沖片制造工藝及經濟性分析研究

【摘 要】：該文結合企業實際，總結電機沖片的制造經驗和實際效果，主要介紹了電機沖片的制造方法和模具特點，并進行技術經濟性分析。論述了工藝方案的合理選擇，在提高沖片質量、控制生產成本方面進行了探討，針對生產過程中的關鍵工藝，提出了優化措施，以提升產品市場競爭力。

【關鍵詞】：電機沖片 制造工藝 沖壓模具 經濟性

前言

沖片是發電機、電動機鐵心的主要組成部件，它是由冷軋薄硅鋼片沖制而成。電機規格很多，沖片外形尺寸各不相同（主要有圓形片和扇形片）。隨著電機市場競爭的日趨激烈，提高沖片質量、降低產品成本是電機生產制造廠所面臨的重要研究課題。下面就沖片的制造工藝及其經濟性進行分析和探討。

硅鋼片的裁剪

硅鋼片裁剪是電機沖片制造的首道工序，是將硅鋼片用平剪機或滾剪機剪成一定寬度的條料或帶料。裁剪之前的合理套裁排樣可有效地提高硅鋼片下料利用率，節約硅鋼板材。沖片排樣與以下因素有關：沖片加工余量（又稱搭邊量）、產品沖片外形尺寸、硅鋼片板材規格。市場上寬度1000mm、1200mm的硅鋼片最為常見。電機生產中，有效且常用的套裁方式有兩種：

一是扇形片錯位互補套裁，二是圓形扇形片混合套裁。示意圖如下：

在便于操作和生產管理的前提下，針對不同沖片特點進行科學排料是降低電機制造成本的措施之一。

圓形片沖制

目前，高速沖槽機已發展的相當完備，無論是在速度、精度、效率和適應性等方面都達到了很高的水平。為達到最有利的技術經濟效果，盡量縮短新產品試制周期，提高市場競爭力，在電機設計中，直徑小于1200mm的沖片，均建議采用圓形片，原因是圓形片模具簡單，調整靈活，其沖制采用單式沖槽方式， 由于電機的定子外徑是標準化的，所以對圓形沖片落料而言，模具尺寸相對固定。下表為電機機座號與定子沖片外徑（小于1200mm）的對應關系。

各生產廠家有不同的沖裁習慣，相應模具設計不盡相同。就定位方式而言，多數采用兩種方式。一是中心孔與鍵槽定位。二是多孔定位。

很多廠家在沖片下料時，習慣把定子外徑及轉子軸孔一起落出來，目的是為保證轉子沖片軸孔與定子外徑的同心度。但由此也會產生一些問題，比如：相同機座號不同產品的軸孔不同，造成復式落料模具不能借用，模具使用率低。所以，定轉子沖片均為圓形片時，建議定子沖片落料模具設計為落定子外圓、記號孔及定位孔。其中，多孔過定位方式在沖片沖制過程中，沖片運轉更加平穩，分度更加精確。另外，也有些模具儲備量小的廠家通過圓剪機剪圓落料，然后通過高速沖床沖切出定子外徑，采用這種工藝節省了模具，但效率低下，只在單臺生產時使用。

定轉子分離工藝設計為落定子內徑和軸孔時也會出現以上模具浪費的情況。所以，定轉子沖片分離最好通過單沖工藝來實現。在分離的同時，定轉子氣隙大的可直接將氣隙切出。下圖為單槽沖頭示意圖。其中圖二為雙沖頭，適用于定轉子氣隙小，單沖頭易崩刀的情況。

電機轉子沖片軸孔常帶鍵槽，且外形尺寸變化較大，精度要求較高，部分產品轉子沖片與軸需熱裝，所以軸孔沖制不能通過單切工藝實現。需設計軸孔模具。其結構示意圖如下：

綜上：較為經濟的定轉子沖片工藝路線（單一批量生產除外）為：

沖片落料（落料模具）——有鍵槽的沖鍵槽（鍵槽沖模）——沖定子槽形帶分離（沖槽切分模）——沖轉子槽（槽形沖模）——落軸孔（軸孔模）。

扇形片沖制

在大型汽輪發電機、水輪發電機、風力發電機及同步交流電動機中，通常用到的是扇形沖片。扇形沖片的特點是形狀復雜、尺寸精度高、技術條件嚴格。相對圓形沖片，扇形片的材料利用率較高。在生產批量大的情況下，其制造工藝是一次復沖成型，下圖為復式沖模常用結構簡圖，特點是：上下模采用鑲拼結構組裝在模板上，并配有脫料、導向機構。

