《电机铁心制造》PPT课件.ppt

电机制造工艺学,主讲:林 琦 副教授,宁德职业技术学院机电工程系,第三章 电机铁芯制造,第三章 电机铁芯制造,本章教学基本要求,本章教学重点,1.掌握几种铁心材料的化学成份、电磁性能、型号及发展前沿趋势；2.熟习各种铁心制造设备用途、重要参数及基本使用方法；3.掌握冲片的类型、技术要求、冲制方法、工艺方案制定、冲模的优化选择及冲片质量检查分析；4.知道冲片绝缘处理的目的、方式、质量检查和设备；5.掌握铁心压装的类型、技术要求、工艺措施及质量检查。,1.铁心材料的选择；2.铁心加工工艺方案的制定、设备和模具的选择；3.冲片绝缘处理；4.铁心的优化压装；5.铁心的质量检测。,第一节 铁芯材料,一、概述,铁芯是电机磁路的重要组成部分，它和转子铁芯、定子和转子之间的气隙一起组成电机的磁路。在异步电机中，定子铁芯中的磁通是交变的，因而产生铁芯损耗。铁芯损耗包括两部分：磁滞损耗和涡流损耗。,为了减小铁芯损耗，交流电机的定子铁芯必须用电阻系数大、磁滞回线面积小的薄板材料硅钢片，经冲制和绝缘处理后叠压而成。,常用的铁芯材料有硅钢片、电工纯铁、铁镍合金、铁铝合金、铁钴合金和永磁材料等。,二、硅钢片,硅钢片是一种含碳极低的硅铁软磁合金,一般含硅量为0.54.5。加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率,降低矫顽力、铁芯损耗（铁损）和磁时效。主要用来制作各种变压器、电动机和发电机的铁芯。世界硅钢片产量约占钢材总量的1。,硅钢的生产工艺复杂,制造技术严格,国外的生产技术都以专利形式加以保护,视为企业的生命。中国于1953年开始生产热轧低硅硅钢片(12)；1955年开始生产热轧高硅硅钢片(3.04.5)；1962年开始生产冷轧取向薄硅钢带。70年代开始生产冷轧取向硅钢带。,目前我国冷轧电工钢的数量、质量、规格牌号,还不能满足能源(电力)工业发展的需求,在生产技术、设备、管理及科研等方面与日本相比,存在较大差距。,硅钢片是铁硅合金钢片，品种多、规格全、用量大。硅钢片按制造工艺不同分为热轧和冷轧两大类。冷轧又有各向同性(无取向)和各向异性(有取向)两种。,铁损低，这是硅钢片质量的最重要指标。各国都根据铁损值划分牌号，铁损愈低，牌号愈高；较强磁场下磁感应强度（磁感）高，这使电机和变压器的铁芯体积与重量减小，节约硅钢片、铜线和绝缘材料等；表面光滑、平整和厚度均匀，可以提高铁芯的填充系数；冲片性好，对制造微型、小型电动机更为重要；表面绝缘膜的附着性和焊接性良好，能防蚀和改善冲片性；基本无磁失效。,1.对硅钢性能的要求主要是：,2.硅钢分类：,(1)热轧硅钢片DR(D)、DRG(DG),热轧硅钢片是将Fe-Si合金用平炉或电炉熔融，进行反复热轧成薄板，最后在800-850退火后制成。热轧硅钢片主要用于发电机的制造，故又称热轧电机硅钢片，但其可利用率低，能量损耗大，近年相关部门已强令要求淘汰。,冲制电机和变压器定子铁芯片时，一般采用厚度为0.5和O.35mm的热轧硅钢片。但不同型号和规格的硅钢片，力学性能是不同的。硅的质量分数低的硅钢片韧性较好，宜于冷冲加工。随着硅的质量分数的增加，硅钢片的硬度也增加，而且变脆，容易磨钝冲模的刃口，冲件的冲断面不光滑，甚至在冲剪处产生裂纹。,硅钢片的厚度对冲模的结构有很大影响，通常，凸凹模刃口之间的间隙为硅钢片厚度的10一15。因此，冲制厚度不同的硅钢片，应该选用不同间隙的冲模，否则将影响冲片的质量和冲模的寿命。,硅钢片在轧钢厂出厂时，已经经过退火处理。退火处理的主要目的，是改善硅钢片的电磁性能，并降低其抗剪强度。,注:硅钢片一般随硅含量提高，铁损、冲片性和磁感降低，但硬度会增高。若工作频率愈高,涡流损耗愈大,选用的硅钢片应当愈薄。,(2)冷轧无取向电工钢片DW,冷轧无取向电工钢片按含硅量分为低硅(低碳)电工钢片和含硅电工钢片。,低硅(低碳)电工钢片，含硅量低于0.5，也叫低硅或无硅电工钢片，实际上是一种低硅低碳电工铁板。由于含硅量低，饱和磁感应强度高，铁损较大、较软，含碳、氮量(均指质量分数)都小于0.003%，生产工艺简单，周期短、成本低，故多适用于家用电机电器的铁芯。,含硅电工钢片常称为冷轧硅钢片，其含硅量0.5%-3.0%，经冷轧至成品厚度,供应态多为0.35mm和0.5mm厚的钢带。特别是铁损低，最大磁导率和饱和磁感应强度值较高，机械强度好。由于含硅量较高，制造工艺复杂，成本较高，故适于中小型电机、工业用微型电机电器等。