大型交流電機(jī)扇形片復(fù)沖模設(shè)計優(yōu)化及制造工藝改進(jìn)

劉海波，孫 哲，孫孝文，熊建武，孫忠剛

（1.湘電動力有限公司，湖南湘潭 411101；2.湘潭電機(jī)股份有限公司，湖南湘潭 411101；3.湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410208）

0 引言

扇形定子沖片是組成大型電機(jī)定子的關(guān)鍵零件，隨著電機(jī)產(chǎn)品的不斷升級和質(zhì)量要求的提高，當(dāng)前對定子沖片的質(zhì)量要求也越來越高，特別是沖片在大批量生產(chǎn)中，對沖壓的尺寸穩(wěn)定性、精度和模具壽命、要求很高［1］。針對我司當(dāng)前設(shè)計制造的扇形片復(fù)沖模存在易蹦刃、刃口容易鈍化、毛刺超差等發(fā)生頻率較高的問題，特從改進(jìn)扇形復(fù)沖模具結(jié)構(gòu)設(shè)計及加工工藝上進(jìn)行研究，以此來實現(xiàn)高性能模具設(shè)計制造，適應(yīng)當(dāng)前電機(jī)行業(yè)對模具的要求。文章特選取沖制批量大的交流電機(jī)扇形片復(fù)沖模為改進(jìn)對象，探索優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)和加工工藝，以提高模具設(shè)計和制造水平、提高模具穩(wěn)定性、模具壽命、模具品質(zhì)及檔次。

1 原模具情況介紹

原來的電機(jī)扇形片復(fù)沖模結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用的是倒裝式復(fù)沖模結(jié)構(gòu)，凸凹模具在下模，凹模和凸模在上模，凹模內(nèi)裝有彈性卸料板，用于扇形片卸料，凸凹模外圍設(shè)計有卸廢料的卸料板，卸料板與凸凹模具、凹模間有一定間隙，并利用凸凹模等成型零件導(dǎo)向，在材料選擇上凸凹模、凹模、凸模等采用Cr12MoV，淬火HRC55～63，卸料板采用45號鋼，淬火HRC40～45，上下模板采用Q235。

2 設(shè)計改進(jìn)

2.1 結(jié)構(gòu)改進(jìn)

圖1 模具結(jié)構(gòu)示意

（1）卸料板上增加導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，上模卸料板2個，下模卸料板4個，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用厭氧膠固定，卸料板與凸凹模、凹模的雙邊間隙為0.2～0.3 mm，避免卸料板與凸模之間的摩擦，以提高模具的穩(wěn)定性和壽命。

（2）本次模具的滾動導(dǎo)柱由常規(guī)的壓入式固定改為采用可卸式導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)，便于模具刃口磨削。

（3）滾動導(dǎo)套的固定方式由原來的合金固定改為厭氧膠固定，以提高模具的導(dǎo)向精度和穩(wěn)定性。

（4）在上模部分的固定板、上模板、上模頂板、上模底板相應(yīng)位置設(shè)有漏水孔，可方便磨刃口時排出冷卻液。

（5）對于沖壓間隙，選定為0.06 mm，解決因沖床平面度和平行度誤差造成的易啃刃口問題，達(dá)到提高模具壽命和降低毛刺的目的。模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)，如圖2所示。

2.2 材料改進(jìn)

（1）上、下模座。由常規(guī)的Q235-A改為采用45號鋼，并退火處理后再做調(diào)質(zhì)處理，消除材料內(nèi)應(yīng)力和提高模具的強(qiáng)度，保持模具的穩(wěn)定性。

（2）卸料板。由原來的45號鋼調(diào)質(zhì)處理改為Cr12MoV，淬火硬度HRC43～48。

（3）凸凹模、凸模、凹模等模具刃口零件材料由Cr12MoV改為目前國內(nèi)電機(jī)模具應(yīng)用廣泛的沖壓壽命是Cr12MoV材料3倍的日本進(jìn)口材料DC53，淬火硬度HRC60～62，達(dá)到大幅度提高模具壽命的目的。

