探究超高速電機(jī)鐵芯片模具的設(shè)計(jì)與制造

衛(wèi)海東 周洪鋒

摘要：電機(jī)鐵芯片作為電機(jī)定子部分，在實(shí)際制造過程中需要借助超高速模具提升電機(jī)鐵芯片生產(chǎn)質(zhì)量。在此之上，本文簡要分析了超高速模具的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，并通過應(yīng)用超高速加工技術(shù)、引進(jìn)超高速掃描系統(tǒng)、調(diào)整超高速模具沖壓、優(yōu)選超高速模具材料等方法，以此確保電機(jī)鐵芯片在超高速模具下實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：超高速模具;電機(jī)鐵芯片;切削技術(shù);沖壓工藝

中圖分類號：TG385.2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）02-0080-02

0? 引言

電機(jī)鐵芯片在電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間發(fā)揮著重要作用，若在實(shí)際設(shè)計(jì)期間，為其制造超高速模具，可有效提升模具生產(chǎn)質(zhì)量，進(jìn)而滿足電機(jī)鐵芯片實(shí)際需求。據(jù)此，應(yīng)充分利用先進(jìn)的超高速沖壓技術(shù)實(shí)現(xiàn)電機(jī)鐵芯片模具的創(chuàng)新發(fā)展，最終在超高速模具的輔助下為電機(jī)鐵芯片的高產(chǎn)量運(yùn)轉(zhuǎn)創(chuàng)造有利條件。

1? 超高速模具的設(shè)計(jì)特點(diǎn)

從電機(jī)實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)來分析：電機(jī)損耗是影響電機(jī)運(yùn)行質(zhì)量的重要因素。常見的電機(jī)損耗包含可變損耗、固定損耗、機(jī)械損耗等。其中因鐵芯片而引發(fā)的電機(jī)定子損耗問題實(shí)則屬于可變損耗范疇內(nèi)。具體可通過增加定子槽截面、滿槽率、減小繞組端長度等方式降低電機(jī)定子損耗。一般在繞組端部長度下降20%情況下，其損耗率可下調(diào)10%。此外，為了杜絕鐵芯片損耗現(xiàn)象，還可適當(dāng)降低磁密度及其厚度，或者優(yōu)選冷軋硅鋼片，最終可避免電機(jī)鐵芯片出現(xiàn)嚴(yán)重的損耗狀況。根據(jù)相關(guān)研究成果可知：若針對硅鋼沖片實(shí)施熱處理，可適當(dāng)減少至少10%的鐵芯片損耗。隨著時代的進(jìn)步，在解決鐵芯片損耗問題，擴(kuò)大鐵芯片生產(chǎn)規(guī)模時，超高速模具的設(shè)計(jì)已然成為新的指引方向[1]。

在具體設(shè)計(jì)過程中，超高速模具主要包含以下特點(diǎn)：①結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好且精準(zhǔn)度較高;②在鐵芯片生產(chǎn)階段，超高速模具能夠運(yùn)用均勻的沖裁間隙保證生產(chǎn)流程的順利進(jìn)行，最終實(shí)現(xiàn)高速沖壓的高效生產(chǎn);③超高速模具中所設(shè)置的卸料架構(gòu)具有一定的彈壓性，可避免出現(xiàn)較大的送料誤差。具體可利用螺釘?shù)炔牧蠈?shí)現(xiàn)卸料的靈活操作;④易于操作且成本低。超高速模具在生產(chǎn)電機(jī)鐵芯片時，若出現(xiàn)破損，維修步驟較為簡便，相比以往高速模具擁有較長的使用年限;⑤超高速模具的設(shè)計(jì)對于尺寸的精度有著較高的要求，好比在上方設(shè)計(jì)凸模等[3]。