,(3)冷轧取向硅钢片,冷轧取向硅钢带最主要的用途是用于变压器制造，所以又称冷轧变压器硅钢。与冷轧无取向硅钢相比，取向硅钢的磁性具有强烈的方向性；在易磁化的轧制方向上具有优越的高磁导率与低损耗特性。取向钢带在轧制方向的铁损仅为横向的1/3，磁导率之比为6:1，其铁损约为热轧带的1/2，磁导率为后者的2.5倍。,(4)高磁感冷轧取向硅钢片,高磁感冷轧硅钢带皆为单取向钢带，主要用于电信与仪表工业中的各种变压器、扼流圈等电磁元件的制造。其应用场合有两个主要特点，一是小电流(即弱磁场)条件下，要求材料在弱磁场范围内具有高的磁性能，即高的0值和高的B值；第二个特点是使用频率高，通常都在400Hz以上，甚至高达2MHz。为减小涡流损耗和交变磁场下的有效磁导率，一般使用的薄带。,热轧硅钢与冷轧硅钢的比较,1.在电磁性能方面:,2.在力学性能方面:,冷轧硅钢片的最大磁导率较高但铁损较低。,冷轧片厚度均匀，表面平整光洁，可提高铁芯叠压系数；对表面已涂好绝缘层的(全工艺型)冷轧片，可免去片间绝缘处理工艺；冲剪性能好，容易保证冲片尺寸精度，冲模磨损少，可以延长冲模寿命；可以带材成卷供应，便于提高剪裁的利用率和生产效率，抗拉强度较高。,此外，我国还生产晶粒取向度小的冷轧硅钢片，这种硅钢片的电磁性能虽比晶粒取向度大的冷轧硅钢片差，但比热轧硅钢片优良。由于晶粒取向度小，顺轧制方向和垂直轧制方向交变磁化，电磁性能差别不是很大，故成为制造交流电机定子铁芯的良好材料。,二、电工纯铁,电工纯铁是一种含铁量在99.5%以上的优质钢，是一种低碳低硫低磷铁，包括原料纯铁和电磁纯铁两类。供料状态有直径不大于250mm的热轧、热锻及冷拉棒料和冷轧、热轧薄板。主要用于电器，电讯，仪表和国际尖端工业制做电磁元件，电磁铁芯等。,主要特征：,1)电磁性能好。矫顽力（Hc）低，导磁率高，饱和磁感（Bs)高，磁性稳定又无磁时效。2)钢质纯净度高。电磁纯铁系列钢质均为镇静钢，又采用了精练，所以内部组织致密，均匀，优良，气体含量少，成品含碳量0.004，这为用户简化和缩短零件退火工艺创造了可靠条件。3)冷、热加工性能好。冷加工如车、墩、冲、弯、拉等都无问题。热加工，如再锻、再轧过程中，红脆敏感性小，不少牌号无红脆区，可保证在较大的温度范围内进行加工。4)表面质量好。具有良好的焊接和电镀性能。5)尺寸精度高。可提供超精度冷轧板，如板厚105mm，厚度公差可保0.03mm；板厚1.5mm，厚度公差可保证0.05mm.,三、铁镍台金,含镍量在4580的铁镍合金，经高温退火后有极好的磁性能。在较低磁通密度下，磁导率比硅钢片高1020倍。旋转变压器、自整角机和测速发电机等控制电机铁芯常采用铁镍合金制成。,四、铁铝合金,铁铝合金是以铁和铝(占616%)为主要成分、不含贵重元素的另一类高电磁性能软磁合金，在徽电机中也得到应用。常用的铁铝合金可以有冷轧或热轧带材，片厚0.10.5mm。,五、铁钴合金,在铁钻合金材料中，饱和磁感应强度Bs最高(高于纯铁)，居里温度高(98)，电阻率较低，含贵重金属钴大约50，其型号为1J22，适用于作航空、航天特殊要求的微电机铁芯。,六，永磁材料,永磁材料又叫硬磁材料，其主要特征是剩磁感应和矫顽力高。永磁材料经饱和磁化以后，去掉磁化的磁场仍能常时间地保持强的，稳定的磁性，给电机励磁，建立磁场。永磁材料主要有铝镍钴、铁氧体永磁材料、稀土钴永磁材料、稀土钕铁硼永磁材料等系列。,稀土永磁材料系列简介,稀土永磁材料是现在已知的综合性能最高的一种永磁材料，它比十九世纪使用的磁钢的磁性能高100多倍，比铁氧体、铝镍钴性能优越得多，比昂贵的铂钴合金的磁性能还高一倍。由于稀土永磁材料的使用，不仅促进了永磁器件向小型化发展，提高了产品的性能，而且促使某些特殊器件的产生，所以稀土永磁材料一出现，立即引起各国的极大重视，发展极为迅速。我国研制生产的各种稀土永磁材料的性能已接近或达到国际先进水平。,现在稀土永磁材料已成为电子技术通讯中的重要材料，用在人造卫星，雷达等方面的行波管、环行器中以及微型电机、微型录音机、航空仪器、电子手表、地震仪和其它一些电子仪器上。目前稀土永磁应用已渗透到汽车、家用电器、电子仪表、核磁共振成像仪、音响设备、微特电机、移动电话等方面。在医疗方面，运用稀土永磁材料进行“磁穴疗法”，使得疗效大为提高，从而促进了“磁穴疗法”的迅速推广。在应用稀土的各个领域中，稀土永磁材料是发展速度最快的一个。