形時(shí)，氣缸14處于原始位置，推板15上的槽16對(duì)應(yīng)頂塊17上的頂起，頂塊和大槽沖頭9可以上下滑動(dòng)，大槽沖頭沒(méi)有沖孔動(dòng)作。只有小槽沖頭用于沖壓和沖壓小槽形狀。

當(dāng)氣缸14驅(qū)動(dòng)推板15移動(dòng)時(shí)，突起和凹槽16相互錯(cuò)開(kāi)。沖孔時(shí)，頂塊頂面設(shè)置在推板底面上，頂塊和大槽沖頭無(wú)滑動(dòng)。此時(shí)，大槽沖頭和小槽沖頭被沖壓并旋轉(zhuǎn)90°后，小槽沖頭被連接以沖壓大槽形狀。

通過(guò)調(diào)整沖孔程序調(diào)整沖孔頻率和氣缸工作，實(shí)現(xiàn)定子沖孔大小槽的連續(xù)單沖。沖孔時(shí)有以下幾種情況：

(1) 大槽沖頭和小槽沖頭可以同時(shí)沖孔，在試生產(chǎn)中，可以提前設(shè)置大槽形的數(shù)量，按設(shè)定沖一圈后，沖出所有大槽形中的部分槽形和部分小槽形，然后將定子沖板旋轉(zhuǎn)角度α，只有小槽沖頭開(kāi)始沖，調(diào)整小槽沖頭設(shè)定的程序，沖出整圈，一部分小槽形與原大槽形連接，一部分槽形連接形成大槽形，其余小槽形用其完成，大槽沖頭沖孔調(diào)整程序可以快速調(diào)整大槽形狀的數(shù)量和排列；

(2) 只能先沖孔小槽沖頭，然后根據(jù)設(shè)定完成定子沖孔件上小槽的沖孔，然后定子沖片旋轉(zhuǎn)角度α，大槽沖頭、小槽沖頭同時(shí)開(kāi)始沖裁，根據(jù)大槽形的排列設(shè)置沖孔工序，完成大槽形的沖孔。

4 工業(yè)應(yīng)用

模具材質(zhì)Q235，力學(xué)性能：σb=225 MPa。查卸料力系數(shù)表K缷=0.045～0.055，KD=0.08。查頂件力系數(shù)表K頂=0.08,沖內(nèi)孔72槽的力P=Ltσb=(72×200)×0.5×225=1 620 KN，選擇對(duì)應(yīng)的沖床。定子大小槽及沖片制作過(guò)程如圖9所示。

(a) 沖片

(b) 沖壓過(guò)程

(c) 定子

5 結(jié) 論

設(shè)計(jì)了一種H355-6定子雙槽沖壓片的沖壓模。本模具提供了一種用于電機(jī)定子沖孔的大小槽可變排列沖模，解決了傳統(tǒng)大小槽加工模單槽排列、效率低、成本高、復(fù)沖模周期長(zhǎng)的技術(shù)問(wèn)題。沖壓產(chǎn)品用于三相異步電動(dòng)機(jī)，電機(jī)的雜耗、溫升、噪聲均低于設(shè)計(jì)值，能滿(mǎn)足用戶(hù)的需求。