為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)超高速電機(jī)鐵芯片模具的合理設(shè)計(jì)，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合鐵芯片生產(chǎn)要求確定超高速模具的排樣方案與工藝規(guī)劃，以免在制成后出現(xiàn)不適用或者效率低等問題。作為目前比較新穎的一種模具類型，超高速模具可為電機(jī)鐵芯片的生產(chǎn)帶來重要保障，促使超高速電機(jī)鐵芯片的生產(chǎn)數(shù)量符合新時代電機(jī)使用需求，促使電機(jī)設(shè)備能在高品質(zhì)鐵芯片的輔助下為我國工業(yè)制造業(yè)的發(fā)展帶來促進(jìn)作用。

2? 超高速電機(jī)鐵芯片模具的制造方法

2.1 應(yīng)用超高速加工技術(shù)

在超高速電機(jī)鐵芯片模具制造中，超高速加工技術(shù)為核心技術(shù)，直接關(guān)系到模具的應(yīng)用效率。目前常用的超高速加工技術(shù)包括以下幾種：

①高速機(jī)床技術(shù)，該技術(shù)的核心在于主軸技術(shù)與軸承技術(shù)，前者具備柔性動平衡特征，后者具備重載、高剛度及使用壽命長等特征，可從整體提升加工效益。在應(yīng)用高速機(jī)床技術(shù)時，技術(shù)人員應(yīng)注重加工參數(shù)的控制，要求主軸保持較高的轉(zhuǎn)速與功率，并結(jié)合模具制造要求，合理設(shè)置進(jìn)給運(yùn)動加速度，對于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的超高速模具，技術(shù)人員可選擇5軸聯(lián)動的高速加工工藝。

②高速刀具與切削技術(shù)，該技術(shù)配置的刀具使用壽命較長、剛度大、硬度高，可保障模具在長時間內(nèi)保持高速運(yùn)行狀態(tài)。常用的刀具包括涂層刀具、人造金剛石刀具及CBN刀具等，在超高速模具制造中，技術(shù)人員應(yīng)合理設(shè)置刀具參數(shù)，如結(jié)構(gòu)參數(shù)、切削刃幾何參數(shù)等[2]。

③整機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)，該技術(shù)整合動、靜、熱特性，從模具整體入手，協(xié)調(diào)其各項(xiàng)參數(shù)，為超高速模具的高質(zhì)量加工提供支持。

④數(shù)控技術(shù)，制造領(lǐng)域的數(shù)控技術(shù)表現(xiàn)出動態(tài)發(fā)展特征，不斷優(yōu)化提升，技術(shù)人員可通過高檔數(shù)控技術(shù)的更新升級，發(fā)揮數(shù)控技術(shù)優(yōu)勢，提高超高速電機(jī)鐵芯片模具的智能化水平。

超高速加工技術(shù)的特點(diǎn)為：第一，具有較快的加工效率，能夠提升超高速電機(jī)鐵芯片模具制造的速度，滿足生產(chǎn)的基本要求。因?yàn)榧庸さ那邢魉俣仁瞧胀庸さ?倍左右，能夠及時制造出適量的默拒，為下一環(huán)節(jié)提供充足的時間。第二，切削的力度較小，能夠保障每個超高速電機(jī)鐵芯片模具的薄厚程度都符合設(shè)計(jì)的要求，在高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下它的切削力能下降25%左右。第三，熱變形，在制作的過程中能加快超高速電機(jī)鐵芯片模具成型的速度，可以損耗較少的資源就完成制造工作。第四，生產(chǎn)制造的精密性較高，并且制造的超高速電機(jī)鐵芯片模具的品質(zhì)較高，提升模具的智能化和應(yīng)用效果。第五，加工的各個環(huán)節(jié)之間具有一定的緊密性，加工工程較為穩(wěn)定，能夠一直處于生產(chǎn)運(yùn)行的狀態(tài)。此外加工較為完善，不需要后期進(jìn)行整改或者完善。第六，具有較高的應(yīng)用效益和經(jīng)濟(jì)效益，對超高速電機(jī)鐵芯片模具的制造具有重要的意義。

2.2 引進(jìn)超高速掃描系統(tǒng)