它不仅给稀土产业的发展带来巨大的推动力，也对许多相关产业产生相当深远的影响。,稀土永磁体的出现，意味着电机领域将引起革命性的变化。这是因为稀土永磁体没有激磁损耗，不发热，用它制造的电机优点很多。因稀土永磁电机没有激磁线圈与铁芯，磁体体积较原来磁场极所占空间小，没有损耗，不发热，因此为得到同样输出功率整机的体积，重量可减小30%以上，或者同样体积、重量，输出功率大50%以上。,永磁电机，尤其是微电机，每年世界产量约几亿台之多，主要用在汽车、办公自动化设备和家用电器中。所使用的多为高性能的铁氧体和稀土永磁体。今后稀土永磁电机的最大市场之一将是汽车工业。钕铁硼永磁材料性能优异，用于制造电机，可以实现汽车电机“钕铁硼化”。在汽车方面，只有用小马达，才能降低汽车重量，增加舒适感，提高安全性，降低尾气排放，提高汽车的整体性能，目前用量最大的是启动电机。电机是汽车中不可缺少的部件，汽车上电机数量在逐年增加。一般汽车上有818台，高级轿车多达4050台，随着汽车工业的发展，汽车电机的需求是巨大的。高磁能积的稀土永磁体体积小，却能较铁氧体产生大得多的动力，因此提高了电效率。通过使用稀土磁体减少重量和尺寸，可以节约更多的燃料和增加设计的灵活性。,近年来稀土永磁材料在国内的应用发展很快，目前已应用于一般电机、大电机如磁力泵、磁选设备、永磁吊车和家用电器等方面。但与西方国家相比，我国生产的钕铁硼磁体，包括出口，用得最多的是音响器件（中国是全球最大的扬声器生产者，国产钕铁硼有近一半用于制造扬声器），其次是电机和油井除蜡器。而在音圈马达等国外用量最多的领域，我国的应用还很少。其原因在于这两个应用领域所用的磁体，不仅要求磁性能高，均匀性、一致性好，而且要求加工精度高，镀层质量好，国内大多数厂家的产品难于满足上述使用要求。,晋中丰润德电气有限公司,1.考虑磁场性质,小型电机定、转子铁芯软磁性材料选用原则:,电机铁芯磁路中的磁场有恒定磁场和旋转(交变)磁场两类。对工作在恒定磁场中的铁芯，如直流电机的主磁极、磁轭，同步电机转子磁极等，可选用电工纯铁、10号钢等。可充分利用其磁导率、饱和磁密较高的优势；对工作在旋转(交变、脉振)磁场中的铁芯，如各种交流电机铁芯、直流电枢铁芯及旋转变压器用铁芯等，均应选用相应合适的硅钢片，即保证磁导率和饱和磁密，又保证铁损要求。,2.考虑各种电机对冲片铁芯磁导率的方向性和均匀性。,中小型及微特电机冲片铁芯一般采用无取向硅钢片，以满足电机对磁场分布的各向同性的要求。变压器和大型电机(一般直径大于900mm)冲片铁芯常采用取向硅钢片。,3.考虑电机铁芯工作磁密高低。,电机铁芯工作磁密可分为高低两类。对驱动类小功率电机应选用低硅或无硅冷轧钢片；对工业和控制用电机应采用高硅硅钢片。,4.考虑电机铁芯损耗的大小。,(1)硅钢片厚度的选择,薄硅钢片叠成的铁芯片间绝缘多，铁损较小，但叠片数增加，冲裁、叠压工作量大。用厚硅钢片时，叠成的铁芯片间绝缘少，铁损较大，但叠片数少，加工量就相应减少。,(2)电机铁芯重量大小的考虑,对大功率电机，铁芯重量大，应选用单位铁损值较小的硅钢片等软磁材料。对小功率电机，特别是驱动类微电机，铁芯重量小，相对来说，对铁芯材料单位铁损值可以适当放宽。,5.考虑电机铁芯材料的价格。,第二节 冲压设备,铁芯制造工艺包括硅钢片冲制工艺和铁芯压装工艺，所用的主要设备有剪床、冲床、半自动冲槽机和油压机等。,一、剪床,直刀剪床的上下刀刃的间隙借螺钉调整，根据剪切材料厚度，调到合理数值。间隙过大，使工件的剪切边缘产生毛刺，间隙过小，使工件的断裂部分挤坏并增加剪切应力。在剪切0.5mm的硅钢片时，间隙为O.05O.07mm。直刀剪床分平口剪床和斜口剪床两种。,剪床是用来将整张硅钢片剪成方料或条料。在电机制造厂中使用的剪床有两种：直刀剪床和滚剪床。,滚剪床,滚剪床是利用一对滚动的圆形刀刃来剪裁板料，如图所示。在轴上装有许多对刀轮。它们的直径相等转速相同，但转向相反。两刀轮之间有重叠部分，当板料插入滚刀间时，刀口与材料间的摩擦力将把材料拉入进行剪切。,利用滚剪床来剪裁铁芯料的优点在于可以连续送料，不受长度限制，便于组织自动流水线，特别对卷料更为适合，效率较高。,二、冲床,冲床用来安装冲模，冲制定、转子冲片或其它冲压工件。常见的有偏心冲床和曲轴冲床两种。偏心冲床的行程由主轴同飞轮中心线的偏心距来决定。这种冲床的特点是：行程不大，冲次较高，可达每分钟50100次。曲轴冲床的滑块由曲轴驱动作上下往返运动，它较偏心冲床有较大的行程，冲次每分钟可达4575次，如图所示。