一次復沖的優點是生產效率高，沖片精度好。但缺點是模具制造復雜，成本高，不能通用，電機扇形片形狀稍作改變，就必須重新設計制造模具。所以往往模具的設計制造周期成為電機合同交貨期的關鍵，從產品成本上考慮也不經濟。

一些電機制造廠為了克服上述缺點和普及數控沖床，開始推廣使用三面刃沖裁。三面刃沖裁是利用沖模將定子扇形片的外徑及兩徑向邊一次沖制成型的沖制過程。下料扇形片后，通過工藝孔定位，沖槽切邊模沖出沖片槽形及內徑。工藝過程如下圖：

三面刃沖裁工藝與一次復沖相比，降低了模具成本，縮短了生產周期。這種沖壓工藝，便于產品改型，通過對沖片的系列化、通用化設計，同一副三面刃模具可以同時沖制若干種不同規格的電機沖片。特別是對于電機品種規格多，批量小的電機制造廠，其經濟效益是十分明顯的。

模具質量與壽命

模具是直接影響沖片質量、生產效率和制造成本的重要因素。隨著數控設備的普遍運用，模具的性能要求也相應提高。在模具設計制造及使用過程中，注重以下幾個方面，防止模具過早失效。

模具結構設計方面，充分考慮模具與機床的連接定位，使模具與沖床間自由度被約束。比如在模座上增加定位鍵；導向機構采用滾動導向，提高導向精度，使凹凸模間隙均勻；卸料機構應選擇蝶形彈簧以增大卸料力。同時，沖裁間隙的合理選擇也是保證模具正常工作，延長壽命的一個關鍵因素，對于0.5mm的硅鋼片，手冊推薦間隙為0.04-0.0.7mm，根據國內外實踐摸索資料，適當放大凹凸模間隙至0.09-0.11mm時，可以減小沖片、凹凸模之間的摩擦，同時提高沖片斷面質量。

選材時必須考慮經濟性，盡可能降低制造成本，優先選擇國產材料，同時考慮市場供應，鋼種選擇盡量少而集中。模刃材料選擇一般為Cr12、Cr12MoV優質合金鋼，其具有較高的耐磨性、淬透性、高熱穩定性；模座可選擇鑄鐵或鑄鋁材料；卸料板及固定板選擇Q235B鋼，模柄及定位塊等可選擇45鋼。沖模質量很大程度取決于熱處理質量，模具材料熱處理變形要盡量小，熱處理后表面不允許有脫碳層或滲碳層。為提高模具工作性能及使用壽命，根據其工作條件對可模具零件表面做滲氮、鍍鉻或激光表面淬火、噴丸處理。

正確的操作、使用和維護與模具的壽命也有很大關系。它包括模具的正確安裝與調整，注意保持模具的清潔與潤滑。模具長時間使用后須磨刃口、研磨退磁，彈簧等易損件及時更換，定期檢查緊固件是否松動、油管氣管是否泄漏等。對具體的情況采取措施，減少模具消耗，提高經濟效益。

沖片制造自動化

電機沖片制造的工時比重大、手工操作多，所以提高沖制制造的自動化程度對降低成本、提高質量、提高勞動生產率、改善勞動條件有著重大意義。對于大批生產的定型產品，采用級進式和復合落料沖制是沖片制造工藝的發展趨勢。下面為德國舒樂（SCHULER）沖片落料生產線：

其工藝路線為：

上料—開卷—校平—緩沖調整—伺服進料—沖壓落料—接料碼垛—垛料開出—廢料排出。

結束語

通過以上分析可知，影響沖片質量及制造成本的因素是多方面的。針對不同產品特點和生產類型，結各自的設備及人員條件，選取最合理的工藝方案并注重過程管理，可以減少成本，提高質量，縮短交貨期，提高產品市場競爭力。

【參考文獻】

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[2]吳文旭.王麗馥.劉玉香.三面刃沖裁新工藝在定子扇形片沖制中的應用（J）.大電機技術1995（3）

[3]王日華.沖裁模間隙及其對沖片質量和模具壽命的影響（J）.電加工與模具2001（2）

【作者簡介】

謝常春（1980-），男，2003年山東大學畢業，學士，工程師，

主要從事電機制造工藝開發及模具設計工作。

電話：15168889761，地址：濟南市華信路18號（250100） 電動機研究所，

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