在超高速電機(jī)鐵芯片模具制造中，技術(shù)人員可引進(jìn)超高速掃描系統(tǒng)，利用其智能化優(yōu)勢，縮短電機(jī)鐵芯片的生產(chǎn)時間，實(shí)現(xiàn)超高速模具的有效應(yīng)用。就目前技術(shù)水平而言，超高速電機(jī)鐵芯片模具制造可用的掃描系統(tǒng)包括高速掃描機(jī)與模具掃描系統(tǒng)兩類，在生產(chǎn)實(shí)踐中，兩種超高速掃描系統(tǒng)具備仿真模擬功能，可在短時間內(nèi)明確加工出期望模型所需的各項(xiàng)參數(shù)與要求，為超高速電機(jī)鐵芯片模具研發(fā)制造提供參考。例如，在2019年，清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)推出了一個超高速掃描系統(tǒng)，它能進(jìn)行3D成像。能夠以每秒50萬幀的幀率錄制影像資料，并可以對速度為25m/s的運(yùn)動對象進(jìn)行實(shí)時掃描，并且進(jìn)行連續(xù)成像。這個系統(tǒng)能夠進(jìn)行進(jìn)一步的挖掘，從而達(dá)到1mm的分辨率掃描速度為500m/s的運(yùn)動物體。同時，將超高速掃描系統(tǒng)與數(shù)控技術(shù)配合使用，可全面采集生產(chǎn)加工數(shù)據(jù)，并利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理，進(jìn)而獲取超高速模具的加工流程、不同格式的參數(shù)數(shù)據(jù)等內(nèi)容，使模具加工生產(chǎn)更為規(guī)范。這樣利用這項(xiàng)系統(tǒng)能提升整個數(shù)據(jù)的采集數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，并且掃描和生產(chǎn)能夠同時進(jìn)行、相互配合，這樣既提升制造的嚴(yán)謹(jǐn)性，又加快運(yùn)行的效率，能促進(jìn)超高速電機(jī)鐵芯片模具的制造的進(jìn)一步革新。

2.3 調(diào)整超高速模具沖壓

在應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)的同時，技術(shù)人員可通過超高速模具沖壓參數(shù)的調(diào)整，提高模具生產(chǎn)的穩(wěn)定性、安全性，實(shí)現(xiàn)模具沖壓的超高速生產(chǎn)目標(biāo)。

例如，某技術(shù)人員在進(jìn)行超高速模具研發(fā)與制造時，選擇沖壓工藝。在傳統(tǒng)的沖壓工藝中，沖壓速度約為200次/分鐘，為提高模具的生產(chǎn)精密度，該技術(shù)人員將沖壓速度提升至700次/分鐘，顯著提升模具生產(chǎn)效率，降低模具生產(chǎn)能耗與成本，有助于超高速模具進(jìn)一步發(fā)展[4]。

同時，在超高速模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，技術(shù)人員將超高速模具劃分為上模座、下模座兩部分，在上模座結(jié)構(gòu)中，配置結(jié)構(gòu)上方與結(jié)構(gòu)下方分別配置不同零部件，保障模具生產(chǎn)效率與和質(zhì)量。在結(jié)構(gòu)上方，配置零部件均與上模座以六角螺紋連接方式進(jìn)行整合，如上墊板、上夾板及止擋板。同時，在止擋板的一側(cè)，配置上脫板，通過六角螺紋連接方式連接至上夾板區(qū)域，使各個零部件具備緩沖空間，優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，切實(shí)發(fā)揮模具的超高速優(yōu)勢[5]。