,图中所示，机身为可倾式铸造结构，倾斜时便于冲压件或废料从模具上滑下。采用刚性转键离合器，具有单次和连续操作规范。使用带式制动器，滑块装有压塌式保险器，超载时保险器被压塌，从而保证整机不受损坏。具有通用性强、精度高、性能可靠、便于操作的优点。,冲床选用的主要技术参数,1.额定吨位,冲床铭牌上规定的吨位为冲床的额定吨位。额定吨位的大小，反映冲床的冲裁能力。在我国，偏心冲床和曲轴冲床都已成系列生产。公称压力可分为15个等级即4、6.3、10、16、25、40、63、80、100、125、160、200、250、315、400t。选择冲床时，必须使冲床的额定吨位大于工件所需要的冲裁力。,J21-125T开式固定台式,2.闭合高度,闭合高度是冲模设计和冲模在冲床上安装时都必须考虑的重要因素。闭合高度有两种：,(1)冲模闭合高度,(2)冲床闭合高度,(1)冲模闭合高度：冲模闭合高度是指上、下模在最低工作位置时的冲模高度(下模座下平面至上模座上平面的高度)。冲模闭合高度也可认为等于组成冲模的所有板厚总和。,315-6定子下模,315-6定子上模,(2)冲床闭合高度:冲床上的连杆，可以通过螺纹调节其长度，调节量为M。冲床闭合高度是指冲床在M=O时(即连杆全部拧入时)从台面(包括台面垫板)至下止点时滑块下平面的距离。选择冲床时，必须使冲床的闭合高度大于冲模的闭合高度，否则，滑块在上止点时将冲模装在冲床上，冲床开动后将会使冲模损坏。,上止点,下止点,连杆,连杆最大拧出量,冲床最大闭合高度,冲床最小闭合高度,冲床台面,3台面尺寸(长宽)和台面孔尺寸,由于在产品冲压是一个流动的过程，在各冲压步骤中冲压下来的废料，可以通过隔板漏入相应的隔板中，再通过导向槽或导向筒将各步骤中的废料进行分选。,在冲模设计和安装时，必须考虑台面尺寸和台面孔尺寸。前者应能保证模具在台面上压紧；后者应能保证冲孔的余料能从台面孔落下。,4模柄孔尺寸,在冲模头设计和安装时，必须考虑冲床滑块模柄的尺寸。通常，模柄外径与模柄孔的配合采用H7/d11。,案例:比如冲床最大闭合高度是230,而且连杆拧出量(滑块调整量)是在30,那么这台冲床的闭合高度就是在200-230之间,则装模高度是可以根据调整量来调的。,JK21固定台式压力机,J21S系列开式固定台深颈压力机,SXSK25JTZ系列机械式多工位数控自转模冲床,高速冲床，精密冲床，自动冲床，数控冲床，电脑冲床，高精冲床，五金冲床，电子冲床，五金冲压机，高速冲压机，龙门冲床，龙门式冲床，台湾冲床，轻型冲床，C型冲床。,12-16工位数控冲床,简易转塔式数控冲床,三、半自动冲槽机,在电机制造中，当冲片为单槽冲时，广泛采用半自动冲槽机。半自动冲槽机的结构与普通冲床基本相同，只多一套自动分度机构。自动分度机构如图所示。,连杆6的作用是把曲轴的圆周运动改变为往返运动，以驱动分度盘回转。当曲轴回转一周时，单冲一个槽，同时连杆往返一次，驱动分度盘回转一个角度，其值为3600/Z，从而使工件回转3600/Z。当冲完全部槽数时，冲槽机自动停车，让飞轮空转。,半自动冲槽机的自动分度机构的调整比较复杂，因为影响分度正确性的因素很多，如牙盘的制造误差、各部件的磨损情况及摩擦圈螺钉的松紧程度(即摩擦力大小)等。在调整时需全面考虑，进行多次试冲，并需进行首件检查以及在冲制过程中经常抽查，才能保证质量。,四、液压机,铁芯压装一般在液压机上完成。液压机的种类很多，如图所示是较简单的一种。通过液压传动可使活塞带动压板上下滑动来完成压装工作。,第三节 铁芯冲片冲制,一、冲片的类型及技术要求,1铁芯冲片的类型,按照铁芯冲片形状的不同，铁芯冲片分为圆形冲片、扇形冲片和磁极冲片。,在定子冲片外圆上冲有鸠尾槽，以便在铁芯压装时安放扣片，将铁芯紧固。在定子冲片外圆上还冲有记号槽，其作用是保证叠压时按冲制方向叠片，使毛刺方向一致，并保证将同号槽叠在一起，使槽形整齐。转子冲片的轴孔上冲有键槽和平衡槽。叠片时键槽起记号槽作用；转子铸铝时键槽与假轴斜键配合，以保证转子槽斜度。平衡槽主要使转子减少不平衡度。,2.冲片的技术要求,冲片质量对电机性能的影响很大，其主要技术要求如下:,(1)冲片的外径、内径、轴孔，槽形以及槽底直径等尺寸，应符合图纸要求。(2)定子冲片毛刺不大于O05mm。用复式冲模冲制时，个别点不大于0.1mm。转子冲片毛刺不大于O.1mm。(3)冲片应保证内、外圆和槽底直径同轴，不产生椭圆度。