Transcript 第三章 电机铁心制造
电机制造工艺 宁德职业技术学院机电工程系 主讲:林 琦 副教授 电机制造工艺 电机制造工艺 第三章 电机铁芯制造 本章教学基本要求 1.掌握几种铁心材料的化学成份、电磁性能、型号及发展前 沿趋势； 2.熟习各种铁心制造设备用途、重要参数及基本使用方法； 3.掌握冲片的类型、技术要求、冲制方法、工艺方案制定、 冲模的优化选择及冲片质量检查分析； 4.知道冲片绝缘处理的目的、方式、质量检查和设备； 5.掌握铁心压装的类型、技术要求、工艺措施及质量检查。 本章教学重点 1.铁心材料的选择； 2.铁心加工工艺方案的制定、设备和模具的选择； 3.冲片绝缘处理； 4.铁心的优化压装； 5.铁心的质量检测。 电机制造工艺 一、概述 第一节 铁芯材料 铁芯是电机磁路的重要组成部分，它和转子铁芯、定子和转 子之间的气隙一起组成电机的磁路。在异步电机中，定子铁芯中 的磁通是交变的，因而产生铁芯损耗。铁芯损耗包括两部分：磁 滞损耗和涡流损耗。 为了减小铁芯损耗，交流电机的定子铁芯必须用电阻系数大、 磁滞回线面积小的薄板材料——硅钢片，经冲制和绝缘处理后叠 压而成。 常用的铁芯材料有硅钢片、电工纯铁、铁镍合金、铁铝合金、 铁钴合金和永磁材料等。 电机制造工艺 二、硅钢片 硅钢片是铁硅合金钢片，品种多、规格全、用量大。硅钢片 按制造工艺不同分为热轧和冷轧两大类。冷轧又有各向同性(无 取向)和各向异性(有取向)两种。 硅钢片是一种含碳极低的硅铁软磁合金,一般含硅量为0.5～ 4.5％。加入硅可提高铁的电阻率和最大磁导率,降低矫顽力、铁 芯损耗（铁损）和磁时效。主要用来制作各种变压器、电动机和 发电机的铁芯。世界硅钢片产量约占钢材总量的1％。 硅钢的生产工艺复杂,制造技术严格,国外的生产技术都以专 利形式加以保护,视为企业的生命。中国于1953年开始生产热轧低 硅硅钢片(1～2％)；1955年开始生产热轧高硅硅钢片(3.0～4.5 ％)；1962年开始生产冷轧取向薄硅钢带。70年代开始生产冷轧取 向硅钢带。 目前我国冷轧电工钢的数量、质量、规格牌号,还不能满足 能源(电力) 工业发展的需求,在生产技术、设备、管理及科研等 方面与日本相比,存在较大差距。 电机制造工艺 1.对硅钢性能的要求主要是： ①铁损低，这是硅钢片质量的最重要指标。各国都根据铁损值划 分牌号，铁损愈低，牌号愈高； ②较强磁场下磁感应强度（磁感）高，这使电机和变压器的铁芯 体积与重量减小，节约硅钢片、铜线和绝缘材料等； ③表面光滑、平整和厚度均匀，可以提高铁芯的填充系数； ④冲片性好，对制造微型、小型电动机更为重要； ⑤表面绝缘膜的附着性和焊接性良好，能防蚀和改善冲片性； ⑥基本无磁失效。 2.硅钢分类： (1)热轧硅钢片DR(D)、DRG(DG) 热轧硅钢片是将Fe-Si合金用平炉或电炉熔融，进行反复热 轧成薄板，最后在800-850℃退火后制成。热轧硅钢片主要用于 发电机的制造，故又称热轧电机硅钢片，但其可利用率低，能量 损耗大，近年相关部门已强令要求淘汰。 电机制造工艺 冲制电机和变压器定子铁芯片时，一般采用厚度为0.5和 O.35mm的热轧硅钢片。但不同型号和规格的硅钢片，力学性能是 不同的。硅的质量分数低的硅钢片韧性较好，宜于冷冲加工。随 着硅的质量分数的增加，硅钢片的硬度也增加，而且变脆，容易 磨钝冲模的刃口，冲件的冲断面不光滑，甚至在冲剪处产生裂纹。 硅钢片的厚度对冲模的结构有很大影响，通常，凸凹模刃口之 间的间隙为硅钢片厚度的10％一15％。因此，冲制厚度不同的硅 钢片，应该选用不同间隙的冲模，否则将影响冲片的质量和冲模 的寿命。 硅钢片在轧钢厂出厂时，已经经过退火处理。退火处理的主要 目的，是改善硅钢片的电磁性能，并降低其抗剪强度。 注:硅钢片一般随硅含量提高，铁损、冲片性和磁感降低， 但硬度会增高。若工作频率愈高,涡流损耗愈大,选用的硅钢片 应当愈薄。 电机制造工艺 (2)冷轧无取向电工钢片DW 冷轧无取向电工钢片按含硅量分为低硅(低碳)电工钢片和含 硅电工钢片。 ① 低硅(低碳)电工钢片，含硅量低于0.5％，也叫低硅或无硅电 工钢片，实际上是一种低硅低碳电工铁板。由于含硅量低， 饱和磁感应强度高，铁损较大、较软，含碳、氮量(均指质量 分数)都小于0.003%，生产工艺简单，周期短、成本低，故多 适用于家用电机电器的铁芯。 ② 含硅电工钢片常称为冷轧硅钢片，其含硅量0.5%-3.0%，经冷 轧至成品厚度,供应态多为0.35mm和0.5mm厚的钢带。特别是 铁损低，最大磁导率和饱和磁感应强度值较高，机械强度好。 由于含硅量较高，制造工艺复杂，成本较高，故适于中小型 电机、工业用微型电机电器等。 电机制造工艺 (3)冷轧取向硅钢片 冷轧取向硅钢带最主要的用途是用于变压器制造，所以又称 冷轧变压器硅钢。与冷轧无取向硅钢相比，取向硅钢的磁性具有 强烈的方向性；在易磁化的轧制方向上具有优越的高磁导率与低 损耗特性。取向钢带在轧制方向的铁损仅为横向的1/3，磁导率之 比为6:1，其铁损约为热轧带的1/2，磁导率为后者的2.5倍。 (4)高磁感冷轧取向硅钢片 高磁感冷轧硅钢带皆为单取向钢带，主要用于电信与仪表工 业中的各种变压器、扼流圈等电磁元件的制造。其应用场合有两 个主要特点，一是小电流(即弱磁场)条件下，要求材料在弱磁场 范围内具有高的磁性能，即高的μ0值和高的B值；第二个特点是 使用频率高，通常都在400Hz以上，甚至高达2MHz。为减小涡流 损耗和交变磁场下的有效磁导率，一般使用0.05-0.20mm的薄带。 电机制造工艺 热轧硅钢与冷轧硅钢的比较 1.在电磁性能方面: 冷轧硅钢片的最大磁导率较高但铁损较低。 2.在力学性能方面: 冷轧片厚度均匀，表面平整光洁，可提高铁芯叠压系数；对 表面已涂好绝缘层的(全工艺型)冷轧片，可免去片间绝缘处理工 艺；冲剪性能好，容易保证冲片尺寸精度，冲模磨损少，可以延 长冲模寿命；可以带材成卷供应，便于提高剪裁的利用率和生产 效率，抗拉强度较高。 此外，我国还生产晶粒取向度小的冷轧硅钢片，这种硅钢片 的电磁性能虽比晶粒取向度大的冷轧硅钢片差，但比热轧硅钢片 优良。由于晶粒取向度小，顺轧制方向和垂直轧制方向交变磁化， 电磁性能差别不是很大，故成为制造交流电机定子铁芯的良好材 料。 电机制造工艺 二、电工纯铁 电工纯铁是一种含铁量在99.5%以上的优质钢，是一种低 碳低硫低磷铁，包括原料纯铁和电磁纯铁两类。供料状态有 直径不大于250mm的热轧、热锻及冷拉棒料和冷轧、热轧薄板。 主要用于电器，电讯，仪表和国际尖端工业制做电磁元件， 电磁铁芯等。 主要特征： 1) 电磁性能好。矫顽力（Hc）低，导磁率μ高，饱和磁感（Bs)高，磁性稳 定又无磁时效。 2) 钢质纯净度高。电磁纯铁系列钢质均为镇静钢，又采用了精练，所以内部 组织致密，均匀，优良，气体含量少，成品含碳量≤0.004％，这为用户简化 和缩短零件退火工艺创造了可靠条件。 3) 冷、热加工性能好。冷加工如车、墩、冲、弯、拉……等都无问题。热加 工，如再锻、再轧过程中，红脆敏感性小，不少牌号无红脆区，可保证在较 大的温度范围内进行加工。 4) 表面质量好。具有良好的焊接和电镀性能。 5) 尺寸精度高。可提供超精度冷轧板，如板厚≤105mm，厚度公差可保 ≤0.03mm；板厚>1.5mm，厚度公差可保证≤±0.05mm. 