提升調(diào)整超高速模具沖壓的措施為，首先進(jìn)行裁邊操作，設(shè)置語段、壓線、設(shè)置切口，進(jìn)行拉伸操作。清潔孔洞，去除表面的毛邊。在成形階段，分兩步進(jìn)行操作，在完成一半的成形后，再進(jìn)行另外一半。其次，在進(jìn)行沖孔落料工作時，一般采用由小到大的模式，先把周圍已經(jīng)成形的廢料去除后，再清除其余的余料。如果把小孔放在后面進(jìn)行處理，因?yàn)樗闹芤呀?jīng)經(jīng)過沖落處理，在對小孔進(jìn)行沖壓，就會出現(xiàn)受力不均的情況，容易發(fā)生彎折的問題。然后，確定是否進(jìn)行裁邊操作。一般情況下，連續(xù)模具和落料模具需要進(jìn)行裁邊處理，能夠?qū)δ＞哌M(jìn)行粗略地定位，為試用模具時的送料工作提供便利。最后，確定正孔的具體位置和大小。一般情況下，連續(xù)的模具都需要沖導(dǎo)正，以便能夠進(jìn)行精準(zhǔn)的定位，在制造模具的過程中主要產(chǎn)品零件上的內(nèi)孔或者外部的形狀進(jìn)行定位操作，如果它既沒有內(nèi)孔，外形又不具備定位的條件，那么就需要應(yīng)用工藝孔進(jìn)行定位。利用超高速電機(jī)鐵芯片模具產(chǎn)品圖的公差縮放原理，把產(chǎn)品圖的尺寸展開，這樣就能明確它的立體形狀以及詳細(xì)的細(xì)節(jié)圖像，明確具體的厚度和材質(zhì)，以便進(jìn)行定位。

2.4 優(yōu)選超高速模具材料

超高速模具材料是影響超高速模具質(zhì)量的關(guān)鍵因素，需受到制造企業(yè)重視。目前常用的超高速模具材料為鋼材，技術(shù)人員應(yīng)結(jié)合電機(jī)鐵芯片加工要求，選擇合適的鋼材，并對鋼材供應(yīng)商進(jìn)行綜合評估，評估指標(biāo)包括鋼材質(zhì)量、鋼材價(jià)格、鋼材性能等，選擇質(zhì)量有保障、價(jià)格較優(yōu)惠的供應(yīng)商提供原材料，提高超高速模具制造的整體效益[6]。

同時，因超高速模具制造原材料為鋼材，在制造過程中，技術(shù)人員應(yīng)做好材料表面處理工作，確保材料各項(xiàng)性能符合超高速模具制造要求，延長超高速模具使用壽命，切實(shí)發(fā)揮其在電機(jī)鐵芯片加工中的優(yōu)勢。通常來說，超高速模具的表面處理包括熱處理、研磨、拋光等工序，常用技術(shù)包括真空熱處理技術(shù)、等離子噴涂技術(shù)及氣相沉積技術(shù)，具有智能化、精細(xì)化優(yōu)勢，可保障超高速模具的精密度，優(yōu)化超高速模具外觀質(zhì)量，有助于電機(jī)鐵芯片質(zhì)量的提升。

3? 結(jié)論

綜上所述，為了滿足電機(jī)鐵芯片的市場需求，制造超高速模具現(xiàn)已成為模具設(shè)計(jì)的重要方向，需要設(shè)計(jì)者從超高速加工技術(shù)、超高速掃描系統(tǒng)、超高速模具沖壓、超高速模具材料等方面著手，確保電機(jī)鐵芯片在超高速模具的參與下順利實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)，為我國電機(jī)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供重要助力。

參考文獻(xiàn)：

[1]單云，吳斌.一種適用于超高速沖壓新型產(chǎn)品的沖裁模具結(jié)構(gòu)[J].鍛壓技術(shù)，2020，45（03）：119-124.

[2]張福民.基于高速精密級進(jìn)模的電機(jī)鐵芯智能制造系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用[J].2019-11-30.

[3]熊保玉.鐵芯片成形工藝與模具設(shè)計(jì)[J].中國科技信息，2016（11）：107-108.

[4]周夢瑜，陳廣娟.D21硅鋼芯片沖壓工藝分析及模具設(shè)計(jì)[J].熱加工工藝，2013，42（7）：214-215.

[5]謝又炎.導(dǎo)磁鐵芯自動疊鉚工藝與級進(jìn)模設(shè)計(jì)[J].模具工業(yè)，2010，36（5）：28-30，35.

[6]李志國.模具加工中線切割技術(shù)的探討[J].科技與企業(yè)，2014（13）：236.