鐵心疊鉚轉動工藝及模具設計

鄧衛國,趙 威,巫書豪,宋興狀,趙本友

(常州機電職業技術學院，常州 213164)

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鐵心疊鉚轉動工藝及模具設計

鄧衛國,趙 威,巫書豪,宋興狀,趙本友

(常州機電職業技術學院，常州 213164)

通過對步進電機定轉子鐵心零件的結構特點和沖壓工藝特性進行分析，介紹了采用一副多工位級進模來套沖定、轉子鐵心零件，其中有定子沖片之間轉動90°再疊鉚、轉子沖片之間轉動72°再疊鉚的技術功能，闡述了鐵心疊鉚轉動的工藝，并對沖壓排樣方案進行了確定。同時介紹了模具的結構特點。企業通過生產實踐證明該方案效果良好，滿足大批量生產需要。

定子鐵心；轉子鐵心；疊鉚轉動；級進模

0 引 言

作為自動化控制系統中傳動元件步進電機，其力矩、步距角和矩角特性等技術參數要求比較高，這些參數的技術要求都反映在步進電機中的主要零件定子鐵心和轉子鐵心上。因此，步進電機定子鐵心和轉子鐵心制造關系到步進電機的性能要求。隨著冷沖壓技術的不斷發展，步進電機定子鐵心和轉子鐵心制造一般都采用技術要求高的精密多工位級進模來沖壓。圖1和圖2所示為某復印機上使用的步進電機定鐵心和轉子鐵心產品圖，沖壓材料為50DW470電工硅鋼片，材料厚度為0.5 mm。定子鐵心內型結構由8個極組成，每個極上由6個小齒型組成，轉子鐵心外型由50個小齒型組成，每個齒型尺寸比較小，齒型之間的等分度精度和齒型寬度尺寸要求比較高，定子鐵心和轉子鐵心小齒型的口端不能有R角，要求清角，以保證步進電機的力矩性能要求。

圖1 定子鐵心零件圖

圖2 轉子鐵心零件圖

本文介紹了采用一副多工位級進模來沖制步進電機定子鐵心和轉子鐵心零件，定子鐵心和轉子鐵心是套沖結構，可以節省沖制材料。沖制出定子鐵心和轉子鐵心由一定數量沖片組成的沖壓零件，在整個自動沖壓過程中應用鐵心疊鉚工藝，滿足了步進電機定子鐵心和轉子鐵心的沖壓要求，可以提高定子鐵心和轉子鐵心零件的技術要求和尺寸精度要求。

1 鐵心疊鉚轉動工藝

步進電機定轉子鐵心以前制造的方法是先用復合模沖制出定轉子沖片的散片，再通過齊片和鉚釘固定得到定轉子鐵心零件，現在用一副多工位級進模來沖制步進電機定轉子鐵心，從模具中已沖制出來的是定轉子鐵心，而不是定轉子沖片(散片)，其中定子鐵心的沖片之間轉動90°再疊在一起，轉子鐵心的沖片之間轉動72°再疊在一起，這些疊鉚帶轉動的功能都是在模具上完成的。

1.1 疊鉚工藝的沖壓原理

步進電機定轉子鐵心的疊鉚工藝原理是：在定轉子沖片結構的適當位置上(如圖1中8-φD6孔和如圖2中5-φd4孔部位)沖制圓柱形疊鉚點，即在沖壓技術上叫沖凸臺，在沖片上這個凸臺是上面是凹形，下面是凸臺，如圖3所示，將同一名義尺寸的凸臺部位壓入到凹形孔中時，將自然形成"過盈"而達到緊固連接的作用。在模具上沖壓的過程是：先是在定轉子沖片適當的位置上沖制出圓柱形凸臺，然后在定轉子沖片落料工位上，通過落料凸模每次沖壓過程，將每一次沖壓下來的定轉子沖片都集中在落料凹模中，落料凹模下面設有收緊結構，這樣通過落料凸模不斷連續的沖壓力作用，將集中在落料凹模中的定轉子沖片，通過在落料凹模下面收緊結構的收緊作用，可自然形成一片連接一片排列、毛刺同一方向而且具有尺寸要求疊厚的整齊鐵心。