电机制造工艺 三、铁镍台金 含镍量在45％～80％的铁镍合金，经高温退 火后有极好的磁性能。在较低磁通密度下，磁导 率比硅钢片高10～20倍。旋转变压器、自整角机 和测速发电机等控制电机铁芯常采用铁镍合金制 成。 四、铁铝合金 铁铝合金是以铁和铝(占6％～16%)为主要成分、不含贵重元 素的另一类高电磁性能软磁合金，在徽电机中也得到应用。常用 的铁铝合金可以有冷轧或热轧带材，片厚0.1～0.5mm。 五、铁钴合金 在铁钻合金材料中，饱和磁感应强度Bs最高(高于纯铁)， 居里温度高(98℃)，电阻率较低，含贵重金属钴大约50％，其 型号为1J22，适用于作航空、航天特殊要求的微电机铁芯。 电机制造工艺 六，永磁材料 永磁材料又叫硬磁材料，其主要特征是剩磁感应和矫顽力高。 永磁材料经饱和磁化以后，去掉磁化的磁场仍能常时间地保持强 的，稳定的磁性，给电机励磁，建立磁场。永磁材料主要有铝镍 钴、铁氧体永磁材料、稀土钴永磁材料、稀土钕铁硼永磁材料等 系列。 稀土永磁材料系列简介 稀土永磁材料是现在已知的综合性能最高 的一种永磁材料，它比十九世纪使用的磁钢的 磁性能高100多倍，比铁氧体、铝镍钴性能优越 得多，比昂贵的铂钴合金的磁性能还高一倍。 由于稀土永磁材料的使用，不仅促进了永磁器 件向小型化发展，提高了产品的性能，而且促 使某些特殊器件的产生，所以稀土永磁材料一 出现，立即引起各国的极大重视，发展极为迅 速。我国研制生产的各种稀土永磁材料的性能 已接近或达到国际先进水平。 电机制造工艺 现在稀土永磁材料已成为电子技术通讯中的重要材料，用在 人造卫星，雷达等方面的行波管、环行器中以及微型电机、微型 录音机、航空仪器、电子手表、地震仪和其它一些电子仪器上。 目前稀土永磁应用已渗透到汽车、家用电器、电子仪表、核磁共 振成像仪、音响设备、微特电机、移动电话等方面。在医疗方面， 运用稀土永磁材料进行“磁穴疗法”，使得疗效大为提高，从而 促进了“磁穴疗法”的迅速推广。在应用稀土的各个领域中，稀 土永磁材料是发展速度最快的一个。它不仅给稀土产业的发展带 来巨大的推动力，也对许多相关产业产生相当深远的影响。 稀土永磁体的出现，意味着电机领域将引起革命性的变化。 这是因为稀土永磁体没有激磁损耗，不发热，用它制造的电机优 点很多。因稀土永磁电机没有激磁线圈与铁芯，磁体体积较原来 磁场极所占空间小，没有损耗，不发热，因此为得到同样输出功 率整机的体积，重量可减小30%以上，或者同样体积、重量，输 出功率大50%以上。 电机制造工艺 永磁电机，尤其是微电机，每年世界产量约几亿台之多， 主要用在汽车、办公自动化设备和家用电器中。所使用的多为 高性能的铁氧体和稀土永磁体。 今后稀土永磁电机的最大市场之一将是汽车工业。钕铁硼 永磁材料性能优异，用于制造电机，可以实现汽车电机“钕铁 硼化”。在汽车方面，只有用小马达，才能降低汽车重量，增 加舒适感，提高安全性，降低尾气排放，提高汽车的整体性能， 目前用量最大的是启动电机。电机是汽车中不可缺少的部件， 汽车上电机数量在逐年增加。一般汽车上有8～18台，高级轿车 多达40～50台，随着汽车工业的发展，汽车电机的需求是巨大 的。高磁能积的稀土永磁体体积小，却能较铁氧体产生大得多 的动力，因此提高了电效率。通过使用稀土磁体减少重量和尺 寸，可以节约更多的燃料和增加设计的灵活性。 电机制造工艺 近年来稀土永磁材料在国内的应用发展很快，目前已应用 于一般电机、大电机如磁力泵、磁选设备、永磁吊车和家用电 器等方面。但与西方国家相比，我国生产的钕铁硼磁体，包括 出口，用得最多的是音响器件（中国是全球最大的扬声器生产 者，国产钕铁硼有近一半用于制造扬声器），其次是电机和油 井除蜡器。而在音圈马达等国外用量最多的领域，我国的应用 还很少。其原因在于这两个应用领域所用的磁体，不仅要求磁 性能高，均匀性、一致性好，而且要求加工精度高，镀层质量 好，国内大多数厂家的产品难于满足上述使用要求。 晋中丰润 德电气有 限公司 电机制造工艺 小型电机定、转子铁芯软磁性材料选用原则: 1.考虑磁场性质 电机铁芯磁路中的磁场有恒定磁场和旋转(交变)磁场两类。 对工作在恒定磁场中的铁芯，如直流电机的主磁极、磁轭，同步 电机转子磁极等，可选用电工纯铁、10号钢等。可充分利用其磁 导率、饱和磁密较高的优势；对工作在旋转(交变、脉振)磁场中 的铁芯，如各种交流电机铁芯、直流电枢铁芯及旋转变压器用铁 芯等，均应选用相应合适的硅钢片，即保证磁导率和饱和磁密， 又保证铁损要求。 2.考虑各种电机对冲片铁芯磁导率的方向性和均匀性。 中小型及微特电机冲片铁芯一般采用无取向硅钢片，以满足电 机对磁场分布的各向同性的要求。变压器和大型电机(一般直径大 于900mm)冲片铁芯常采用取向硅钢片。 电机制造工艺 3.考虑电机铁芯工作磁密高低。 电机铁芯工作磁密可分为高低两类。对驱动类小功率电机应选 用低硅或无硅冷轧钢片；对工业和控制用电机应采用高硅硅钢片。 4.考虑电机铁芯损耗的大小。 (1)硅钢片厚度的选择 薄硅钢片叠成的铁芯片间绝缘多，铁损较小，但叠片数增加， 冲裁、叠压工作量大。用厚硅钢片时，叠成的铁芯片间绝缘少， 铁损较大，但叠片数少，加工量就相应减少。 (2)电机铁芯重量大小的考虑 对大功率电机，铁芯重量大，应选用单位铁损值较小的硅钢片 等软磁材料。对小功率电机，特别是驱动类微电机，铁芯重量小， 相对来说，对铁芯材料单位铁损值可以适当放宽。 5.考虑电机铁芯材料的价格。 电机制造工艺 第二节 冲压设备 铁芯制造工艺包括硅钢片冲制工艺和铁芯压装工艺，所用的主 要设备有剪床、冲床、半自动冲槽机和油压机等。 一、剪床 剪床是用来将整张硅钢片剪成方料或 条料。在电机制造厂中使用的剪床有两种： 直刀剪床和滚剪床。 直刀剪床的上下刀刃的间隙借螺钉调整， 根据剪切材料厚度，调到合理数值。间隙过 大，使工件的剪切边缘产生毛刺，间隙过小， 使工件的断裂部分挤坏并增加剪切应力。在 剪切0.5mm的硅钢片时，间隙为O.05～O.07mm。 直刀剪床分平口剪床和斜口剪床两种。 电机制造工艺 滚剪床 滚剪床是利用一对滚动的圆形刀刃来剪裁板料，如图所示。 在轴上装有许多对刀轮。它们的直径相等转速相同，但转向相 反。两刀轮之间有重叠部分，当板料插入滚刀间时，刀口与材 料间的摩擦力将把材料拉入进行剪切。 利用滚剪床来剪裁铁芯料的优点在于可以连续送料，不受长 度限制，便于组织自动流水线，特别对卷料更为适合，效率较高。 电机制造工艺 电机制造工艺 二、冲床 冲床用来安装冲模，冲制定、转子冲片或其它冲压工件。常 见的有偏心冲床和曲轴冲床两种。偏心冲床的行程由主轴同飞轮 中心线的偏心距来决定。这种冲床的特点是：行程不大，冲次较 高，可达每分钟50～100次。曲轴冲床的滑块由曲轴驱动作上下 往返运动，它较偏心冲床有较大的行程，冲次每分钟可达45～75 次，如图所示。 图中所示，机身为可倾 式铸造结构，倾斜时便于冲 压件或废料从模具上滑下。 采用刚性转键离合器，具有 单次和连续操作规范。使用 带式制动器，滑块装有压塌 式保险器，超载时保险器被 压塌，从而保证整机不受损 坏。具有通用性强、精度高、 性能可靠、便于操作的优点。 电机制造工艺 冲床选用的主要技术参数 1.额定吨位 冲床铭牌上规定的吨位为冲床的额定吨 位。额定吨位的大小，反映冲床的冲裁能力。 在我国，偏心冲床和曲轴冲床都已成系列生 产。公称压力可分为15个等级．