浅析精密高速压力机在电机行业中的应用及发展状况

2017-06-05江宝明管爱春周玉香陈春扬州锻压机床股份有限公司

锻造与冲压 2017年10期

文／江宝明，管爱春，周玉香，陈春·扬州锻压机床股份有限公司

文／江宝明，管爱春，周玉香，陈春·扬州锻压机床股份有限公司

江宝明，产品主管，工程师，从事高速压力机开发、设计与制造工作。

电子通讯、电机电器、汽车和家电等产品技术的迅速发展，对精密、功能性冲压零件（微电机的定转子硅钢片冲压件、工业电机的定转子硅钢片冲压件、小型变压器硅钢片、易拉盖、引线框架、接插件等）的需求量越来越大，技术要求也越来越高。因此在大量及超大量生产中，普通冲压设备已不能满足生产和技术要求，采用精密高速冲压生产线进行高速度、自动化及连续冲压是提高冲压生产率的有效途径。

精密高速冲压生产线主要由高速压力机设备、精密冲压模具、优质卷料三个基本要素构成，并与自动化周边设备的开卷装置、校平装置、送料装置、材料润滑装置、出件装置、理件装置、废料收集装置等协调连接，实现对冲压过程（包括材料厚度、送料线高度、送料步距、材料状态、生产计数、生产批量、冲压力、冲床转速、行程、下死点位置、气动系统压力、润滑系统温度和流量等）的监测和控制。它是按冲压工艺流程组合的一种冲压自动化生产线。冲压自动化不仅可以大幅度地提高劳动生产率、改善劳动条件、降低成本，而且能够有效地保证冲压生产中的人身安全，从根本上改变冲压生产面貌。本文主要介绍精密高速压力机在电机行业中的应用及发展状况。

电机铁心生产技术概况

电机的定子铁心和转子铁心是电机的关键零件，一般由0.35～0.5mm厚的硅钢片冲压、叠压而成，它的质量好坏直接影响到电机的技术性能。电机产品种类、规格繁多，对应的铁心主要包含单相串励电机铁心、单相家用电机铁心、单相罩极电机铁心、永磁直流电机铁心、工业电机铁心、塑封定子铁心等。

在电机生产的全部环节中，铁心冲片生产是关键。传统电机定、转子铁心制造工艺，是用一般冲模冲压出定、转子散片，经过齐片，再用铆钉铆接、扣片、氩弧焊等方法制成铁心。对于交流电机转子铁心还需用手工扭转出斜槽。步进电机要求转子铁心磁性能在厚度方向均匀，定子铁心和转子铁心冲片之间分别要求旋转一定的角度。上述的定、转子铁心如果用传统方法制作，效率低，且精度很难达到技术要求。

现代冲压技术是用高精度、高效率、长寿命并集各工序于一副模具的多工序、多工位级进模在高速压力机上进行自动化冲压。现代精密高速冲压生产方式如图1所示，其冲压过程是冲压条料从开卷装置上出来后，先经过校平装置进行校平，再通过自动送料装置进行自动送料，然后经过材料润滑装置对条料表面进行涂油或者喷油后，条料进入自动叠铆多工位级进模，可以连续完成冲裁、扭槽、回转、叠铆和计数分组等工序，直接将定子、转子冲片叠铆成定子铁心和转子铁心。叠铆多工位级进模将冲压铁心的多道工序布于一副模具的多个工位，实现了电机铁心的连续生产。采用精密高速多工位自动冲压生产线冲压电机铁心，自动化程度高、铁心尺寸精度高、模具使用寿命长，适合大批量生产，极大地提高了生产效率，目前在国内正得到逐步应用和发展。

图1 现代高速精密冲压生产线示意图

国内精密高速压力机的现状及发展

精密高速压力机滑块每分钟的行程次数比同规格普通压力机高达5倍以上，使用精密高速压力机，不仅可以获得高精度和高表面质量的冲压件，而且可以延长模具的使用寿命。由于精密高速压力机类型众多，以下主要介绍国内(不含台湾地区)闭式高速压力机的发展状况。