圖3 圓柱形疊鉚(點)示意圖

1.2 鐵心帶轉動疊鉚工藝

根據步進電機定轉子鐵心技術上的性能需要和消除沖壓材料疊鉚厚度方向上的誤差，要求定子鐵心中的沖片之間轉動90°再疊鉚、轉子鐵心中的沖片之間轉動72°再疊鉚的功能。在級進模上實現這個功能過程是：在定、轉子沖片最后落料的工位上，采用落料凹模轉動的形式進行回轉，落料凸模不回轉。在自動高速沖床的每一次沖壓過程中，在沖床的滑塊在曲軸轉至240°～360°范圍內，定、轉子落料凹模結構分別轉動90°和72°一次，兩轉動是同時進行的，滑塊在其他角度定、轉子落料凹模結構不轉動。帶動定、轉子落料凹模結構轉動的裝置是機械式轉動機構。

1.3 轉動安全機構

由于步進電機定、轉子沖片的外形是方向和帶齒型的結構，不是圓形結構，為保證定、轉子落料凹模結構轉動后停留位置的正確和防止轉動過程中出現角度誤差，在級進模上設置有機械式安全機構，確保模具的正常沖壓要求。

2 工藝分析和排樣圖設計

對定子和轉子沖片結構沖壓工藝分析，定子沖片內型結構比較復雜，內型由有8個極槽組成，每個極槽上有六個小齒型，4個φD5小孔和8個φD6疊鉚點孔，外形為方形結構；轉子結構外形有50個小齒型結構，中心孔是一個φd軸孔，轉子沖片上有5個φd4疊鉚點孔。根據步進電機定轉子鐵心的技術要求和沖壓材料的利用率，定、轉子鐵心要套沖并疊鉚和帶轉動功能，所以一般普通沖壓方法難以達到這個功能目的，只有采用精密多工位級進模來沖壓達到定轉子鐵心的技術要求，即在自動沖壓設備上，在一副級進模上，通過各步的沖壓來完成定轉子鐵心的技術功能要求。設計排樣圖如圖4所示，共設置17工位，第1工位：導向孔和軸孔；第2工位：轉子計量孔；第3工位：定子8個小孔；第4工位：轉子疊鉚點；第5工位：空步；第6工位：空步；第7工位：轉子落料疊鉚轉動；第8工位：空步；第9工位：空步；第10工位：定子槽形；第11工位：定子計量孔；第12工位：定子內孔；第13工位：定子極槽齒型；第14工位：定子疊鉚點；第15工位：空步；第16工位：空步；第17工位：定子落料疊鉚轉動，其中第7工位和第17工位定、轉子落料疊鉚轉動沖壓順序為：當完成定、轉子沖片(單片)落料后，在該工位上同時完成多片定、轉子沖片的疊鉚，然后接著定、轉子落料凹模機構分別轉動90°和72°的角度，這樣就達到在模具上沖制出完整的定子鐵心零件和轉子鐵心零件產品。

圖4 定轉子零件排樣圖

3 模具設計特點

3.1 模具結構設計

步進電機定轉子鐵心疊鉚轉動級進模結構如圖5所示，主要包括模具主體、定、轉子鐵心輸送帶和定、轉子轉動機構3大部分。模具基本結構主要為：第一為導向裝置：即采用雙導向結構，保證模具的沖壓精度；第二為導正裝置：采用多對導正釘進行導正，保證定、轉子沖片在沖壓過程中的精確定位；第三為卸料裝置：采用彈性結構，保證沖壓條料的正常進行沖壓和小凸模零件的沖壓導向要求；第四為導料裝置：保證沖壓條料在模具沖壓中沿直線方向前進；第五為失誤檢測裝置：保證沖壓產品零件的合格；第六為限位裝置：保證模具在沖壓過程中上摸凸模零件進入下模凹模零件的深度要求。