即4、6.3、 10、16、25、40、63、80、100、125、160、 200、250、315、400t。选择冲床时，必须 使冲床的额定吨位大于工件所需要的冲裁力。 2.闭合高度 J21-125T开式固定台式 闭合高度是冲模设计和冲模在冲床上安装时都必须考虑的重 要因素。闭合高度有两种： (1)冲模闭合高度 (2)冲床闭合高度 电机制造工艺 (1)冲模闭合高度：冲模闭合高度是指上、下模在最低工作位置 时的冲模高度(下模座下平面至上模座上平面的高度)。冲模闭 合高度也可认为等于组成冲模的所有板厚总和。 315-6定子上模 315-6定子下模 电机制造工艺 (2)冲床闭合高度:冲床上的连杆，可以通过螺纹调节其长度，调 节量为M。冲床闭合高度是指冲床在M=O时(即连杆全部拧入时)从 台面(包括台面垫板)至下止点时滑块下平面的距离。选择冲床时， 必须使冲床的闭合高度大于冲模的闭合高度，否则，滑块在上止 点时将冲模装在冲床上，冲床开动后将会使冲模损坏。 连杆 上止点 下止点 冲床台面 连杆最大拧出量 冲床最大闭合高度 冲床最小闭合高度 电机制造工艺 案例:比如冲床最大闭合高度是230,而且连杆拧出量(滑块 调整量)是在30,那么这台冲床的闭合高度就是在200-230之间, 则装模高度是可以根据调整量来调的。 3．台面尺寸(长×宽)和台面孔尺寸 在冲模设计和安装时，必须考虑台面尺寸 和台面孔尺寸。前者应能保证模具在台面上压 紧；后者应能保证冲孔的余料能从台面孔落下。 由于在产品冲压是一个流动的过程，在各冲压步骤中冲压 下来的废料，可以通过隔板漏入相应的隔板中，再通过导向槽 或导向筒将各步骤中的废料进行分选。 4．模柄孔尺寸 在冲模头设计和安装时，必须考虑冲床滑块模柄的尺寸。通 常，模柄外径与模柄孔的配合采用H7/d11。 电机制造工艺 JK21固定台式压力机 J21S系列开式固 定台深颈压力机 12-16工位数控冲床 SXSK25JTZ系列机械式多工 位数控自转模冲床 简易转塔式数控冲床 高速冲床，精密冲床， 自动冲床，数控冲床， 电脑冲床，高精冲床， 五金冲床，电子冲床， 五金冲压机，高速冲压 机，龙门冲床，龙门式 冲床，台湾冲床，轻型 冲床，C型冲床。 电机制造工艺 三、半自动冲槽机 在电机制造中，当冲片为单槽冲时，广泛采用半自动冲槽机。 半自动冲槽机的结构与普通冲床基本相同，只多一套自动分度机 构。自动分度机构如图所示。 连杆6的作用是把曲轴的圆周运动改变为往返运动，以驱动 分度盘回转。当曲轴回转一周时，单冲一个槽，同时连杆往返一 次，驱动分度盘回转一个角度，其值为3600/Z，从而使工件回转 3600/Z。当冲完全部槽数时，冲槽机自动停车，让飞轮空转。 半自动冲槽机的自动分度 机构的调整比较复杂，因为影 响分度正确性的因素很多，如 牙盘的制造误差、各部件的磨 损情况及摩擦圈螺钉的松紧程 度(即摩擦力大小)等。在调整 时需全面考虑，进行多次试冲， 并需进行首件检查以及在冲制 过程中经常抽查，才能保证质 量。 电机制造工艺 四、液压机 铁芯压装一般在液压机上完成。液压机的种类很多，如图 所示是较简单的一种。通过液压传动可使活塞带动压板上下滑动 来完成压装工作。 电机制造工艺 第三节 铁芯冲片冲制 一、冲片的类型及技术要求 1．铁芯冲片的类型 按照铁芯冲片形状的不同，铁芯冲片分为圆形冲片、扇形冲 片和磁极冲片。 在定子冲片外圆上冲有鸠尾槽，以便在铁芯压装时安放扣片，将铁芯紧 固。在定子冲片外圆上还冲有记号槽，其作用是保证叠压时按冲制方向叠片， 使毛刺方向一致，并保证将同号槽叠在一起，使槽形整齐。转子冲片的轴孔 上冲有键槽和平衡槽。叠片时键槽起记号槽作用；转子铸铝时键槽与假轴斜 键配合，以保证转子槽斜度。平衡槽主要使转子减少不平衡度。 电机制造工艺 电机制造工艺 2.冲片的技术要求 冲片质量对电机性能的影响很大，其主要技术要求如下: (1)冲片的外径、内径、轴孔，槽形以及槽底直径等尺寸，应 符合图纸要求。 (2)定子冲片毛刺不大于O．05mm。用复式冲模冲制时，个别 点不大于0.1mm。转子冲片毛刺不大于O.1mm。 (3)冲片应保证内、外圆和槽底直径同轴，不产生椭圆度。如 对Y160～280电机定子冲片内外圆同轴度要求不大于0．O6mm。 (4)槽形不得歪斜，以保证铁芯压装后槽形整齐。 (5)冲片冲制后，应平整而无波浪形。对于涂漆冲片，单面漆 膜厚度为0.1～0.15mm(双面为0.25mm)，表面应均匀、干透、 无气泡及发花。 电机制造工艺 二、硅钢片的剪裁 电机铁芯冲片用的硅钢片分卷料和平面板料。为使冲床、冲 模、钢片及冲片的尺寸能合理搭配，便于加工。大多数工厂制造 铁芯冲片的第一道工序，是将整张硅钢片用剪床裁成一定宽度的 条料。条料的宽度应比铁芯冲片的外径略大，留有适当的加工余 量，以保证冲片冲制时需要的搭边量，如图所示，从而保证电机 冲片的质量。 硅钢片的利用率: n π4 D2 K 100 0 0 ab 硅钢片的极限利 用率为0.785。 电机制造工艺 硅钢片是一种重要的合金钢材，在电机制造中用量很大。其 裁剪方案及尺寸的确定，原则是提高硅钢片的利用率，尤其是大 批量生产的小功率电机。 例如，一些小功率异步电动机定子冲片硅钢片的利用率通常 只能达到70％一77％，若考虑到其内部的余料都是废料的情况时， 硅钢片的利用率仅为50％左右。这对大批量生产的电机是个极大 的浪费。为此在设计和工艺上，必须采取一系列措施，提高其利 用率。 (1)选用合理的最小搭边量 对圆形冲片而言，搭边量是必要的，搭边量太大会使利用率 降低。为了提高钢片的利用率，应使搭边量尽量小。但搭边量太 小，在送料过程中钢片容易折断或被拉入凹模，产生毛刺，也降 低冲模寿命。还容易使定子冲片产生缺角现象。 小型异步电动机圆形冲片采用的搭边量c常为5～7mm；微电 机冲片采用的搭边量c常为2～4mm。 电机制造工艺 (2)选用合理的定子标准直径D 标准直径是指在考虑到搭边后，能在标准规格的硅钢片宽度 内排下整个冲片的直径尺寸。由于钢片都有若干标准尺寸，因此 为使钢片有较高的利用率，不同机座号的定子冲片外径应有相应 的标准直径值可供选用。 例如，单相异步电动机定子冲片外径标准有:71、80、90、 96、110、128、145mm等。 (3)选用合理的套裁方案 提高硅钢片利用率的第二个办法是合理套裁，包括相同直径 冲片的错位套裁、不同直径冲片的混合套裁和四角余料套裁等等。 错 位 套 裁 混 合 套 裁 电机制造工艺 对于扇形冲片和磁极冲片，在剪料前 必须进行坯件的排料，以确定合理的条料 宽度，从而提高硅钢片的利用率。如图所 示为汽轮发电机定子冲片裁剪套裁方案。 4．充分利用余料 充分利用定子冲片内孔部分材料，最好的办法是采用定、转 子冲片套裁，完全省去转子冲片所需条料。目前，水平较高的复 式冲模定子冲片内孔和转子冲片外圆之间的联系最小宽度可达 0.1mm。由于这种方法利用率高，可节约材料30％～50％，而且 便于提高生产率，便于管理，所以已得广泛应用。 利用内圆余料的另一种办法是以大内圆余料套裁较小的冲片。 这时，内圆余料需专门管理，利用率也较低。 目前可采用计算机控制错位套裁新工艺，可使材料利用率提 高6％～10％。日本三菱采用了双排级进冲的工艺，且冲片没有 搭边，使材料的利用率大为提高。 电机制造工艺 5．改变定子冲片外形 如图所示，为缺角方形冲片。 