如对Y160280电机定子冲片内外圆同轴度要求不大于0O6mm。(4)槽形不得歪斜，以保证铁芯压装后槽形整齐。(5)冲片冲制后，应平整而无波浪形。对于涂漆冲片，单面漆膜厚度为0.10.15mm(双面为0.25mm)，表面应均匀、干透、无气泡及发花。,二、硅钢片的剪裁,电机铁芯冲片用的硅钢片分卷料和平面板料。为使冲床、冲模、钢片及冲片的尺寸能合理搭配，便于加工。大多数工厂制造铁芯冲片的第一道工序，是将整张硅钢片用剪床裁成一定宽度的条料。条料的宽度应比铁芯冲片的外径略大，留有适当的加工余量，以保证冲片冲制时需要的搭边量，如图所示，从而保证电机冲片的质量。,硅钢片的利用率:,硅钢片的极限利用率为0.785。,例如，一些小功率异步电动机定子冲片硅钢片的利用率通常只能达到70一77，若考虑到其内部的余料都是废料的情况时，硅钢片的利用率仅为50左右。这对大批量生产的电机是个极大的浪费。为此在设计和工艺上，必须采取一系列措施，提高其利用率。,硅钢片是一种重要的合金钢材，在电机制造中用量很大。其裁剪方案及尺寸的确定，原则是提高硅钢片的利用率，尤其是大批量生产的小功率电机。,(1)选用合理的最小搭边量,对圆形冲片而言，搭边量是必要的，搭边量太大会使利用率降低。为了提高钢片的利用率，应使搭边量尽量小。但搭边量太小，在送料过程中钢片容易折断或被拉入凹模，产生毛刺，也降低冲模寿命。还容易使定子冲片产生缺角现象。,小型异步电动机圆形冲片采用的搭边量c常为57mm；微电机冲片采用的搭边量c常为24mm。,(2)选用合理的定子标准直径D,标准直径是指在考虑到搭边后，能在标准规格的硅钢片宽度内排下整个冲片的直径尺寸。由于钢片都有若干标准尺寸，因此为使钢片有较高的利用率，不同机座号的定子冲片外径应有相应的标准直径值可供选用。,例如，单相异步电动机定子冲片外径标准有:71、80、90、96、110、128、145mm等。,(3)选用合理的套裁方案,提高硅钢片利用率的第二个办法是合理套裁，包括相同直径冲片的错位套裁、不同直径冲片的混合套裁和四角余料套裁等等。,错位套裁,混合套裁,对于扇形冲片和磁极冲片，在剪料前必须进行坯件的排料，以确定合理的条料宽度，从而提高硅钢片的利用率。如图所示为汽轮发电机定子冲片裁剪套裁方案。,4充分利用余料,充分利用定子冲片内孔部分材料，最好的办法是采用定、转子冲片套裁，完全省去转子冲片所需条料。目前，水平较高的复式冲模定子冲片内孔和转子冲片外圆之间的联系最小宽度可达0.1mm。由于这种方法利用率高，可节约材料3050，而且便于提高生产率，便于管理，所以已得广泛应用。,利用内圆余料的另一种办法是以大内圆余料套裁较小的冲片。这时，内圆余料需专门管理，利用率也较低。,目前可采用计算机控制错位套裁新工艺，可使材料利用率提高610。日本三菱采用了双排级进冲的工艺，且冲片没有搭边，使材料的利用率大为提高。,5改变定子冲片外形,如图所示，为缺角方形冲片。,采用缺角方形冲片在结构上有另一个好处，即形成的铁芯外表面积较大，有利于电机的散热。如果缺角方形冲片冲制时采用无搭边冲裁(如图(b)，则利用率可以进一步提高。若四角也不完全冲掉，而是冲成散热筋，用以扩大散热面积，也是一种利用。,随着计算机技术的发展与应用，已广泛采用优化电磁设计，减少硅钢片的结构设计余料；工艺上选用合理的冲裁方案和冲裁模具，以减少硅钢片的工艺余料；在剪裁方案和冲片尺寸确定时，除人工排样外，已逐步利用计算机排样，可以进一步提高硅钢片的利用率，节约硅钢板料。,三、铁芯冲片的冲制方法,(1)单冲的工艺特点:每次冲出一个连续的(最多有一个断口的)轮廓线。例如，轴孔及键槽，一个定子槽或一个转子槽。,1单冲,(2)单冲的优点:是单式冲模结构简单、容易制造、通用性好，生产准备工作简单，要求冲床的吨位小。,(3)单冲的缺点:是冲制过程中是多次进行的，不可避免地带来定子冲片内外圆同轴度的误差，以及定子槽和转子槽的分度误差，因此冲片质量较差，劳动生产率不高。,单冲主要用于单件生产或小批量生产中，能减少工装准备的时间和费用。此外在缺少大吨位冲床时，也常常采用单冲。,2复冲,(1)复冲的工艺特点:每次冲出几个连续的轮廓线。例如，能一次将轴孔、轴孔上的键槽和平衡槽以及全部转子槽冲出，或一次将定子冲片的内圆和外圆冲出。再如，扇形冲片可不分工序，一次复冲就成。,(2)复冲的优点:是劳动生产率高，冲片质量好。,(3)复冲的缺点:是复式冲模制造工艺比较复杂，工时多，成本高，并要求吨位大的冲床。