1.上模座 2.上墊板 3.凸模固定板 4.卸料固定板 5.卸料板 6.導料板 7.凹模固定板 8.下墊板 9.下摸座 10.大墊板 11.導正釘凸模 12.導正釘凹模 13.轉子軸孔凸模 14.轉子軸孔凹模 15轉子計量凸模 16.轉子計量凹模 17.疊鉚凸模 18.疊鉚凹模 19.導料銷 20 .轉子落料凸模 21.轉子落料凹模 22.定子沖槽凸模 23.定子沖槽凹模 24.定子計量凸模 25.定子計量凹模 26.定子內孔凸模 27.定子內孔凹模 28.定子沖齒凸模 29.定子沖齒凹模 30.定子疊鉚凸模 31.定子疊鉚凹模 32.定子落料凸模 33.定子落料凹模 34.切廢料凸模 35.切廢料凹模

圖5 模具總裝圖

3.2 定轉子鐵心零件疊鉚厚度的調整機構

圖6所示為模具在沖壓定、轉子鐵心過程中調整鐵心厚度機構，由于定、轉子鐵心厚度有不同的尺寸要求，在模具上必須設置有這樣的機構，具體實現過程是：在定、轉子沖片沖壓排樣工位上有一步沖壓定、轉子計量孔，在相應模具的上模墊板上設置有一個移動抽板，抽板的移動由電磁閥和汽缸帶動，電磁閥和汽缸的動作根據電器控制柜上設定的沖壓定、轉子鐵心零件厚度尺寸要求進行工作的，由于抽板上有凹孔位置與計量凸模上端凸出部分在同一位置上，這樣定、轉子計量凸模根據抽板移動來達到是沖壓還是不沖壓的目的，如果是沖壓的，定、轉子鐵心就是分離形式；如果是不沖壓的，定、轉子鐵心就是疊鉚的形式，這樣就控制了定、轉子鐵心產品有不同厚度尺寸要求的目的。

圖6 定轉子鐵心厚度計量分離裝置

4 結 語

步進電機定轉子鐵心用一副級進模來進行沖壓，達到了定轉子鐵心自動疊鉚和轉動的技術要求，該副模具在125 t高速沖床上進行自動沖壓，其中鐵心疊鉚和轉動機構和模具沖壓情況正常，高速沖床的沖壓速度為200 r/min,定、轉子鐵心通過輸送帶從模具中輸送出來，模具上的工作零件凸模和凹模材料采用硬質合金，刃磨一次可沖壓130萬次以上。定子鐵心和轉子鐵心零件經檢驗符合產品圖紙的技術要求和尺寸要求，滿足步進電機使用性能要求和大批量生產的需求。定、轉子鐵心產品實物如圖7所示。

圖7 定轉子鐵心產品實物

[1] 陳炎嗣.多工位級進模設計與制造[M].北京:機械工業出版社,2006.

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[3] 陳旭明,肖小亭.高速沖壓及模具技術[M].北京:化學工業出版社,2007.

[4] 鄧衛國.制造微特電機零件的現代沖壓技術[J].微特電機,1998,26(4):27-29.

[5] 鄧衛國.電機定子沖片三拼式套沖模具設計[J].模具工業,2011,37(3):20-22.

Stator and Rotor Cores of Index Rotation Technology and Die Design for Stepper Motor

DENG Wei-guo，ZHAO Wei，WU Shu-hao，SONG Xing-zhuang，ZHAO Ben-you

(Changzhou Institute of Mechatronic Technology,Changzhou 213164,China)

Based on the analysis of the structure characteristics and the characteristics of the stamping process for stepping motor stator and rotor cores, the stamping stator and rotor cores process formed by the multi-position progressive die were described. Main contents of technology function are: stator cores of index rotation 90°, rotor cores of index rotation 72°. The technology of cores index rotation was expounded， and the scheme of part stamping process layout is determined. It also the structure characteristics of the die. It was proved that the practical effect is good, meets the demand of volume-produce the production.

stator cores； rotor cores； index rotation interlocking； progressive die

2016-03-20

常州機電職業技術學院院級課題項目(2015/YJ/ZXPY/01)

TM305;TM383.6

A

1004-7018(2016)10-0094-03

鄧衛國(1959-)，男，高級工程師,研究方向為模具設計與制造。