采用缺角方形冲片在结构上有另一个好处，即形成的铁芯外 表面积较大，有利于电机的散热。如果缺角方形冲片冲制时采用 无搭边冲裁(如图(b))，则利用率可以进一步提高。若四角也不 完全冲掉，而是冲成散热筋，用以扩大散热面积，也是一种利用。 电机制造工艺 随着计算机技术的发展与应用，已广泛采用优化电磁设计， 减少硅钢片的结构设计余料；工艺上选用合理的冲裁方案和冲裁 模具，以减少硅钢片的工艺余料；在剪裁方案和冲片尺寸确定时， 除人工排样外，已逐步利用计算机排样，可以进一步提高硅钢片 的利用率，节约硅钢板料。 三、铁芯冲片的冲制方法 1．单冲 (1)单冲的工艺特点:每次冲出一个连续的(最多有一个断口的)轮 廓线。例如，轴孔及键槽，一个定子槽或一个转子槽。 (2)单冲的优点:是单式冲模结构简单、容易制造、通用性好，生 产准备工作简单，要求冲床的吨位小。 (3)单冲的缺点:是冲制过程中是多次进行的，不可避免地带来定 子冲片内外圆同轴度的误差，以及定子槽和转子槽的分度误差， 因此冲片质量较差，劳动生产率不高。 单冲主要用于单件生产或小批量生产中，能减少工装准备的 时间和费用。此外在缺少大吨位冲床时，也常常采用单冲。 电机制造工艺 2．复冲 (1)复冲的工艺特点:每次冲出几个连续的轮廓线。例如，能一次 将轴孔、轴孔上的键槽和平衡槽以及全部转子槽冲出，或一次将 定子冲片的内圆和外圆冲出。再如，扇形冲片可不分工序，一次 复冲就成。 (2)复冲的优点:是劳动生产率高，冲片质量好。 (3)复冲的缺点:是复式冲模制造工艺比较复杂， 工时多，成本高，并要求吨位大的冲床。复冲 主要用于大批量生产中。 3．级进冲 (1)级进冲的工艺特点:将几个单式冲模或复式冲模组合起来，按 照同一距离排列成直线，上模安装在同一个上模座上，下模安装 在同一个下模座上，就构成一付级进式冲模。即在高速自动冲床 上安装多工位级进冲模，用卷料连续进料，在几个工位上冲制定、 转子冲片，如图所示。 电机制造工艺 第二个冲区冲鸠尾 槽、记号槽和全部 定子槽。 第一个冲 区冲轴孔、 轴孔上的 键槽和平 衡槽以及 全部转子 槽和两个 定位孔。 第三个冲区落转子冲 片外圆，及转子冲片 的落料。 第四个 冲区内 落定子 冲片外 圆。 电机制造工艺 (2)级进冲的优点:是冲制生产率较高。 (3)级进冲的缺点:是级进式冲模结构复杂，而且对精度和使用 寿命要求较严格，模具制造比较困难。级进冲常用于冲制中心 高160mm以下的的大量生产的小型异步电动机冲片。及主要用于 小型及微型电机的大量生产的冲片。 因为容量大的电机冲片尺寸大，将几个冲模排列起来，冲床 必须有较大的吨位和较大的工作台。此外，级进冲只有使用卷 料时，才能发挥其优点。 (4)级进冲模具的基本结构: ① 工作零件:冲出工件形状尺寸的零件，包括凸模、凹模、凸凹 模，是模具中最主要的部分。 ② 定位零件:控制钢片或坯料冲裁时的位置的零件，包括定位心 轴、定位板、档料销等。 电机制造工艺 ③ 导向零件:保证冲裁时上下模位置对准，并使冲模间隙保持均 匀的零件，包括导柱和导套等。 ④ 卸料零件:冲裁后退出工件和余料的零件，包括打料杆、打料 板、卸料弹簧和推料板等。 ⑤ 安装固定零件:固定凸凹模及其他安装用零件，包括上、下模 座、垫板和模柄等。 以上三种冲制方法各有其优缺点和应用范围，应根据工厂生 产批量的大小、模具制造能力及冲床设备条件等，在努力提高劳 动生产率和冲片质量的前提下，将它们适当地组合起来，发挥各 自的优点，避免缺点，满足发展生产的需要 四、冲片制造工艺方案的分析 第一方案：复冲，先冲槽，后落料。 第二方案：复冲，先落料，后冲槽。 第三方案：复冲，先落料，后冲槽。 电机制造工艺 第四方案：单冲，定子冲片以外圆定位，转子冲片以轴孔定位。 第五方案：单冲，定转子冲片均以轴孔定位。 冲片制造工艺方案应注意的基本问题是： (1)用定子冲片内外圆一次冲出的模具来保证定子铁芯内外圆同 轴度。 (2)用复式冲模冲制时，为了保证铁芯压装使相同位置的槽对齐， 必须同时冲出定子或转子槽和各自的记号槽。 (3)在半自动冲槽机上单冲定子槽时，可选定子冲片外圆作基准， 如第四方案；也可选轴孔作基准，如第五方案。以定子冲片外圆 作基准比较准确，但冲槽速度不能太快；以转子轴孔作基准，由 于基准面小，基准面离冲区远，不易保证槽位准确，但冲槽速度 可提高约50％。 电机制造工艺 扇形冲片制造工艺方案的分析 扇形冲片的冲制方式有三种:①一次复冲成形；②落扇形片 后复式冲槽；③落扇形片后单式冲槽。 (1)一次复冲成形的优点是生产效率高，冲片精度好，但模具制 造复杂，且不能通用。适用于生产批量大的情况。 (2)落扇形片后复式冲槽是先落下扇形片，包括内外圆弧、两侧、 鸠尾槽和标记槽，然后复冲全部定子槽。它的优点:是落料可通 用，冲片精度好，生产效率高。适用于生产批量不大的情况。 (3)落扇形片后单式冲槽的优点是模具制造容易，且通用性高。 其缺点在于生产效率低，冲片精度较差。适用于单件生产或小 批量生产。 用卷料冲制扇形铁芯片的最先进设备是全自动冲压线，此 时开卷、送料、冲制、冲片堆叠、边角余料的粉碎和排除全都 实现自动化。 电机制造工艺 五、冲片的质量检查及其分析 冲片在冲制过程中，要严格按冲片技术要求进行检查。冲片 的内圆、外圆、槽底直径和槽形尺寸，均采用带千分表的游标卡 尺(如图所示)进行测量。 1．毛刺 冲片在冲制过程中，由于冲模间隙过大，而使冲片产生毛 刺。间隙大有二种原因：一种是冲模制造不符合质量要求，即间 隙没有达到合理尺寸；另一种是冲模在冲床安装时不恰当，使冲 模模刃周围间隙不均匀。均会造成冲片在间隙大的一边就产生毛 刺。此外受到冲模刃口磨钝等因数的影响，也将产生毛刺。 电机制造工艺 毛刺的检查方法: (1)量具测量的检查方法； (2)样品比对的检查方法。 一般按GB标准技术条件规定，定于冲片毛刺不大于O.05mm， 复式冲时，个别槽形部分允许最大为O.08mm；转子冲片毛刺不大 于0.08mm。 2.同轴度 影响冲片同轴度的主要原因:一是冲模定位零件与工件之间 有间隙，即工件中心与定位零中心不重合；二是定位柱磨损。所 以在冲片冲制时应经常注意各种定位装置的磨损情况。 同轴度的检查方法: 检查定子冲片内外圆的同轴度及定子 冲片外圆与槽底圆周的同轴度时，可将冲 片在压板下压平，用带千分表的游标卡尺 测量互成900的四个位置的内外圆间的尺寸 差，如图所示。 电机制造工艺 减小毛刺的基本措施 在冲模制造时，严格控制凸凹模的间隙，而且要保证冲裁时 有均匀的间隙。冲裁过程中，要保持冲模工作正常，经常检查毛 刺的大小。如果毛刺过大(如>0.06～0.1mm)，则必须及时将冲模 刃口磨锐(刃磨)。对片厚为0.35～ 0.5mm的钢片，凸模和凹模的 每次刃磨量一般为0.15～ 0.3mm和0.1 ～0.15mm 。 冲片上的毛刺过大，需增加去毛刺工序，使毛刺减少或消除。 去毛刺一般在去毛刺机上进行，原理如图所示。 去毛刺机上的磨轮直径和 转速应选得合适。磨轮与橡皮 传送带之间的距离可以调节， 以适合大小和厚度不同的冲片。 去毛刺前应用汽油将冲片清洗 干净，以免油污粘附磨轮，影 响磨削作用。 电机制造工艺 常用去毛刺机的类型 电机制造工艺 电机制造工艺 3.大小齿 在复冲时产生大小齿主要是冲模制造的质量问题，因此，此 项检查只对新制造模具或修复后的模具。