DC53是日本大同特殊鋼對SKD11進(jìn)行改良的新型冷作模具鋼，其技術(shù)規(guī)范載于日本工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（JIS）G4404。它克服了SKD11高溫回火硬度和韌性不足的弱點，將在通用及精密模具領(lǐng)域全面取代SKD11的高強(qiáng)韌性通用冷作模具鋼，較Cr12MoV的優(yōu)勢如下：

①DC53的熱處理硬度高于Cr12MoV，高溫（520～530℃）回火后可達(dá)62-63HRC高硬度，可改善真空熱處理時硬度不足之缺陷，在強(qiáng)度和耐磨性方面DC53超過Cr12MoV。

②DC53的韌性是Cr12MoV的2倍，在冷作模具鋼中較為突出，用DC53制造的工具很少出現(xiàn)裂紋和開裂，大大提高了使用壽命。

③線切割加工后的殘余應(yīng)力較小，經(jīng)高溫回火減少了殘余應(yīng)力，線切割加工后的裂紋和變形得到抑制。

④DC53的切削性和研磨性優(yōu)于Cr12MoV，使用DC53可增加工具模具壽命和減少加工工序。

⑤固定板、墊板。采用45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。

3 加工工藝改進(jìn)情況

3.1 凸凹模加工工藝改進(jìn)

（1）凸凹模、凹模先取試塊作成分化驗及金相組織檢測，檢測合格后再加工使用,同時采用真空淬火后進(jìn)行深冷處理，然后回火去應(yīng)力［4-6］。

（2）凸凹模、凹模平磨工藝改進(jìn)：將平磨工序分3次進(jìn)行（粗磨、半精磨、精磨）。先粗磨厚度二面，控制進(jìn)刀量，防止模具凸、凹模表面出現(xiàn)龜裂紋，防止崩刃問題；再半精磨厚度二面，平行度控制在0.05 mm以內(nèi)，控制進(jìn)刀量；最后精磨厚度二平面，平行度控制在0.03 mm以內(nèi)，達(dá)到提高模具精度的目的。

3.2 上、下模座加工工藝改進(jìn)

（1）上、下模座采用數(shù)控氣割下料，外形全部機(jī)加工，提高模具美觀，達(dá)到提高模具的檔次的目的。

（2）下料后進(jìn)行去應(yīng)力退火，粗加工去余量后再進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，加工后再增加平磨工藝，保證平行度。

3.3 卸料板工藝改進(jìn)

圖2 模具結(jié)構(gòu)改進(jìn)

卸料板材料Cr12MoV，淬火HRC43-48，主要是保證足夠強(qiáng)度，減少變形。采用數(shù)控銑加工所有頂桿孔、螺孔過孔，保證位置要求；熱處理后用中走絲切割，保證尺寸精度，包括加切4個小導(dǎo)柱孔。改進(jìn)后的模具如圖3所示。

4 使用效果

該模具制造完畢首次試模時非常順利，沖片斷面毛刺小，尺寸精度、毛刺等均達(dá)到產(chǎn)品要求。該模具后續(xù)又反復(fù)使用幾次，所沖制的沖片均達(dá)到使用要求，質(zhì)量相當(dāng)穩(wěn)定，在沒有對模具進(jìn)行刃磨等處理的情況下，沖制愈到后面，沖出來的產(chǎn)品毛刺愈小，證明模具的穩(wěn)定性相當(dāng)好，客戶對本模具的使用非常滿意。

5 結(jié)語

對大型異步電機(jī)定子扇形片復(fù)沖模的設(shè)計制造改進(jìn)達(dá)到了預(yù)期的效果，證明此次在模具結(jié)構(gòu)、材料、工藝上采取的新措施及過程中的質(zhì)量把控頗有成效，為今后此類扇形片復(fù)沖模的設(shè)計提供了改進(jìn)方向。

圖3 改進(jìn)后的模具