淺析精密高速壓力機在電機行業中的應用及發展狀況

文／江寶明，管愛春，周玉香，陳春·揚州鍛壓機床股份有限公司

淺析精密高速壓力機在電機行業中的應用及發展狀況

文／江寶明，管愛春，周玉香，陳春·揚州鍛壓機床股份有限公司

江寶明，產品主管，工程師，從事高速壓力機開發、設計與制造工作。

電子通訊、電機電器、汽車和家電等產品技術的迅速發展，對精密、功能性沖壓零件（微電機的定轉子硅鋼片沖壓件、工業電機的定轉子硅鋼片沖壓件、小型變壓器硅鋼片、易拉蓋、引線框架、接插件等）的需求量越來越大，技術要求也越來越高。因此在大量及超大量生產中，普通沖壓設備已不能滿足生產和技術要求，采用精密高速沖壓生產線進行高速度、自動化及連續沖壓是提高沖壓生產率的有效途徑。

精密高速沖壓生產線主要由高速壓力機設備、精密沖壓模具、優質卷料三個基本要素構成，并與自動化周邊設備的開卷裝置、校平裝置、送料裝置、材料潤滑裝置、出件裝置、理件裝置、廢料收集裝置等協調連接，實現對沖壓過程（包括材料厚度、送料線高度、送料步距、材料狀態、生產計數、生產批量、沖壓力、沖床轉速、行程、下死點位置、氣動系統壓力、潤滑系統溫度和流量等）的監測和控制。它是按沖壓工藝流程組合的一種沖壓自動化生產線。沖壓自動化不僅可以大幅度地提高勞動生產率、改善勞動條件、降低成本，而且能夠有效地保證沖壓生產中的人身安全，從根本上改變沖壓生產面貌。本文主要介紹精密高速壓力機在電機行業中的應用及發展狀況。

電機鐵心生產技術概況

電機的定子鐵心和轉子鐵心是電機的關鍵零件，一般由0.35～0.5mm厚的硅鋼片沖壓、疊壓而成，它的質量好壞直接影響到電機的技術性能。電機產品種類、規格繁多，對應的鐵心主要包含單相串勵電機鐵心、單相家用電機鐵心、單相罩極電機鐵心、永磁直流電機鐵心、工業電機鐵心、塑封定子鐵心等。

在電機生產的全部環節中，鐵心沖片生產是關鍵。傳統電機定、轉子鐵心制造工藝，是用一般沖模沖壓出定、轉子散片，經過齊片，再用鉚釘鉚接、扣片、氬弧焊等方法制成鐵心。對于交流電機轉子鐵心還需用手工扭轉出斜槽。步進電機要求轉子鐵心磁性能在厚度方向均勻，定子鐵心和轉子鐵心沖片之間分別要求旋轉一定的角度。上述的定、轉子鐵心如果用傳統方法制作，效率低，且精度很難達到技術要求。

現代沖壓技術是用高精度、高效率、長壽命并集各工序于一副模具的多工序、多工位級進模在高速壓力機上進行自動化沖壓。現代精密高速沖壓生產方式如圖1所示，其沖壓過程是沖壓條料從開卷裝置上出來后，先經過校平裝置進行校平，再通過自動送料裝置進行自動送料，然后經過材料潤滑裝置對條料表面進行涂油或者噴油后，條料進入自動疊鉚多工位級進模，可以連續完成沖裁、扭槽、回轉、疊鉚和計數分組等工序，直接將定子、轉子沖片疊鉚成定子鐵心和轉子鐵心。疊鉚多工位級進模將沖壓鐵心的多道工序布于一副模具的多個工位，實現了電機鐵心的連續生產。采用精密高速多工位自動沖壓生產線沖壓電機鐵心，自動化程度高、鐵心尺寸精度高、模具使用壽命長，適合大批量生產，極大地提高了生產效率，目前在國內正得到逐步應用和發展。

圖1 現代高速精密沖壓生產線示意圖

國內精密高速壓力機的現狀及發展

精密高速壓力機滑塊每分鐘的行程次數比同規格普通壓力機高達5倍以上，使用精密高速壓力機，不僅可以獲得高精度和高表面質量的沖壓件，而且可以延長模具的使用壽命。由于精密高速壓力機類型眾多，以下主要介紹國內(不含臺灣地區)閉式高速壓力機的發展狀況。

2000年以后，得益于家電行業、汽車行業的迅猛發展，以及模具制造水平的提高，帶動了精密高速壓力機的市場需求量，國內精密高速壓力機制造業開始進入一個高速發展的時代，時至今日，呈現出一個百花齊放、百家爭鳴的市場狀態。目前國內主流的精密高速壓力機制造商主要有揚州鍛壓、揚力集團、徐州鍛壓、寧波精達、寧波泰易達、浙江中鼎、山東金箭等。

其中，揚州鍛壓開發的800～3000kN的J76型閉式雙點高速系列，滑塊行程為30mm，最高行程次數可達到600次/分鐘。為更好地為定、轉子鐵心沖片市場服務，滿足用戶更高精度、更高產能的生產需求，揚州鍛壓于2012年底對原J76系列閉式雙點高速壓力機進行技術改造，主軸部分采用“滾動軸承+滑動軸承”復合結構，優化了“雙大導柱+四小導柱”的導向結構，配備反向平衡機構，成功升級為J76-E型強化版。

揚力集團的J75G系列、徐州鍛壓的DP75G系列、山東金箭的HD系列，壓力機的工作能力均為800～3000kN，產品的技術參數也都類似。值得一提的是，寧波泰易達的APH系列閉式高速壓力機，最小工作能力300kN，在滑塊行程為20mm時，最高行程次數達到1200次/分鐘。