在单冲时产生大小齿的 原因比较复杂。主要有：①由于分度盘每个齿的位置、尺寸、磨 损不等而使冲片上槽的分布发生误差；②由于传动件之间有间隙 存在，润滑和磨损情况不断改变，传动角度也发生改变，故使冲 片上槽的分布产生误差；③定位心轴上的键由于磨损而减小，于 是在心轴键和工件定位键槽之间有间隙，冲片可能角位移而使槽 的分布产生误差。 大小齿的检查方法: 在定、转子冲片四个相对中心的 部位，用卡尺测量每个齿宽，每个部 位连续测量四个齿。按GB技术条件规 定，齿宽差允许值为0.12mm，个别齿 允许差为0.20mm(不超过四个齿)，如 图所示。 电机制造工艺 4.槽形 槽形检查的内容主要有两个，一是检查槽形是否歪斜，检 查方法采用两片冲片反向相叠，即可量出歪斜程度；另一是检 查槽形是否整齐，一般是将冲片叠在假轴上，用槽样棒塞在槽 内，如通不过，则槽形不整齐。槽歪斜主要是单冲槽时由于冲 槽模安装得不正。槽形不整齐主要是槽与轴孔中心距离有误差。 在单冲槽时，产生这个误差的原因是；①定位心轴的位置装得 比下模高得多，冲槽时将冲片弯曲，致使槽与轴孔中心距离增 大；②冲槽模与定位心轴间的距离不准确；③冲片本身呈波浪 形，故铁芯压装时冲片压平，致使槽与轴孔中心的距离发生变 化。 电机制造工艺 六、冲模的类型与结构 冲模的类型与结构直接影响铁芯冲片的生产率和质量。按照 冲模上刃口分布情况的不同，可将冲模分成单冲模、复冲模和级 进冲模三种。 1．单冲模 单冲模：只有一个独立的闭合刃口，在 冲床的一次冲程内，冲出一个孔或落下一个 工件。单冲模一般由一个凸模和一个凹模， 也可以有多个凸模和多个凹模，但在冲床一 次行种中只能完成一种冲裁工序。 电机制造工艺 单冲模的结构 单冲模一般分为单槽 冲孔模、轴孔冲模等，它 的优点是结构简单，生产 周期短，成本低便于制造， 如果配以较高精度的分度 机构和高速冲床，可进行 高速的单槽冲裁，这种模 适用于小型电机的冲片冲 裁；采用单冲模的缺点是 一个冲片需用几套模具分 几道工序冲完，生产率低， 冲裁精度较低，只适合于 新产品试(研)制或小批量 生产。 电机制造工艺 2．复冲模 复冲模是具有两个以上的闭合刃口，在冲床的一次冲程内 可完成工件的全部或大部分几何尺寸的冲模。例如:三圈落料模、 定子或转子槽冲模、内圆冲孔模等都是复冲模。 如图所示为一 种转子冲片复冲模， 在一次冲程内可冲 出全部转子槽、轴 孔和键槽。 电机制造工艺 复冲模功能较多，结构较复杂，制造精度要求较高，但冲 出的冲片质量好，生产效率也较高，是目前中小型电机生产中用 量最多的一种。如果在2～3台冲床采用组合式复式冲裁，就能将 一张条料依次冲裁出定子、转子冲片，既提高钢片材料的利用率， 又可提高生产效率。复冲模适用于较高精度、一定批量的生产。 3．级进冲模 级进冲模是按照一定的距离把两副以上的复冲模或单冲模组 装起来，在每次冲程下，各闭合刃口同时冲裁，在连续冲程下, 能使工件逐级经过模具的各工位进行冲裁的冲模。 如图所示，是由两个单冲模组装成的一个 级进冲模。它实质上是多工位冲裁方式，多台 冲模的组合体。冲床连续二个冲程，就完成内 孔和外圆的冲裁，仍然是合模一次，就得到一 个冲件。 电机制造工艺 对形状复杂的冲片，可分成若干个冲裁工位，设计制造多工 位级进冲模，通过连续级进式送料、冲裁，经若干个工位，连续 冲裁出形状复杂的冲片。如下图所示的定、转子冲片四工位级进 冲模。 电机制造工艺 级进冲模冲裁时，需连续级进式进料，以提高冲裁，相应地 需要采用成卷的带料钢片，适用于大批量生产。但级进冲模结构 复杂，精度要求高，生产周期长，一次投资费用大，需大吨位高 速冲床。 电机制造工艺 七、冲片的结构工艺性 1．材料的利用率 在选择定子冲片外径时，除了满足电机电磁性能要求外，还 应考虑材料的利用率。应该选用合理的冲片直径，来提高硅钢片 的利用率。 2．冲模的通用性 在考虑各种不同电机定转子的内外径时，尽可能采用工厂标 准直径，这样可提高冲模的通用性，减少冲模制造的数量。 3．槽形的选择 (1)便于制造冲模。冲模在制造时，由于要淬火，凹模尖角处由 于应力集中而容易产生裂纹，所以在设计时，应尽可能采用圆角。 (2)从嵌线和铸铝角度考虑，圆底槽比平底槽好。定子冲片采用 圆底槽，能改善导线的填充情况。 (3)冲模模刃强度与槽口高度有关，槽口高度太小，模刃易冲崩。 一般槽口高度应不小于0.8mm。 电机制造工艺 电机中常用冲片的槽形 4．记号槽的位置 为了保证铁芯压装质量，在叠片是避免冲片叠反。因此，冲 片上记号槽的中心线位置不能与两相邻扣片槽的中心线重合。对 于无扣片槽的冲片，则记号槽中心线不能与槽或齿的中心线重合。 5．尺寸精度 冲片尺寸精度主要决定于冲模制造精度。目前，冲模制造精 度一般控制在公差等级为H6～H7，故冲片的尺寸精度一般不低于 公差等级H8，而槽的尺寸精度一般在H9～H10范围内。 电机制造工艺 6．铆钉孔或扣片槽的位置 用于固紧铁芯的铆钉孔或扣片槽数量应当尽量减少，且铆钉 孔直径或扣片槽的尺寸应取小些。铆钉孔或扣片槽沿圆周要对称 分布，并且应处于磁密较低的位置。铆钉孔与记号槽相对冲片内 外圆及槽形应有较高的位置公差要求。 7．斜槽 铁芯的斜槽要求应尽量安排在转子上，以便叠压和绕组嵌线， 也有少数定子铁芯斜槽的。斜槽角度一般不大于一定子齿，偏差 一般不超过±30角分。 电机制造工艺 八、冲片制造自动化 电机冲片的制造由于工时比重大，加工工作量占电机制造总 工时的16﹪～25﹪，且手工操作多，若用单冲模冲槽所占比例将 更多。所以提高冲片制造的自动化程度对提高劳动生产率、降低 成本，提高质量，改善劳动条件，确保安全生产有着重大的意义。 冲片冲制自动化是指进料、冲制、出料和工价堆叠全都实现 自动化。由于冲制的材料(条料、卷料或坯片)、所用设备和冲模 不同，同时按自动化程度的高低和冲床自动化，常见的冲片冲制 自动化有三种基本形式，即单机自动化、冲片加工自动流水线和 高效率级进冲床。 1．单机自动化 在单台冲床和冲槽机上，附加进料和出料装置，实现单个圆 形坯片进料和冲片出料的自动化，并把冲片整理成叠。例如通过 偏心机构和齿轮、齿条或杠杆机构，将冲床曲轴的回转运动变为 与滑块往复运动相配合的进料和出料动作。也可采用独立的气动、 液动或电动传送装置实现进料与出料的自动化。 电机制造工艺 电机制造工艺 2．冲片加工自动流水线 由三台冲床组成的自动流水线，在我国已普遍采用。 先将整张的硅钢片在剪床(或滚剪机)上裁成一定宽度的 条料，由送料机构自动送入第一台冲床，复冲轴孔(包 括轴孔上的键槽和平衡槽)和全部转子槽；然后由传料 装置送入第二台冲床，以轴孔定位复冲鸠尾槽、记号槽 和全部定子槽；最后，由送料机构送入大角度后倾安装 的第三台冲床，以轴孔定位，复冲定子冲片的内圆和外 圆。此时，转子冲片由台面孔落在集料器上，定子冲片 落入冲床后面的传送带或集料器上。 这种方法适用于大批生产的定型产品，生产效率高， 冲片质量好，节省工时。但是，要求机床及传动机构要 可靠，如果某一台冲床或一个传动机构发生故障，整个 自动线将停止工作。 电机制造工艺 3．级进式冲模 如果把上述三台冲床的冲裁工作集中在一台冲床上来实现， 就可以用步进的方法来代替一整套传送装置。即用一台大吨位的 冲床代替三台冲床，减少设备事故停工时间，进一步提高生产效 率，减小作业面积。 对于大批量生产的小型电机，多采用多工位级进冲，冲床采 用高速自动冲床。