電機(jī)勵磁扇形定子沖片一模雙腔復(fù)沖模具設(shè)計

熊建武，朱惠芳，孫孝文，孫忠剛，簡忠武

（1.湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410208；2.湘潭電機(jī)股份有限公司，湖南湘潭 411101）

0 引言

隨著風(fēng)電的不斷發(fā)展與壯大，電機(jī)的新產(chǎn)品也越來越多，對電機(jī)沖片的需求量越來越大。相應(yīng)的模具量也增多，為了滿足市場的高質(zhì)量、高速度，某集團(tuán)從德國引進(jìn)了一條4 000 kN雙點(diǎn)閉式?jīng)_壓機(jī)自動生產(chǎn)線，用于電機(jī)勵磁扇形片的高速生產(chǎn)。該生產(chǎn)線具有沖壓速度快，自動送料、打料等特點(diǎn)，對配套的模具提出了很高的要求。為了提高此設(shè)備的利用率，將現(xiàn)有的單片模變成雙片模，可以提高一倍的效率。以前從德國進(jìn)口一副自動線上的單片模需要8萬歐元，相當(dāng)于人民幣80萬元，而國內(nèi)模具公司生產(chǎn)一副自動線上的單片模只需要10萬元左右，可節(jié)省資金70萬元。自動線上單片模應(yīng)用已成功的經(jīng)驗(yàn)表明，自主開發(fā)自動線上的雙片模一副可以節(jié)省成本至少100萬元，電機(jī)模具的批量又很大，節(jié)約的價值將很可觀。目前國內(nèi)的上海電機(jī)廠和哈爾濱電機(jī)廠已生產(chǎn)雙片模應(yīng)用于該自動線上。以下，是該雙片模的模具設(shè)計。

1 定子沖片產(chǎn)品

電機(jī)定子單層鐵芯片如圖1（a）所示，鐵芯材料為Cr12Mo5，單層片厚0.5 mm。鐵芯片在電機(jī)機(jī)殼內(nèi)層疊堆后，形成的線圈定子如圖1（b）所示。

定子單層片生產(chǎn)制造時，如采用整圈圓環(huán)芯片的方式來進(jìn)行沖裁制造，顯然模具的結(jié)構(gòu)尺寸將很大，沖件的成形精度難以得到有效保證，模具的制造成本也會很高，因而，較為優(yōu)選的制造方案是，單圈定子單層片采用拼塊的方式來進(jìn)行沖裁生產(chǎn)，而后再進(jìn)行拼接組裝［1-3］。拼塊沖片的形狀尺寸如圖2所示。拼塊沖片的尺寸為外徑R4 703 mm，內(nèi)徑R4 400 mm，中心弧度13°20”，外側(cè)有兩處定位卡槽，內(nèi)側(cè)為13處線圈卡槽，片厚0.5 mm，成形精度為IT6級。

2 雙片復(fù)沖成形方案

圖1 電機(jī)定子及單層芯片

圖2 拼塊沖片結(jié)構(gòu)尺寸

針對拼塊沖片的結(jié)構(gòu)尺寸特點(diǎn)，研究開發(fā)雙扇形片復(fù)沖模，確保模具在該設(shè)備上正常使用并達(dá)到高速、自動化的目的，以確保自動生產(chǎn)線發(fā)揮更好的效果。拼塊沖片有兩種成形方式，一種是單片沖裁方式［4-6］，一種是雙片復(fù)合沖裁方式［7-9］，單片沖裁方式的優(yōu)點(diǎn)是模具結(jié)構(gòu)較為簡單，成形精度比較好控制和調(diào)整，缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率較低，經(jīng)濟(jì)和生產(chǎn)效率都比較低，不能最大限度地發(fā)揮本拼塊沖片的生產(chǎn)線4 000 kN雙點(diǎn)閉式?jīng)_壓機(jī)自動生產(chǎn)線的效能。因而，采用雙片復(fù)合沖裁方式能有效彌補(bǔ)這一缺陷。為進(jìn)一步降低成本，提高效率，擬采用一模雙扇形片雙片復(fù)合沖裁模具沖制，以應(yīng)用于4 000 kN自動線生產(chǎn)。采用雙片復(fù)合沖裁方式所使用的料帶的排料方式如圖3所示。料帶中，搭邊寬度使用5 mm，側(cè)邊余量5 mm，料帶寬度556 mm，初始邊余料27 mm。

圖3 雙片復(fù)合沖裁料帶設(shè)計

對相應(yīng)的沖片做了排料套料分析后可以得知，材料利用率非常高，結(jié)合進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)簡圖設(shè)計，及模具結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)分析，雙片模的大小可以與設(shè)備配套，廢料切斷裝置可行，導(dǎo)正裝置可行，關(guān)鍵是兩套凸模凹模互換，兩套卸料機(jī)構(gòu)同步困難［10-13］。具體方案中，排料方案每邊留搭邊5 mm，考慮一卷沖片切開成兩節(jié)使用完全滿足用戶要求，每卷材料只有第2片及最后一片不能使用。材料利用率不變。模具需保證一次沖出的兩個沖片的互換性（可以應(yīng)用于同一鐵芯），若不能互換使用，將很大程度影響鐵芯車間的沖片操作和管理。兩個沖片之間的誤差要控制在0.015 mm以內(nèi)才能符合產(chǎn)品要求及檢驗(yàn)規(guī)定。為保證送料、卸料正常，調(diào)節(jié)卸料板不能高于刃口0.3 mm，并設(shè)計選定卸料板拉釘位置，防止卸料板調(diào)節(jié)不平導(dǎo)致斷料處翻折。模具材料使用Cr12MoV或更好的模具鋼，凸、凹模采用整體結(jié)構(gòu)，應(yīng)采用慢走絲加工，生產(chǎn)科對材質(zhì)、鍛造、熱處理等工序要有正規(guī)驗(yàn)證文件，模具加工過程須嚴(yán)加控制。為盡量提高模具使用壽命，成型材料宜選用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)模具鋼。