复冲主要用于大批量生产中。,3级进冲,(1)级进冲的工艺特点:将几个单式冲模或复式冲模组合起来，按照同一距离排列成直线，上模安装在同一个上模座上，下模安装在同一个下模座上，就构成一付级进式冲模。即在高速自动冲床上安装多工位级进冲模，用卷料连续进料，在几个工位上冲制定、转子冲片，如图所示。,第一个冲区冲轴孔、轴孔上的键槽和平衡槽以及全部转子槽和两个定位孔。,第二个冲区冲鸠尾槽、记号槽和全部定子槽。,第三个冲区落转子冲片外圆，及转子冲片的落料。,第四个冲区内落定子冲片外圆。,(2)级进冲的优点:是冲制生产率较高。,(3)级进冲的缺点:是级进式冲模结构复杂，而且对精度和使用寿命要求较严格，模具制造比较困难。级进冲常用于冲制中心高160mm以下的的大量生产的小型异步电动机冲片。及主要用于小型及微型电机的大量生产的冲片。,因为容量大的电机冲片尺寸大，将几个冲模排列起来，冲床必须有较大的吨位和较大的工作台。此外，级进冲只有使用卷料时，才能发挥其优点。,(4)级进冲模具的基本结构:,工作零件:冲出工件形状尺寸的零件，包括凸模、凹模、凸凹模，是模具中最主要的部分。,定位零件:控制钢片或坯料冲裁时的位置的零件，包括定位心轴、定位板、档料销等。,导向零件:保证冲裁时上下模位置对准，并使冲模间隙保持均匀的零件，包括导柱和导套等。,卸料零件:冲裁后退出工件和余料的零件，包括打料杆、打料板、卸料弹簧和推料板等。,安装固定零件:固定凸凹模及其他安装用零件，包括上、下模座、垫板和模柄等。,以上三种冲制方法各有其优缺点和应用范围，应根据工厂生产批量的大小、模具制造能力及冲床设备条件等，在努力提高劳动生产率和冲片质量的前提下，将它们适当地组合起来，发挥各自的优点，避免缺点，满足发展生产的需要,四、冲片制造工艺方案的分析,第一方案：复冲，先冲槽，后落料。,第二方案：复冲，先落料，后冲槽。,第三方案：复冲，先落料，后冲槽。,第四方案：单冲，定子冲片以外圆定位，转子冲片以轴孔定位。,第五方案：单冲，定转子冲片均以轴孔定位。,冲片制造工艺方案应注意的基本问题是：,(1)用定子冲片内外圆一次冲出的模具来保证定子铁芯内外圆同轴度。(2)用复式冲模冲制时，为了保证铁芯压装使相同位置的槽对齐，必须同时冲出定子或转子槽和各自的记号槽。(3)在半自动冲槽机上单冲定子槽时，可选定子冲片外圆作基准，如第四方案；也可选轴孔作基准，如第五方案。以定子冲片外圆作基准比较准确，但冲槽速度不能太快；以转子轴孔作基准，由于基准面小，基准面离冲区远，不易保证槽位准确，但冲槽速度可提高约50。,扇形冲片制造工艺方案的分析,扇形冲片的冲制方式有三种:一次复冲成形；落扇形片后复式冲槽；落扇形片后单式冲槽。,(1)一次复冲成形的优点是生产效率高，冲片精度好，但模具制造复杂，且不能通用。适用于生产批量大的情况。,(2)落扇形片后复式冲槽是先落下扇形片，包括内外圆弧、两侧、鸠尾槽和标记槽，然后复冲全部定子槽。它的优点:是落料可通用，冲片精度好，生产效率高。适用于生产批量不大的情况。,(3)落扇形片后单式冲槽的优点是模具制造容易，且通用性高。其缺点在于生产效率低，冲片精度较差。适用于单件生产或小批量生产。,用卷料冲制扇形铁芯片的最先进设备是全自动冲压线，此时开卷、送料、冲制、冲片堆叠、边角余料的粉碎和排除全都实现自动化。,五、冲片的质量检查及其分析,冲片在冲制过程中，要严格按冲片技术要求进行检查。冲片的内圆、外圆、槽底直径和槽形尺寸，均采用带千分表的游标卡尺(如图所示)进行测量。,1毛刺,冲片在冲制过程中，由于冲模间隙过大，而使冲片产生毛刺。间隙大有二种原因：一种是冲模制造不符合质量要求，即间隙没有达到合理尺寸；另一种是冲模在冲床安装时不恰当，使冲模模刃周围间隙不均匀。均会造成冲片在间隙大的一边就产生毛刺。此外受到冲模刃口磨钝等因数的影响，也将产生毛刺。,一般按GB标准技术条件规定，定于冲片毛刺不大于O.05mm，复式冲时，个别槽形部分允许最大为O.08mm；转子冲片毛刺不大于0.08mm。,毛刺的检查方法:,(1)量具测量的检查方法；,(2)样品比对的检查方法。,2.同轴度,影响冲片同轴度的主要原因:一是冲模定位零件与工件之间有间隙，即工件中心与定位零中心不重合；二是定位柱磨损。所以在冲片冲制时应经常注意各种定位装置的磨损情况。,同轴度的检查方法:,检查定子冲片内外圆的同轴度及定子冲片外圆与槽底圆周的同轴度时，可将冲片在压板下压平，用带千分表的游标卡尺测量互成900的四个位置的内外圆间的尺寸差，如图所示。