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[图文]电机铁芯叠绕制造技术的开发
2007-9-16 11:04:12 来源:电动车中国网信息中心

田松岳

（泰州技师学院，江苏泰州 225300 ）

摘要：介绍了笔者开发的电机铁芯的叠绕制造技术，该技术使原材料的利用率大幅提高，同时提高了产品的技术性能和生产过程的自动化程度。

关键词：电机铁芯冲压叠绕制造

1. 概述

电机定子铁芯的叠绕制造是一种新的制造技术，使传统铁芯制造技术得到很大改进，适应了汽车用交流发电机向着高速、小型、大功率方向发展的趋势。原材料利用率从原来的大约30%提高到大约90%(此数据与铁芯嵌线槽形状、分布和工艺略有关联)，且具有工序简化，生产效率、成品率、自动化程度高，而设备投资低的特点。笔者消化吸收国外先进技术，开发研制的电机铁芯叠绕制造技术及其设备，经过反复的研究，大量的试验和不断的改进，加工设备已基本定型，并成功制造了产品。专项技术测试和有关厂家的工程应用证明，其产品技术性能与传统技术制造技术相比有较大提高。这一技术有很高的实用价值，经过适当改造，也可用于其它类似产品的生产。

2. 叠绕制造技术的设计思想

传统的由单层芯片多片叠装的制造技术，其材料浪费情况如图1所示。环状芯片产品周围的周角料和中间的圆形材料无法使用，成为冲压落料被浪费。即使将这些边角料再次利用用于小件产品的制造，但其形状与小件产品的形状差别较大，较大面积的浪费是不可避免的。

图1 冲压带料示意图 图2 芯片冲压带料示意图

新技术的思想是，原料采用窄条形状，使其宽度等于环状芯片宽度，如图1中的a尺寸所示，并冲压成型如图2所示，嵌线槽在此工艺初步成型和保证尺寸精度。再沿图2所示方向连续弯曲成螺旋状如图3所示，螺旋

弯曲的层数为：　

其中：m为螺旋弯曲的层数；h为所需电机铁芯的厚度；t为原材料（板料）的厚度。这就是所谓的叠绕。叠绕后的内外径与图1中环状芯片的内外径相等。最后压装、焊接并抛光固定成铁芯产品。显而易见，这一技术可避免传统工艺中周角料和中间圆料的浪费，只有与嵌线槽相对应的极少量面积部分成为废料。这就是铁芯叠绕制造技术设计思想的出发点。

3. 主要技术难题

3.1 弯曲方面　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

首先是薄片状冲压带料的弯曲困难。由于冲压后的带料是薄片状，而弯曲必须在原料平面内进行。以汽车用发电机定子铁芯为例，一般材料厚度小于1mm，弯曲成型的半径为130mm左右,这远远超过了原材料弹性范围内所允许的变形。因此带料的弯曲必须是弯曲平面内均匀的塑性变形。否则弯曲时会翘曲成曲面形状，或产生局部的其它破坏性塑性变形，或产生挤压破坏，使弯曲无法完成。此外，弯曲后带料也会有厚度变化，给成型、压装带来困难，影响产品质量。

3.2 叠绕方面　　

　　其次是叠绕困难。弯曲后的冲压带料需逐层整齐地叠绕成螺旋状且每层冲压成型的槽口必须按设计尺寸要求严格对齐，以便形成铁芯的嵌线槽，外形几何尺寸也应符合要求。由于金属材料弹塑性的影响，冲压成型的槽口很难对齐，这一工序必须借助专用成型装置并施加一定的压力完成。

3.3尺寸精度方面

第三是保证尺寸精度的困难。冲压带料弯曲成型并按嵌线槽对齐后的外形、内外圆尺寸和嵌线槽尺寸是否能满足尺寸要求，是叠绕制造技术的关键。带料冲压是级进冲压，冲压节距尺寸精度对弯曲成型后的尺寸精度起决定作用。弯曲时塑性变形的大小和分布、压力成型的压力大小对尺寸精度也产生较大影响。

　　　　　　　图3　螺旋叠绕示意图 　　图4 叠绕夹具示意图

4. 叠绕制造技术的实现

4.1 冲模和成型夹具

由于带料冲出后的形状成周期性变化，故采用级进单冲模自动冲床连续冲压。其凸模形状如图2中阴影部分所示。凹模与其按常规冲孔方法配合即可。

成型夹具设计是叠绕制造技术的关键，弯曲、叠绕和保证尺寸精度的技术难题在此得以解决，带料的弯曲、叠绕、压紧、焊接成型以及尺寸精度的保证都在成型夹具上完成，如图4所示。成型装置内胎（类似涨胎）起定位和基准面作用，下压体由油压机驱动对叠绕在内胎上的带料进行

压紧成型。其压力应满足：

P > A·σs 　

其中，P为下压体压力，A 为铁芯端面面积，σs为铁芯材料的屈服极限。

4.2 工艺过程

铁芯加工的流程如下图所示：

在送料和冲压时，将带料按所需尺寸裁好，由送料机构以恒定速度向冲床送料，自动冲床按尺寸要求以一定速度连续冲压（级进冲压）成图2所示的冲压带料。

冲压好的带料经弯曲后，在叠绕夹具的内胎上螺旋叠绕，叠绕时由内胎定位，内胎外部有与铁芯嵌线槽数目相等且与嵌线槽尺寸适当配合的定位齿，以保证带料的可靠叠绕，并保证冲片槽齿的对齐和槽齿分布的均匀度，叠绕到足够层数后自动切断。

接着在下压体的压力下成型，应力的大小应稍大于材料的屈服极限σs，以修正带料弯曲时可能产生的无效塑性变形，使铁芯有效成型。但压力不能过大，过大的压力会引起铁芯磁性能的恶化。实际应用中采用先以较大预压力成型，成型保持一定的时间后，再以适当压力压装的方法。然后在成型装置上焊接（亚弧焊），焊接完成后脱卸装置将铁芯从内胎上脱下，抛光，即完成铁芯产品的生产。

1. 结束语

以上过程为保证尺寸精度，冲模和成型装置设计中的尺寸设计必须进行一定的力学修正计算，以修正弯曲和成型过程中弹塑性变形的影响；内胎及内胎上的定位齿等也应进行一定的强度计算；带料的剪断端也要做相应的技术处理；该技术的应用对原材料的刚度、弹塑性等力学性能也有一定的要求等，限于篇幅，另作讨论。

此外，整个过程也可由PLC构成控制系统进行自动控制。

参考文献

⑴龚垌　电机制造工艺学　机械工业出版社1989

⑵姜奎华　冲压工艺与模具设计　高等教育出版社1992

⑶《板金冲压工艺手册》编委会　板金冲压工艺手册　机械工业出版社　1990

来源:电动车中国网

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