寧波精達開發的GD系列閉式雙點高速壓力機，采用雙動力驅動系統(即雙電機、雙飛輪、雙離合制動器分布在主軸兩端的結構)，為避免模具卡模現象的發生，設計了獨特的四立柱頂置油缸。壓力機的工作能力范圍為630～3000kN，滑塊行程為30mm，行程次數可達150～400次/分鐘。

上述閉式高速壓力機投入市場后主要服務于微電機、水泵電機定轉子鐵心沖片及變壓器鐵心沖片等行業。

電機鐵心沖片的經濟型生產取決于零部件的形狀與生產的規模，需要多種不同的模具與機床技術。圖2所示為手動沖槽機、全自動沖槽線、帶復合模的通用壓力機和帶級進模的高速壓力機的應用范圍。

圖2 不同壓力機的應用范圍

在我國，目前大型工業電機(定子鐵心直徑在φ400mm以上)采用的沖壓工藝為先沖圓片，再由高速沖槽機完成槽型沖壓。由于高速沖槽機分度誤差的存在，沖片的槽型精度不夠，且沖槽機需要單片上下料，生產效率極低。為了解決這一類產品的加工，急需大噸位、高效、精密的沖壓設備。

針對這樣的市場需求，揚州鍛壓開發了國內首臺工作能力為5500kN(公稱力行程1.6mm)的J76-550型閉式雙點高速沖床，在滑塊行程為40mm時，最高行程次數可達到230次/分鐘。大噸位沖床的應用使得模具尺寸也越來越大，模具的拆裝對于操作者來說需要耗費大量的體力，在低速情況下試模時，大噸位模具很容易出現卡模現象。由于這款壓力機的行程只有40mm左右，看不清模具內部情況，廢料也不容易排除。為保護沖床和模具，J76-550特別設計了滑塊提升結構，在卡模狀況下可以將滑塊快速提升70mm，極大地方便了操作。Y280-4(定子鐵心直徑φ435mm)、Y315-4(定子鐵心直徑φ490mm)電機定、轉子鐵心已在J76-550上成功得到批量生產，極大地提高了生產效率。而后，在J76-550的基礎上，揚州鍛壓又成功開發了J76-750型閉式雙點高速沖床，在滑塊行程為50mm時，最高行程次數達到了180次/分鐘。

伴隨著工業4.0的到來和自動化、信息化的不斷發展，電機的使用范圍越來越廣泛，且對電機的要求也越來越高。壓縮機行業由于國家規定制冷空調壓縮機需達到二級能耗標準，壓縮機電機的鐵心厚度從0.5mm下降到0.3mm，并有繼續減薄的趨勢。同時，由于電動汽車和混合動力新能源汽車的快速發展，其原動機為高速、低耗、調速范圍寬的大功率電機，它對電機定、轉子鐵心的質量提出了更為嚴峻的考驗。普通的高速壓力機已不能滿足這一類產品的生產需求。

在研究了國內外壓力機發展水平的前提下，揚州鍛壓研制的YSH-300超精密新型高速壓力機，以滿足新能源汽車行業、一體式壓縮機電機等高端電機制造業對超精密高速沖壓的要求，并為中小電機制造業產品升級、節能降耗提供沖壓裝備儲備。新型高速壓力機的各項技術指標達到了國際先進水平，擁有自主知識產權，掌握了新型高速壓力機的核心技術，在高端電機鐵心制造企業得到實際應用。該壓力機的核心技術包括直排三連桿傳動施力、主軸“滾動軸承+滑動軸承”十點復合支撐、四柱式無間隙大承載直線軸承滑塊導向與下死點精度重復控制等，工作臺面尺寸達到了2.3m×1.1m，滑塊行程30mm時，行程次數可達到500次/分鐘。

繼揚州鍛壓之后，寧波精達的GD-L系列寬臺面超精密高速壓力機(工作能力為2000～4000kN)、浙江中鼎的GH系列閉式三點高速精密壓力機(工作能力為2200～3600kN)也陸續推向新能源汽車、一體式壓縮機電機等高端電機市場。

高速精密壓力機的發展趨勢

⑴壓力機滑塊必須更寬。新能源汽車電機鐵心外形大、形狀復雜、幾何精度要求高，使得級進模具的步距增長、工位增加。為節約材料、提高效率，定、轉子模具的外形也必須更大，相應地，使用這種模具的高速沖床的滑塊也必須更寬。

⑵壓力機的精度要求更高。高速壓力機在向高速度發展的同時，還要求機身、滑塊具有更高的剛度、更小的工作臺垂直度、更小的綜合間隙和更高的滑塊下死點重復精度。

⑶雙點結構逐漸向單排三點和四點發展。隨著電機鐵心沖壓模具工位增加和沖壓產品尺寸加大，要求加寬工作臺面和增大沖擊力，在保證多點傳動之間的同步性，采用三點或者四點施力結構可以同時實現超寬滑塊的輕量化和高剛度。同時，由于滑塊的輕量化，可以減少運動過程中的慣性力，改善了大噸位壓力機的電機能量消耗。

⑷壓力機的能耗要低。可持續發展是人類社會的共同目標，節能減排是制造業的迫切要求。有效控制和降低能源消耗，不但滿足國家節能環保的要求和目標，還能給企業帶來顯著的經濟效益。

總之，在保證質量的前提下，更高的速度、更高的效率、更小的能耗、更方便的可操作性，是精密高速壓力機未來發展的趨勢，是沖壓裝備制造企業追求的目標。