,减小毛刺的基本措施,在冲模制造时，严格控制凸凹模的间隙，而且要保证冲裁时有均匀的间隙。冲裁过程中，要保持冲模工作正常，经常检查毛刺的大小。如果毛刺过大(如0.060.1mm)，则必须及时将冲模刃口磨锐(刃磨)。对片厚为0.35 0.5mm的钢片，凸模和凹模的每次刃磨量一般为0.15 0.3mm和0.1 0.15mm。,冲片上的毛刺过大，需增加去毛刺工序，使毛刺减少或消除。去毛刺一般在去毛刺机上进行，原理如图所示。,去毛刺机上的磨轮直径和转速应选得合适。磨轮与橡皮传送带之间的距离可以调节，以适合大小和厚度不同的冲片。去毛刺前应用汽油将冲片清洗干净，以免油污粘附磨轮，影响磨削作用。,常用去毛刺机的类型,3.大小齿,在复冲时产生大小齿主要是冲模制造的质量问题，因此，此项检查只对新制造模具或修复后的模具。在单冲时产生大小齿的原因比较复杂。主要有：由于分度盘每个齿的位置、尺寸、磨损不等而使冲片上槽的分布发生误差；由于传动件之间有间隙存在，润滑和磨损情况不断改变，传动角度也发生改变，故使冲片上槽的分布产生误差；定位心轴上的键由于磨损而减小，于是在心轴键和工件定位键槽之间有间隙，冲片可能角位移而使槽的分布产生误差。,大小齿的检查方法:,在定、转子冲片四个相对中心的部位，用卡尺测量每个齿宽，每个部位连续测量四个齿。按GB技术条件规定，齿宽差允许值为0.12mm，个别齿允许差为0.20mm(不超过四个齿)，如图所示。,4.槽形,槽形检查的内容主要有两个，一是检查槽形是否歪斜，检查方法采用两片冲片反向相叠，即可量出歪斜程度；另一是检查槽形是否整齐，一般是将冲片叠在假轴上，用槽样棒塞在槽内，如通不过，则槽形不整齐。槽歪斜主要是单冲槽时由于冲槽模安装得不正。槽形不整齐主要是槽与轴孔中心距离有误差。在单冲槽时，产生这个误差的原因是；定位心轴的位置装得比下模高得多，冲槽时将冲片弯曲，致使槽与轴孔中心距离增大；冲槽模与定位心轴间的距离不准确；冲片本身呈波浪形，故铁芯压装时冲片压平，致使槽与轴孔中心的距离发生变化。,六、冲模的类型与结构,冲模的类型与结构直接影响铁芯冲片的生产率和质量。按照冲模上刃口分布情况的不同，可将冲模分成单冲模、复冲模和级进冲模三种。,1单冲模,单冲模：只有一个独立的闭合刃口，在冲床的一次冲程内，冲出一个孔或落下一个工件。单冲模一般由一个凸模和一个凹模，也可以有多个凸模和多个凹模，但在冲床一次行种中只能完成一种冲裁工序。,单冲模的结构,单冲模一般分为单槽冲孔模、轴孔冲模等，它的优点是结构简单，生产周期短，成本低便于制造，如果配以较高精度的分度机构和高速冲床，可进行高速的单槽冲裁，这种模适用于小型电机的冲片冲裁；采用单冲模的缺点是一个冲片需用几套模具分几道工序冲完，生产率低，冲裁精度较低，只适合于新产品试(研)制或小批量生产。,2复冲模,复冲模是具有两个以上的闭合刃口，在冲床的一次冲程内可完成工件的全部或大部分几何尺寸的冲模。例如:三圈落料模、定子或转子槽冲模、内圆冲孔模等都是复冲模。,如图所示为一种转子冲片复冲模，在一次冲程内可冲出全部转子槽、轴孔和键槽。,复冲模功能较多，结构较复杂，制造精度要求较高，但冲出的冲片质量好，生产效率也较高，是目前中小型电机生产中用量最多的一种。如果在23台冲床采用组合式复式冲裁，就能将一张条料依次冲裁出定子、转子冲片，既提高钢片材料的利用率，又可提高生产效率。复冲模适用于较高精度、一定批量的生产。,3级进冲模,级进冲模是按照一定的距离把两副以上的复冲模或单冲模组装起来，在每次冲程下，各闭合刃口同时冲裁，在连续冲程下,能使工件逐级经过模具的各工位进行冲裁的冲模。,如图所示，是由两个单冲模组装成的一个级进冲模。它实质上是多工位冲裁方式，多台冲模的组合体。冲床连续二个冲程，就完成内孔和外圆的冲裁，仍然是合模一次，就得到一个冲件。,对形状复杂的冲片，可分成若干个冲裁工位，设计制造多工位级进冲模，通过连续级进式送料、冲裁，经若干个工位，连续冲裁出形状复杂的冲片。如下图所示的定、转子冲片四工位级进冲模。,级进冲模冲裁时，需连续级进式进料，以提高冲裁，相应地需要采用成卷的带料钢片，适用于大批量生产。但级进冲模结构复杂，精度要求高，生产周期长，一次投资费用大，需大吨位高速冲床。,七、冲片的结构工艺性,1材料的利用率,2冲模的通用性,3槽形的选择,(1)便于制造冲模。冲模在制造时，由于要淬火，凹模尖角处由于应力集中而容易产生裂纹，所以在设计时，应尽可能采用圆角。