对于小批量生产和特殊规格产品，中型电机冲 片普遍采用高速冲槽机。 电动机尺寸较大而批量又较大时，采用两台高速自动冲床串 联，用两副级进模同步进行冲制。这种串联自动冲床生产线，可 使冲床吨位降低，便于冲模的制造及运输安装。 电机制造工艺 第四节 冲片绝缘处理 一、概述 冲片绝缘处理的目的是为了减少铁芯的涡流损耗，以提高电 机的效率，降低电机的温升，增强电机的抗腐蚀、耐油和防锈性 能。异步电动机冲片绝缘处理只限于定子冲片，因为在正常运行 时，转子电流频率很低(约1～3Hz)，铁耗很小，所以转子冲片不 需进行绝缘处理。 冲片表面进行绝缘处理，主要技术要求是绝缘层应具有良好 的介电性能、耐油性、防潮性、附着力强和足够的机械强度和硬 度，而且绝缘层要薄，以提高铁芯的叠压系数，增加铁芯有效长 度。 绝缘处理的方法较多，相应所得绝缘层的种类也有多种。包 括有机物、无机物涂层；半有机物、半无机物涂层；树脂绝缘漆 涂层和氧化膜涂层等。目前，采用冲片绝缘处理的方式有两种： 涂漆处理和氧化处理。 电机制造工艺 二、冲片绝缘处理的基本要求 为了减小冲片叠成铁芯后的涡流损失，冲片间应有一定的绝 缘电阻。因此，冲片表面都需要进行绝缘处理。其基本要求是: 1. 冲片表面的绝缘层要有足够的绝缘电阻值。从以单位面积的 绝缘电阻表示，也可用片间绝缘值表示。 2. 绝缘层应有足够机械强度、附着力和韧性，使铁芯叠压时不 致于使绝缘层破裂、掉皮。 3. 绝缘层要薄而均匀，以提高铁芯叠压系数，保证铁芯有效长 度。同时应有小的热胀冷缩系数，以免在工作中铁芯松散。 4. 绝缘层应有良好的导热性能，以利于铁芯的热传导和散热。 同时要有足够的耐热性和耐湿性能。 5. 在电机长期使用中，绝缘层性能应保持稳定。 6. 产生绝缘层的工艺方法简单、经济、生产效率高。 此外，还有一些其他的特殊要求，如鼠笼转子铁芯片间绝 缘应能承受短时铸铝高温等。 电机制造工艺 三、冲片的涂漆处理 对硅钢片绝缘漆的要求是快干、附着力强、漆膜绝缘性能好。 常用的硅钢片绝缘漆的型号为1611，溶剂为二甲苯。1611油性硅 钢片漆在高温450～550℃下烘干，在硅钢片表面形成牢固、坚硬、 耐油、耐水、绝缘电阻高、加热后绝缘电阻稳定和略有弹性的漆 膜。适合用于一般用途的中小型电机。 涂漆工艺主要由涂漆和烘干两部分组成，可在涂漆机上同时 完成。涂漆机由涂漆机构、传送装置、烘炉和温度控制以及通风 装置等几部分组成。应用最广泛的三段式涂漆机，如图所示。 电机制造工艺 四、冲片的氧化处理 冲片氧化处理是通过人工方法使冲片表面形成一层很薄而 又均匀牢固的由四氧化三铁和三氧化二铁组成的氧化膜，代替表 面涂漆处理，使冲片之间绝缘，以减少涡流损耗。适合用于小型 电机。 氧化处理是在专用的电阻加热氧化炉内进行的。如图所示是一种单门箱 式氧化炉。其炉体是固定不动的，且由耐火砖砌成，前面则是一个可升降的门， 两侧内壁上装有电阻丝。小车供装冲片用。空气或水蒸气氧化剂由炉体侧面成 后面进气管输入，再与小车防护罩上的管接头相连，氧化过程中产生的的烟气 由防护罩顶部排气管和炉体顶部的排气口排出。 电机制造工艺 冲片氧化处理的优点是： ①节省价格较贵的绝缘漆； ②改善工人的劳动条件； ③氧化膜表面均匀，而且很薄(双面平均厚度约O.02～O.03mm)， 提高了铁芯的叠压系数； ④氧化膜的导热性比漆膜好，有利于铁芯轴向传热，使电机轴向 温度分布较均匀，从而降低电机最热点的温度和电机的温升； ⑤氧化膜耐高温，不会产生碳化等绝缘老化问题； ⑥氧化处理时的高温可烧去一部分毛刺，并兼有退火作用，能改 善硅钢片的电磁性能。 电机制造工艺 五、冲片绝缘处理质量检查 为了检查冲片表面绝缘处理的质量，其检查项目有： 1．外观检查 经氧化膜处理后的冲片表面应附有一层红棕色的氧化膜； 表面涂1611漆，涂一次漆的冲片，表面呈淡褐色并有光泽，涂 两次漆的表面呈褐色并有光泽。 2．测量漆膜厚度 漆膜厚度也可以用千分尺检查。 3.测量绝缘电阻，如图所示。 中小型异步电动机定子冲片的绝缘 电阻为40Ω·cm2/片；转子冲片的绝缘电阻为20Ω·cm2/片。 电机制造工艺 第五节 铁芯压装 叠片式铁芯是由一定数量的冲片经理齐、叠装、压紧和紧固 而成的。不同类型的铁芯具有不同的技术要求和压装工艺。 一、铁芯的类型及技术要求 1．铁芯的类型 按照冲片形状的不同，可将铁芯分为整形冲片铁芯、扇形冲 片铁芯和磁极铁芯三类。 电机制造工艺 2．铁芯技术要求 在电机运行中，铁芯要承受机械振动与电、磁、热的综合 作用。同时电机铁芯是由很多冲制好的冲片叠压而成的。它的形 状复杂，叠好后的铁芯要求其尺寸准确、形状规则，叠压后不再 进行锉槽、磨内圆等补充加工。要求叠好后的铁芯紧密成一整体， 经运行不会松动。铁芯还要具有良好的电磁性能，片间绝缘好， 铁损耗小等，因此，对电机铁芯的技术要求很高。 对于中小型异步电动机定子铁芯压装应符合下列技术要求： (1)冲片间保持一定的压力，一般为(6.69～9.8)×105Pa。 (2)重量要符合图纸要求。 (3)应保证铁芯长度，在外圆靠近扣片处测量，允许为l1±1mm (光外圆方案允许为 l113 mm )，在两扣片之间测量，允许比扣片处 长lmm。。 电机制造工艺 (4)尽可能减少齿部弹开,在小型异步电动机中，齿部弹开允 许值如下： 定子铁芯长度/mm ≤100 ≤200 ＞200 弹开度/mm 3 4 5 (5)槽形应光洁整齐,槽形尺寸允许比单张冲片槽形尺寸小 O.2mm。 (6)铁芯内外圆要求光洁、整齐；定子冲片外圆的标记孔必 须对齐。 (7)扣片不得高于铁芯外圆。 (8)在生产及搬运过程中应紧固可靠，并能承受可能发生的 撞击。 (9)在电机运行条件下也应紧固可靠。 归纳以上要求，在工艺上应保证定子铁芯压装具有一定的紧 密度、准确度(即尺寸精度、表面粗糙度)和牢固性。 电机制造工艺 二、保证铁芯紧密度的工艺措施 铁芯压装有三个工艺参数：压力、铁芯长度和铁芯重量。 为了使铁芯压装后的长度、重量和片间紧密度均达到要求，在 压装时要正确处理三者的关系。 在保证图纸要求的铁芯长度下，压力越大，压装的冲片数 就越多；铁芯压得越紧，重量就越大。这样，在铁芯总长度中 硅钢片所占的长度(铁长)就会增加，因而电机工作时铁芯中磁 通密度低、励磁电流小、铁芯损耗小，电机的功率因数和效率 高，温升低。但压力过大会破坏冲片的绝缘，使铁芯损耗反而 增加。所以，压力过大也是不适宜的。 压力过小铁芯压不紧，不仅使励磁电流和铁芯损耗增加， 甚至在运行中会发生冲片松动。 电机制造工艺 为了使铁芯压装后的长度、重量和片间压力均达到一定 的要求，通常有以下两种压装方法。 一是定量压装，就是在压装时，先按设计要求称好每台 铁芯冲片的重量，然后加压，将铁芯压到规定尺寸。这种压装 方法以控制重量为主，压力大小可以变动。 二是定压压装，就是在压装时保持压力不变。调整冲片 重量(片数)使铁芯压到规定尺寸。这种压装方法是以控制压力 为主，而重量大小可以变动。 一般工厂是结合两种方法进行的，即以重量为主控制尺寸， 而压力允许在一定范围内变动。如压力超过允许范围，可适当 增减冲片数。这样既能保证质量，又能保证铁芯紧密度。 电机制造工艺 三、保证铁芯准确性的工艺措施 1．槽形尺寸的准确度 主要靠槽样棒来保证。压装时在铁芯的槽中插2～4根槽样棒 作为定位，以保证尺寸精度和槽壁整齐。 