铁心叠铆转动工艺及模具设计

邓卫国,赵 威,巫书豪,宋兴状,赵本友

(常州机电职业技术学院，常州 213164)



铁心叠铆转动工艺及模具设计

邓卫国,赵 威,巫书豪,宋兴状,赵本友

(常州机电职业技术学院，常州 213164)

通过对步进电机定转子铁心零件的结构特点和冲压工艺特性进行分析，介绍了采用一副多工位级进模来套冲定、转子铁心零件，其中有定子冲片之间转动90°再叠铆、转子冲片之间转动72°再叠铆的技术功能，阐述了铁心叠铆转动的工艺，并对冲压排样方案进行了确定。同时介绍了模具的结构特点。企业通过生产实践证明该方案效果良好，满足大批量生产需要。

定子铁心；转子铁心；叠铆转动；级进模

0 引 言

作为自动化控制系统中传动元件步进电机，其力矩、步距角和矩角特性等技术参数要求比较高，这些参数的技术要求都反映在步进电机中的主要零件定子铁心和转子铁心上。因此，步进电机定子铁心和转子铁心制造关系到步进电机的性能要求。随着冷冲压技术的不断发展，步进电机定子铁心和转子铁心制造一般都采用技术要求高的精密多工位级进模来冲压。图1和图2所示为某复印机上使用的步进电机定铁心和转子铁心产品图，冲压材料为50DW470电工硅钢片，材料厚度为0.5 mm。定子铁心内型结构由8个极组成，每个极上由6个小齿型组成，转子铁心外型由50个小齿型组成，每个齿型尺寸比较小，齿型之间的等分度精度和齿型宽度尺寸要求比较高，定子铁心和转子铁心小齿型的口端不能有R角，要求清角，以保证步进电机的力矩性能要求。

图1 定子铁心零件图

图2 转子铁心零件图

本文介绍了采用一副多工位级进模来冲制步进电机定子铁心和转子铁心零件，定子铁心和转子铁心是套冲结构，可以节省冲制材料。冲制出定子铁心和转子铁心由一定数量冲片组成的冲压零件，在整个自动冲压过程中应用铁心叠铆工艺，满足了步进电机定子铁心和转子铁心的冲压要求，可以提高定子铁心和转子铁心零件的技术要求和尺寸精度要求。

1 铁心叠铆转动工艺

步进电机定转子铁心以前制造的方法是先用复合模冲制出定转子冲片的散片，再通过齐片和铆钉固定得到定转子铁心零件，现在用一副多工位级进模来冲制步进电机定转子铁心，从模具中已冲制出来的是定转子铁心，而不是定转子冲片(散片)，其中定子铁心的冲片之间转动90°再叠在一起，转子铁心的冲片之间转动72°再叠在一起，这些叠铆带转动的功能都是在模具上完成的。

1.1 叠铆工艺的冲压原理

步进电机定转子铁心的叠铆工艺原理是：在定转子冲片结构的适当位置上(如图1中8-φD6孔和如图2中5-φd4孔部位)冲制圆柱形叠铆点，即在冲压技术上叫冲凸台，在冲片上这个凸台是上面是凹形，下面是凸台，如图3所示，将同一名义尺寸的凸台部位压入到凹形孔中时，将自然形成"过盈"而达到紧固连接的作用。在模具上冲压的过程是：先是在定转子冲片适当的位置上冲制出圆柱形凸台，然后在定转子冲片落料工位上，通过落料凸模每次冲压过程，将每一次冲压下来的定转子冲片都集中在落料凹模中，落料凹模下面设有收紧结构，这样通过落料凸模不断连续的冲压力作用，将集中在落料凹模中的定转子冲片，通过在落料凹模下面收紧结构的收紧作用，可自然形成一片连接一片排列、毛刺同一方向而且具有尺寸要求叠厚的整齐铁心。

图3 圆柱形叠铆(点)示意图

1.2 铁心带转动叠铆工艺

根据步进电机定转子铁心技术上的性能需要和消除冲压材料叠铆厚度方向上的误差，要求定子铁心中的冲片之间转动90°再叠铆、转子铁心中的冲片之间转动72°再叠铆的功能。在级进模上实现这个功能过程是：在定、转子冲片最后落料的工位上，采用落料凹模转动的形式进行回转，落料凸模不回转。在自动高速冲床的每一次冲压过程中，在冲床的滑块在曲轴转至240°～360°范围内，定、转子落料凹模结构分别转动90°和72°一次，两转动是同时进行的，滑块在其他角度定、转子落料凹模结构不转动。带动定、转子落料凹模结构转动的装置是机械式转动机构。

1.3 转动安全机构

由于步进电机定、转子冲片的外形是方向和带齿型的结构，不是圆形结构，为保证定、转子落料凹模结构转动后停留位置的正确和防止转动过程中出现角度误差，在级进模上设置有机械式安全机构，确保模具的正常冲压要求。

2 工艺分析和排样图设计

对定子和转子冲片结构冲压工艺分析，定子冲片内型结构比较复杂，内型由有8个极槽组成，每个极槽上有六个小齿型，4个φD5小孔和8个φD6叠铆点孔，外形为方形结构；转子结构外形有50个小齿型结构，中心孔是一个φd轴孔，转子冲片上有5个φd4叠铆点孔。根据步进电机定转子铁心的技术要求和冲压材料的利用率，定、转子铁心要套冲并叠铆和带转动功能，所以一般普通冲压方法难以达到这个功能目的，只有采用精密多工位级进模来冲压达到定转子铁心的技术要求，即在自动冲压设备上，在一副级进模上，通过各步的冲压来完成定转子铁心的技术功能要求。设计排样图如图4所示，共设置17工位，第1工位：导向孔和轴孔；第2工位：转子计量孔；第3工位：定子8个小孔；第4工位：转子叠铆点；第5工位：空步；第6工位：空步；第7工位：转子落料叠铆转动；第8工位：空步；第9工位：空步；第10工位：定子槽形；第11工位：定子计量孔；第12工位：定子内孔；第13工位：定子极槽齿型；第14工位：定子叠铆点；第15工位：空步；第16工位：空步；第17工位：定子落料叠铆转动，其中第7工位和第17工位定、转子落料叠铆转动冲压顺序为：当完成定、转子冲片(单片)落料后，在该工位上同时完成多片定、转子冲片的叠铆，然后接着定、转子落料凹模机构分别转动90°和72°的角度，这样就达到在模具上冲制出完整的定子铁心零件和转子铁心零件产品。