,(2)从嵌线和铸铝角度考虑，圆底槽比平底槽好。定子冲片采用圆底槽，能改善导线的填充情况。,(3)冲模模刃强度与槽口高度有关，槽口高度太小，模刃易冲崩。一般槽口高度应不小于0.8mm。,在选择定子冲片外径时，除了满足电机电磁性能要求外，还应考虑材料的利用率。应该选用合理的冲片直径，来提高硅钢片的利用率。,在考虑各种不同电机定转子的内外径时，尽可能采用工厂标准直径，这样可提高冲模的通用性，减少冲模制造的数量。,4记号槽的位置,为了保证铁芯压装质量，在叠片是避免冲片叠反。因此，冲片上记号槽的中心线位置不能与两相邻扣片槽的中心线重合。对于无扣片槽的冲片，则记号槽中心线不能与槽或齿的中心线重合。,5尺寸精度,冲片尺寸精度主要决定于冲模制造精度。目前，冲模制造精度一般控制在公差等级为H6H7，故冲片的尺寸精度一般不低于公差等级H8，而槽的尺寸精度一般在H9H10范围内。,电机中常用冲片的槽形,6铆钉孔或扣片槽的位置,用于固紧铁芯的铆钉孔或扣片槽数量应当尽量减少，且铆钉孔直径或扣片槽的尺寸应取小些。铆钉孔或扣片槽沿圆周要对称分布，并且应处于磁密较低的位置。铆钉孔与记号槽相对冲片内外圆及槽形应有较高的位置公差要求。,7斜槽,铁芯的斜槽要求应尽量安排在转子上，以便叠压和绕组嵌线，也有少数定子铁芯斜槽的。斜槽角度一般不大于一定子齿，偏差一般不超过30角分。,八、冲片制造自动化,电机冲片的制造由于工时比重大，加工工作量占电机制造总工时的1625，且手工操作多，若用单冲模冲槽所占比例将更多。所以提高冲片制造的自动化程度对提高劳动生产率、降低成本，提高质量，改善劳动条件，确保安全生产有着重大的意义。,冲片冲制自动化是指进料、冲制、出料和工价堆叠全都实现自动化。由于冲制的材料(条料、卷料或坯片)、所用设备和冲模不同，同时按自动化程度的高低和冲床自动化，常见的冲片冲制自动化有三种基本形式，即单机自动化、冲片加工自动流水线和高效率级进冲床。,1单机自动化,在单台冲床和冲槽机上，附加进料和出料装置，实现单个圆形坯片进料和冲片出料的自动化，并把冲片整理成叠。例如通过偏心机构和齿轮、齿条或杠杆机构，将冲床曲轴的回转运动变为与滑块往复运动相配合的进料和出料动作。也可采用独立的气动、液动或电动传送装置实现进料与出料的自动化。,2冲片加工自动流水线,由三台冲床组成的自动流水线，在我国已普遍采用。先将整张的硅钢片在剪床(或滚剪机)上裁成一定宽度的条料，由送料机构自动送入第一台冲床，复冲轴孔(包括轴孔上的键槽和平衡槽)和全部转子槽；然后由传料装置送入第二台冲床，以轴孔定位复冲鸠尾槽、记号槽和全部定子槽；最后，由送料机构送入大角度后倾安装的第三台冲床，以轴孔定位，复冲定子冲片的内圆和外圆。此时，转子冲片由台面孔落在集料器上，定子冲片落入冲床后面的传送带或集料器上。这种方法适用于大批生产的定型产品，生产效率高，冲片质量好，节省工时。但是，要求机床及传动机构要可靠，如果某一台冲床或一个传动机构发生故障，整个自动线将停止工作。,3级进式冲模,如果把上述三台冲床的冲裁工作集中在一台冲床上来实现，就可以用步进的方法来代替一整套传送装置。即用一台大吨位的冲床代替三台冲床，减少设备事故停工时间，进一步提高生产效率，减小作业面积。对于大批量生产的小型电机，多采用多工位级进冲，冲床采用高速自动冲床。对于小批量生产和特殊规格产品，中型电机冲片普遍采用高速冲槽机。电动机尺寸较大而批量又较大时，采用两台高速自动冲床串联，用两副级进模同步进行冲制。这种串联自动冲床生产线，可使冲床吨位降低，便于冲模的制造及运输安装。,第四节 冲片绝缘处理,一、概述,冲片绝缘处理的目的是为了减少铁芯的涡流损耗，以提高电机的效率，降低电机的温升，增强电机的抗腐蚀、耐油和防锈性能。异步电动机冲片绝缘处理只限于定子冲片，因为在正常运行时，转子电流频率很低(约13Hz)，铁耗很小，所以转子冲片不需进行绝缘处理。,冲片表面进行绝缘处理，主要技术要求是绝缘层应具有良好的介电性能、耐油性、防潮性、附着力强和足够的机械强度和硬度，而且绝缘层要薄，以提高铁芯的叠压系数，增加铁芯有效长度。,绝缘处理的方法较多，相应所得绝缘层的种类也有多种。包括有机物、无机物涂层；半有机物、半无机物涂层；树脂绝缘漆涂层和氧化膜涂层等。目前，采用冲片绝缘处理的方式有两种：涂漆处理和氧化处理。,二、冲片绝缘处理的基本要求,为了减小冲片叠成铁芯后的涡流损失，冲片间应有一定的绝缘电阻。因此，冲片表面都需要进行绝缘处理。其基本要求是:,1.冲片表