无论采用单式冲模还是复式冲模冲制的冲片，叠装后不可 避免的会有参差不齐现象，这样叠压后的槽形尺寸(透光尺寸) 总比冲片的槽形尺寸要小一些。中小型异步电动机技术文件规 定，在采用复冲时叠压后槽形尺寸可较冲片槽形尺寸小0.20mm。 槽样棒根据槽形按一定的公差来制造，一般比冲片的槽形 尺寸小0.10mm，公差为±O.02mm。铁芯压装后，用通槽棒(槽形 塞规)进行检查。通槽棒的尺寸比冲片槽形尺寸小O.20mm，公差 为±0.025mm。 电机制造工艺 2．铁芯内外圆的准确度 一方面取决于冲片的尺寸精度和同轴度；另一方面取决于 铁芯压装的工艺和工装。 首先要采用合理的压装基准，即压装 时的基准必须与冲制的基准一致。对于以外 圆定位冲槽的冲片，应以外圆为基准来进行 压装(以机座内圆定位进行内压装)。反之， 对于以内圆定位冲槽的冲片，就应以内圆定 位来进行压装(以胀胎外圆定位来进行外压 装)。 小型异步电动机采用外压装工艺时， 为了保证铁芯内圆与机座止口同轴，可采 用前面所述的三种工艺方案，即光外圆、 光止口、两不光。 电机制造工艺 3．铁芯长度及两端面的平行度 在压装过程中也必须加以保证。消除铁芯两端不平行、端面 与轴线不垂直的主要措施是： (1)压装时压力要在铁芯的中心，压床台面要平，压装工具也要 平。 (2)铁芯两端要有强有力的压板。 (3)整张的硅钢片一般中间厚、两边薄，所以在下料时，同一张 硅钢片所下条料，应该顺次叠放在一起，如不注意则容易产生两 端面不平行。 在压装铁芯时，切不可以片数为标准来压装。不然，由于片 厚的误差将会使铁芯长度发生很大的偏差。采用定量压装，当冲 剪和压装质量稳定时，铁芯长度方向的偏差一般为2～3片。 电机制造工艺 四、保证铁芯牢固性的工艺措施 小型异步电动机外压装时，为保证铁心牢固性，在结构上 有如下两种型式： 第一种是在冲片上有鸠尾槽，铁心两端采用碗形压板，扣 片放在鸠尾槽里。扣片的截面是弓形的，放入铁心鸠尾槽后， 将它压平，使之将鸠尾槽撑紧，然后将扣片两端扣紧在铁心两 端的碗形压板上。如图所示。 电机制造工艺 第二种同样采用弓形扣片和鸠尾槽，所不同的是采用环形的 平压板，其优点是这种压板用料少，制造容易，可以实行套裁， 生产率高，还可以采用条料制造(扁绕、焊接)。这种结构的牢固 性不如第一种好，但生产实际证明对不加工外圆的两不光和光止 口方案，是足够牢固可靠的。但对光外圆方案，则强度不足，不 如碗形压板牢固。故对光外围方案应采用碗形压板。如图所示。 电机制造工艺 电机制造工艺 五、内压装与外压装 1．内压装的工艺与工装 内压装是将定子冲片对准记号槽，一片一片地放在机座中后 进行压装。压装的基准面是定子冲片外圆。由于冲片是一片一片 直接放入的，冲片外圆与机座内圆配合要松一些．通常采用E8、 E9／h6。压装后的铁心内圆表面不够光滑，与机座止口的同轴度 不易保证，往往需要磨内圆，这不但增加工时，而且还增加铁耗。 为了保证同轴度而又不磨内圆，可采用以机座止口定位的同心式 压装胀胎，如图所示。 先把机座套在胀胎止口上，冲片在机座内叠 好后，压下胀圈，把铁心撑紧，使铁心内圆变得 较整齐，然后压紧铁心，以弧键紧固。由于胀胎 是以机座止口定位，只要保证胀胎的同轴度，即 可保证铁心内圆和机座止口的同轴度。关于槽形 的整齐问题．主要靠槽样棒保证。铁心压装完毕， 还要用通槽棒检查槽形尺寸。 电机制造工艺 电机制造工艺 内压装的优点:是冲片直接叠在机座中，各种尺寸的电机均 可采用，它和外压装相比，节省了定子铁心叠压后再压入机座的 工序．所以这种方法在电机中心高较大时是比较方便的。 内压装的其缺点:是在叠压铁心以前，机座必须全部加工完， 这样就会使生产组织上发生一定矛盾。同时，搬运、嵌线、浸擦 时带着机座较为笨重，浪费绝缘漆，烘房面积的利用也不够充分。 2．外压装的工艺与工装 外压装工艺是:以冲片内圆为基准 面，把冲片叠装在胀胎上，压装时， 先加压使胀胎胀开，将铁心内圆胀紧， 然后再压铁心，铁心压好后，以扣片 扣住压板，将铁心紧固。外压装胀胎 如图所示。 电机制造工艺 外压装铁心具有下列优点： (1)机座加工与铁心压装、嵌线、浸烘 等工序可以平行作业，故可缩短生产周 期。 (2)在嵌线时，外压装铁心因不带机座， 操作较内压装铁心方便。 (3)绝缘处理时，操作也较内压装铁心 方便，并可提高浸烘设备的利用率和节 约绝缘漆。 电机制造工艺 六、扇形冲片铁芯的压装特点 扇形冲片定子铁芯均采用内压装。大型电机，尤其是巨型汽 轮发电机和水轮发电机，每台电机所需的扇形冲片数量很大，叠 片和压装工艺正确与否，对整个电机的生产周期和质量影响很大。 为了降低铁芯端部的附加损耗和提高铁芯的坚固性，两端的 边段铁芯均叠成阶梯形，并预先经过粘压固化处理成为坚固的实 体。 为了降低铁芯端部的附加损耗和提高铁芯的坚固性，两端的 边段铁芯均叠成阶梯形，并预先经过粘压固化处理成为坚固的实 体。 对大型电机定子铁芯的质量要求很高，压装时必须遵守工艺 守则。其压装工艺要点有: 1.相邻层的扇形冲片要交叉叠装。通常以两张扇形冲片为一 叠，逐层叠装。叠装时，相邻层之间的接缝应错开，实行交叉叠 装。这样，既能减小铁芯的磁阻，又可提高铁芯的机械强度和叠 装效率。 电机制造工艺 2. 叠装时，每一扇形冲片上的槽样棒不应少于两根，以保持 槽形的整齐。 3. 要分段加压和加热加压。长铁芯片间绝缘层的总厚度是 很可观的，这些材料在受热和受压下的收缩，将造成铁芯松动。 因此，对汽轮发电机及其他长铁芯电机，在压装过程中要采取分 段加压和加热加压，使绝缘层尽量收缩，并补足铁芯长度，以确 保铁芯的紧密度。压装时的正常压力为1.2～2.2MPa。 4. 不要损伤铁芯冲片间的绝缘和测温元件。 扇形冲片叠压的基准方式的特点: 1. 扇形片的外圆为基准 采用本方案进行压装，叠片方便、工作效率和质量较高，但 机座的内圆加工需要大型立式车床。只要设备条件允许工厂应尽 量采用本方案。 电机制造工艺 2. 扇形片的内圆为基准 采用本方案进行压装，机座内圆不必加工，可省去大型立车 加工工序。但因叠装与焊接定位筋交叉进行，工作效率较低，铁 芯质量的保证也较困难。但这种方法对于大型电机，特别是直径 在3m以上的水轮发电机，应是一种主要的叠压方法。 3. 扇形片的槽为基准 采用本压装方案，主要用于大中型水 轮发电机。叠压精度高，操作容易。 C511 6A 单柱 立式 车床 C5225 双柱 立式 车床 CK5112 单柱数控立式车床 电机制造工艺 单柱数控立式车床 C5280K双柱立式车床 双柱数控立式车床 C5250双柱立式车床 电机制造工艺 铁芯压装的技术要求: 在电机运行中，铁芯要承受机械振动与电、磁、热的综合作 用，因此，对铁芯的技术要求很高。对铁芯压装的技术要求如下: ①铁芯的质量应符合设计值，一般容许偏差为-1﹪～3﹪。 ②铁芯的紧密度要适宜，在受到机械振动和温升作用下，不致出现松动或变 形。 ③铁芯的几何尺寸准确，表面整齐。例如铁芯总长度、槽形尺寸、径向通风 沟的宽度和位置等均符合图样规定。 ④铁芯的形位公差要小。例如定子铁芯内圆与外圆的同轴度，以及内孔的圆 度均不应超差；铁芯端面不出现波浪形；铁芯边缘，尤其是齿部的弹开度(齿 顶与槽底处铁芯长度的差值)要小；主极极身各相邻面的垂直度偏差不应大于 0.5︰100。 ⑤由扇形冲片组成的铁芯时，必须使冲片按规定交叉叠放，片间无搭接现象。 ⑥要有良好的片间绝缘性能，以减小铁芯的涡流损耗和避免局部过热。 ⑦铁芯冲片周边上的剩余毛刺应朝同一方向，以免发生片间短路。 电机制造工艺 七、磁极铁芯的制造 磁极铁芯的紧固的方式:按照长短不同，磁极铁芯的紧固方式有 铆接、螺杆紧固及焊接三种基本方法，如图所示。 铆接:主要用 于铁芯长度 在500mm以下 的磁极。 螺杆紧固:主要用于铁芯 长度在500mm以上的磁极。 电机制造工艺 焊接:主要用于某些小型 的直流电机的磁极。 成批量生产时，在液压机上用夹具将磁极铁芯压紧，然后进 行铆接、焊接或螺杆紧固。因磁极冲片较厚，所需压力较大，一 般用10～15MPa。 通常使用YB32-360Z磁极铁芯压装液压机，如图 所示。 电机制造工艺 八、铁芯压装质量的检查 铁芯压装后尺寸精度和形位公差的检查用普通量具进行。槽 形尺寸用通槽棒检查；铁芯重量用磅秤检查；槽与端面的垂直度 用直角尺检查；片间压力的大小，通常用特制的检查刀片测定。 较大型电机铁芯压装后要进行铁耗试验。 九、铁芯结构工艺性 铁芯的结构工艺性，主要包括冲片的结构工艺性。此外，还 应考虑有关零件的结构工艺性和压装方便。与径向通风的铁芯相 比，轴向通风的铁芯不需要制作通风板及风沟片，故制造较为简 单。 在中小型电机中，与扇形冲片铁芯相比，圆形冲片铁芯的压 装较方便。 对于外压装铁芯两端所用的端板，环形的比碗形的较易制造。 中心高在100mm以下的小型电机铁芯，采用压合紧固比用焊接 或扣片的紧固方法简单。 电机制造工艺 第六节 铁心的质量分析 电机铁心是由很多冲片叠压起来的一个整体。冲片冲制的 质量直接影响铁心压装的质量,而铁心质量对电机产品质量将产 生很大影响。如槽形不整齐将影响嵌线质量：毛刺过大、大小齿 超差及铁心的尺寸准确性、紧密度等将影响导磁性能及损耗。因 此，保证冲片和铁心的制造质量是提高电机产品质量的重要一环。 一、冲片的质量问题 冲片质量是与冲模 质量、结构、冲制设备 的精度、冲制工艺、冲 片材料的力学性能以及 冲片的形状和尺寸等因 素有关。 电机制造工艺 1．冲片尺寸的准确性 冲片的尺寸精度、同轴度、槽位置的准确度等可以从 硅钢片、冲模、冲制方案及冲床等几方面来保证。从 冲模方面来看，合理的间隙及冲模制造精度是保证冲 片尺寸准确性的必要条件。 当采用复式冲模时，工作部分的尺寸精度主要决定于 冲模制造精度，而与冲床的工作状况基本无关。当采 用单槽冲模在半自动冲槽机上冲槽时，槽位的准确性 和冲床的关系很大，主要有以下几点； 1)分度盘不准，盘上各齿的位置和尺寸因磨损而不一 致，这样冲片上的槽距就不一致，出现大小齿距现象。 因此在加工分度盘时，各齿的位置应尽可能做得准确， 操作中应保证分度盘齿间不应有污垢、杂物积存，尽 量避免齿的磨损等。 电机制造工艺 2)半自动冲槽机的旋转机构不能正常工作，会引起旋 转角度大小的变化，影响冲片槽位置的均匀性。 3)装冲片的定位心轴磨损，尺寸变小，将引起槽位置 的径向偏移，除了在叠压铁心时槽形不整齐外，对转 子冲片还会引起机械上的不平衡。 4)心轴上键的磨损也会引起槽位的偏移。这星因为心 轴上键的磨损使键和冲片键槽间的间隙增大，导致槽 位的偏移。偏移量随着冲片直径的增大而相应增大。 5)心轴与下模平面高度不一致，或硅钢片厚度不均匀、 波纹度较大时也会引起冲片弯曲窜动而产生槽位偏移。 冲片大小齿超差、导致定、转子齿磁密不均匀，结果 使激磁电流增大，铁耗增大，效率低，功率因数低。 按技术条件规定，定子齿宽精度相差不大干0.12mm， 个别齿允许差0.20mm。 电机制造工艺 2．毛刺 冲模间隙过大，冲模安装不正确或冲模刃口磨钝，都 会使冲片产生毛刺。从根本上减小毛刺，就必须在模 具制造时严格控制冲头与凹模间的间隙；在冲模安装 时要保证各边间隙均匀；在冲制时还要保证冲模的正 常工作，经常检查毛刺的大小，及时修磨刃口。 毛刺会引起铁心的片间短路，增大铁耗和温升。当严 格控制铁心压装尺寸时，由于毛刺的存在，合使冲片 数目减少，引起励磁电流增加和效率降低，槽内的毛 刺会刺伤绕组绝缘，还会引起齿部外胀。转子轴孔处 毛刺过大，可能引起孔尺寸的缩小或椭圆度，致使铁 心在轴上的压装产生困难。当毛刺超过规定限值时， 应及时检修模具。 电机制造工艺 3．冲片不完整、不清洁 当有波纹、有锈、有油污或尘土时，会使压装系数降低。 此外，压装时要控制长度，减片太多会使铁心重量不够， 磁路截面减小，励磁电流增大。冲片绝缘处理不好或管 理不善，压装后绝缘层被破坏，使铁心短路，涡流损耗 增大。 二、铁心压装的质量问题 1．定子铁心长度大于允许值 定子铁心长度大于转子铁心长度太多，相当于气隙有效 长度增大，使空气气隙磁通势增大（励磁电流增大)，同 时使定子电流增大(定子铜耗增大)。此外，铁心的有效 长度增大，使漏抗系数增大，电机的漏抗增大。 2．定子铁心齿部弹开大于允许值 这主要是因为定子冲片毛刺过大所致，其影响同上。 电机制造工艺 3．定于铁心重量不够 它使定子铁心净长减小，定子齿和定子轭的截面积减小， 磁通密度增大。铁心重量不够的原因是：①定子冲片毛 刺过大；②硅钢片厚薄不匀；①冲片有锈或沾有污物； ④压装时由于液压机漏油或其它原因使得压力不够。 4．缺边的定子冲片掺用太多 它使定子轭部的磁通密度增大。为了节约材料，缺边的 定子冲片可以适当掺用，但不宜超过1％。 5．定子铁心不齐 (1)外圆不齐 对于封闭式电机，定子铁心外圆与机座 的内圆接触不好，影响热的传导，电机温升高。因为空 气导热能力很差，仅为铁心的0．04％，所以，即使有 很小的间隙存在也使导热受到很大的影响。 电机制造工艺 (2)内圆不齐 如果不磨内圆，有可能发生定转子铁心 相擦；如果磨内圆．既增加工时，又会使铁耗增大。 (3)槽壁不齐 如果不锉槽，嵌线困难，而且容易破坏 槽绝缘；如果锉槽，铁损耗增大。 (4)槽口不齐 如果不锉槽口，则嵌线困难；如果锉槽 口，则定子卡式系数增大，空气隙有效长度增加，使 励磁电流增大，旋转铁耗（即转子表面损耗和脉动损 耗)增大。定于铁心不齐的原因大致是：①冲片没有按 顺序顺向压装；②冲片大小齿过多，毛刺过大；③槽 样棒因制造不良或磨损而变小；④叠压工具外圆因磨 损而不能将定子铁心内圆胀紧；⑤定子冲片槽不整齐 等。 电机制造工艺 定子铁心不齐而需要锉槽或磨内圆是不得已的， 因为它使电机质量下降，成本增高。为使定子铁心不 磨不锉，需采取以下措施： ①提高冲模制造精度； ②单冲时严格控制大小齿的产生； ③实现单机自动化，使冲片顺序顺向叠放，顺序顺向 压装； ④保证定子铁心压装时所用的胎具、槽样棒等工艺装 备应用的精度； ⑤加强在冲剪与压装过程中各道工序的质量检查。 电机制造工艺 复习题 1.试述铁心冲片常用材料的种类、主要性能及其应用范围。 2.试述冷冲压工艺的特点。 3.试述冷冲压工艺中常用的安全技术。 4.一副现成的冲模能否用于冲制不同的冲片材料和厚度？为什么？ 5.最完善的冲模应由哪些部分组成？各部分的作用是什么？ 6.对铁心冲片有哪些技术要求？ 7.铁心冲片的常用冲裁方式有哪几种？ 8.定子冲片为何需要绝缘处理？试述各种绝缘处理方法的优缺点 及应用范围。 9.冲片冲制自动化有哪几种方式？ 10.冲片与铁心的结构工艺性问题如何考虑？(怎样处理铁心冲片 的结构工艺性) 11.对铁心压装有哪些技术要求？ 12.试分析定子铁心外压装工艺与内压装工艺的优缺点和应用范围。