图4 定转子零件排样图

3 模具设计特点

3.1 模具结构设计

步进电机定转子铁心叠铆转动级进模结构如图5所示，主要包括模具主体、定、转子铁心输送带和定、转子转动机构3大部分。模具基本结构主要为：第一为导向装置：即采用双导向结构，保证模具的冲压精度；第二为导正装置：采用多对导正钉进行导正，保证定、转子冲片在冲压过程中的精确定位；第三为卸料装置：采用弹性结构，保证冲压条料的正常进行冲压和小凸模零件的冲压导向要求；第四为导料装置：保证冲压条料在模具冲压中沿直线方向前进；第五为失误检测装置：保证冲压产品零件的合格；第六为限位装置：保证模具在冲压过程中上摸凸模零件进入下模凹模零件的深度要求。

1.上模座 2.上垫板 3.凸模固定板 4.卸料固定板 5.卸料板 6.导料板 7.凹模固定板 8.下垫板 9.下摸座 10.大垫板 11.导正钉凸模 12.导正钉凹模 13.转子轴孔凸模 14.转子轴孔凹模 15转子计量凸模 16.转子计量凹模 17.叠铆凸模 18.叠铆凹模 19.导料销 20 .转子落料凸模 21.转子落料凹模 22.定子冲槽凸模 23.定子冲槽凹模 24.定子计量凸模 25.定子计量凹模 26.定子内孔凸模 27.定子内孔凹模 28.定子冲齿凸模 29.定子冲齿凹模 30.定子叠铆凸模 31.定子叠铆凹模 32.定子落料凸模 33.定子落料凹模 34.切废料凸模 35.切废料凹模

图5 模具总装图

3.2 定转子铁心零件叠铆厚度的调整机构

图6所示为模具在冲压定、转子铁心过程中调整铁心厚度机构，由于定、转子铁心厚度有不同的尺寸要求，在模具上必须设置有这样的机构，具体实现过程是：在定、转子冲片冲压排样工位上有一步冲压定、转子计量孔，在相应模具的上模垫板上设置有一个移动抽板，抽板的移动由电磁阀和汽缸带动，电磁阀和汽缸的动作根据电器控制柜上设定的冲压定、转子铁心零件厚度尺寸要求进行工作的，由于抽板上有凹孔位置与计量凸模上端凸出部分在同一位置上，这样定、转子计量凸模根据抽板移动来达到是冲压还是不冲压的目的，如果是冲压的，定、转子铁心就是分离形式；如果是不冲压的，定、转子铁心就是叠铆的形式，这样就控制了定、转子铁心产品有不同厚度尺寸要求的目的。

图6 定转子铁心厚度计量分离装置

4 结 语

步进电机定转子铁心用一副级进模来进行冲压，达到了定转子铁心自动叠铆和转动的技术要求，该副模具在125 t高速冲床上进行自动冲压，其中铁心叠铆和转动机构和模具冲压情况正常，高速冲床的冲压速度为200 r/min,定、转子铁心通过输送带从模具中输送出来，模具上的工作零件凸模和凹模材料采用硬质合金，刃磨一次可冲压130万次以上。定子铁心和转子铁心零件经检验符合产品图纸的技术要求和尺寸要求，满足步进电机使用性能要求和大批量生产的需求。定、转子铁心产品实物如图7所示。

图7 定转子铁心产品实物

[1] 陈炎嗣.多工位级进模设计与制造[M].北京:机械工业出版社,2006.

[2] 邱永成.多工位级进模设计[M].北京:国防工业出版社,1987.

[3] 陈旭明,肖小亭.高速冲压及模具技术[M].北京:化学工业出版社,2007.

[4] 邓卫国.制造微特电机零件的现代冲压技术[J].微特电机,1998,26(4):27-29.

[5] 邓卫国.电机定子冲片三拼式套冲模具设计[J].模具工业,2011,37(3):20-22.

Stator and Rotor Cores of Index Rotation Technology and Die Design for Stepper Motor

DENG Wei-guo，ZHAO Wei，WU Shu-hao，SONG Xing-zhuang，ZHAO Ben-you

(Changzhou Institute of Mechatronic Technology,Changzhou 213164,China)

Based on the analysis of the structure characteristics and the characteristics of the stamping process for stepping motor stator and rotor cores, the stamping stator and rotor cores process formed by the multi-position progressive die were described. Main contents of technology function are: stator cores of index rotation 90°, rotor cores of index rotation 72°. The technology of cores index rotation was expounded， and the scheme of part stamping process layout is determined. It also the structure characteristics of the die. It was proved that the practical effect is good, meets the demand of volume-produce the production.

stator cores； rotor cores； index rotation interlocking； progressive die

2016-03-20

常州机电职业技术学院院级课题项目(2015/YJ/ZXPY/01)

TM305;TM383.6

A

1004-7018(2016)10-0094-03

邓卫国(1959-)，男，高级工程师,研究方向为模具设计与制造。