3 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

模具整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖4所示。模具使用正裝結(jié)構(gòu)形式，凹模6安裝于下模座板上，其下設(shè)置凹模墊板8，凹模6外側(cè)周設(shè)置彈料板4，彈料板4的頂起由四周設(shè)置的膠墊5彈起。

模具使用6副滾珠導(dǎo)柱進(jìn)行導(dǎo)向，滾珠導(dǎo)柱2安裝在下模座板1上，滾珠導(dǎo)套26安裝在上模座板15上。

凸模成形零件件27、件21等安裝于上模中凸模固定板17上，壓料板18由彈簧20驅(qū)動，將壓料板18頂出高于凸模成型件1.5 mm。壓料板18由拉桿板23通過復(fù)位拉桿拉住，防止其浮升高度超過1.5 mm。模具上模、下模組裝如圖5所示。

模具上模各零件的結(jié)構(gòu)形狀如圖6所示。沖頭使用T8A材料；壓料板使用45鋼，硬度HRC42；上墊板、壓邊圈使用Q235-A。

下模主要零件結(jié)構(gòu)形狀如圖7所示，凸凹模材料使用Cr12Mo1V1，熱處理后硬度HRC56～60。壓邊圈使用45鋼，硬度HRC42。

圖4 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖5 模具上下模組裝

圖6 上模零件形狀

圖7 下模零件形狀

模具組裝后使用于德國引進(jìn)的4 000 kN雙點(diǎn)閉式?jīng)_壓機(jī)自動生產(chǎn)線上進(jìn)行自動化生產(chǎn)，該設(shè)備具有沖壓速度快，自動送料、打料等特點(diǎn)。本付單片扇形片復(fù)沖模，在該自動化生產(chǎn)線上的速度設(shè)計為每分鐘28～32次，將使自動生產(chǎn)線利用率提高1倍。

本模具為雙定子扇形片復(fù)沖模改進(jìn)項(xiàng)目，在實(shí)施中要用到復(fù)沖模設(shè)計制造各種理論，在設(shè)備沖壓力、自動打料機(jī)構(gòu)及平衡、限位壓料原理等技術(shù)原理上綜合運(yùn)用，并進(jìn)行合理調(diào)試、調(diào)整，目前國內(nèi)還沒有此類模具，屬于國內(nèi)首創(chuàng)，國際上也只有一模單扇形片模具，屬于國際先進(jìn)。該項(xiàng)目的主要創(chuàng)新點(diǎn)：（1）模具需保證一次沖出兩個扇形片沖片，而且達(dá)到精度要求；（2）合理解決排料問題、卸料板與廢料干涉問題，確保材料利用率基本不變；（3）合理調(diào)整壓料機(jī)構(gòu)、打料機(jī)構(gòu)，使之達(dá)到平衡，確保運(yùn)動同步；（4）提高模具壽命，達(dá)到原壽命的3倍以上。

本模具能實(shí)現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)目標(biāo)為：應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機(jī)年產(chǎn)量是600臺套，其生產(chǎn)瓶頸主要在扇形沖片的生產(chǎn)上，扇形片生產(chǎn)主要是4 000 kN自動沖壓線承擔(dān)。隨著該模具項(xiàng)目研發(fā)成功，將使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)能提高一倍，預(yù)計年產(chǎn)值將增加20億元，因?yàn)椴辉黾釉O(shè)備和操作人員，成本基本不增加，利潤將達(dá)到2億元以上。

4 模具修配

模具在4 000 kN自動沖壓線加工時，如果出現(xiàn)一模崩刃、而另一模情況正常時，可以不兩模同時刃磨，采用墊高刃磨的一模達(dá)到兩模一樣高效果。因而，一模雙扇形片復(fù)沖模具的維護(hù)及崩刃情況的修理，可采取磨刃口或者鑲塊解決問題。卸料裝置要求兩片扇形片同時掉下，自動接料機(jī)械手才能平穩(wěn)接料，兩套卸料裝置要完全一致，難度很大。

5 結(jié)語

針對沖件產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，設(shè)計了一次沖兩片扇形片模具。模具安裝方便，有定位裝置、導(dǎo)料裝置、卸料裝置、廢料自動切斷裝置等。模具解決的技術(shù)關(guān)鍵為：沖出的兩片扇形片要一致，而且毛刺要少于0.04 mm，對模具制造要求很高。模具的創(chuàng)新點(diǎn)在于：將現(xiàn)有的單片模變成雙片模，可以提高一倍的效率，模具的排料方式要隔兩片沖兩片，才不會干涉。

預(yù)期目標(biāo)及成果：效率比單片模提高1倍。從無到有，首先開發(fā)研究設(shè)計出相應(yīng)模具圖，并同時制造出與4 000 kN雙點(diǎn)閉式?jīng)_壓機(jī)自動生產(chǎn)線相配套的高速雙片復(fù)沖模，以滿足生產(chǎn)的需要。