2000年以后，得益于家电行业、汽车行业的迅猛发展，以及模具制造水平的提高，带动了精密高速压力机的市场需求量，国内精密高速压力机制造业开始进入一个高速发展的时代，时至今日，呈现出一个百花齐放、百家争鸣的市场状态。目前国内主流的精密高速压力机制造商主要有扬州锻压、扬力集团、徐州锻压、宁波精达、宁波泰易达、浙江中鼎、山东金箭等。

其中，扬州锻压开发的800～3000kN的J76型闭式双点高速系列，滑块行程为30mm，最高行程次数可达到600次/分钟。为更好地为定、转子铁心冲片市场服务，满足用户更高精度、更高产能的生产需求，扬州锻压于2012年底对原J76系列闭式双点高速压力机进行技术改造，主轴部分采用“滚动轴承+滑动轴承”复合结构，优化了“双大导柱+四小导柱”的导向结构，配备反向平衡机构，成功升级为J76-E型强化版。

扬力集团的J75G系列、徐州锻压的DP75G系列、山东金箭的HD系列，压力机的工作能力均为800～3000kN，产品的技术参数也都类似。值得一提的是，宁波泰易达的APH系列闭式高速压力机，最小工作能力300kN，在滑块行程为20mm时，最高行程次数达到1200次/分钟。

宁波精达开发的GD系列闭式双点高速压力机，采用双动力驱动系统(即双电机、双飞轮、双离合制动器分布在主轴两端的结构)，为避免模具卡模现象的发生，设计了独特的四立柱顶置油缸。压力机的工作能力范围为630～3000kN，滑块行程为30mm，行程次数可达150～400次/分钟。

上述闭式高速压力机投入市场后主要服务于微电机、水泵电机定转子铁心冲片及变压器铁心冲片等行业。

电机铁心冲片的经济型生产取决于零部件的形状与生产的规模，需要多种不同的模具与机床技术。图2所示为手动冲槽机、全自动冲槽线、带复合模的通用压力机和带级进模的高速压力机的应用范围。

图2 不同压力机的应用范围

在我国，目前大型工业电机(定子铁心直径在φ400mm以上)采用的冲压工艺为先冲圆片，再由高速冲槽机完成槽型冲压。由于高速冲槽机分度误差的存在，冲片的槽型精度不够，且冲槽机需要单片上下料，生产效率极低。为了解决这一类产品的加工，急需大吨位、高效、精密的冲压设备。

针对这样的市场需求，扬州锻压开发了国内首台工作能力为5500kN(公称力行程1.6mm)的J76-550型闭式双点高速冲床，在滑块行程为40mm时，最高行程次数可达到230次/分钟。大吨位冲床的应用使得模具尺寸也越来越大，模具的拆装对于操作者来说需要耗费大量的体力，在低速情况下试模时，大吨位模具很容易出现卡模现象。由于这款压力机的行程只有40mm左右，看不清模具内部情况，废料也不容易排除。为保护冲床和模具，J76-550特别设计了滑块提升结构，在卡模状况下可以将滑块快速提升70mm，极大地方便了操作。Y280-4(定子铁心直径φ435mm)、Y315-4(定子铁心直径φ490mm)电机定、转子铁心已在J76-550上成功得到批量生产，极大地提高了生产效率。而后，在J76-550的基础上，扬州锻压又成功开发了J76-750型闭式双点高速冲床，在滑块行程为50mm时，最高行程次数达到了180次/分钟。

伴随着工业4.0的到来和自动化、信息化的不断发展，电机的使用范围越来越广泛，且对电机的要求也越来越高。压缩机行业由于国家规定制冷空调压缩机需达到二级能耗标准，压缩机电机的铁心厚度从0.5mm下降到0.3mm，并有继续减薄的趋势。同时，由于电动汽车和混合动力新能源汽车的快速发展，其原动机为高速、低耗、调速范围宽的大功率电机，它对电机定、转子铁心的质量提出了更为严峻的考验。普通的高速压力机已不能满足这一类产品的生产需求。

在研究了国内外压力机发展水平的前提下，扬州锻压研制的YSH-300超精密新型高速压力机，以满足新能源汽车行业、一体式压缩机电机等高端电机制造业对超精密高速冲压的要求，并为中小电机制造业产品升级、节能降耗提供冲压装备储备。新型高速压力机的各项技术指标达到了国际先进水平，拥有自主知识产权，掌握了新型高速压力机的核心技术，在高端电机铁心制造企业得到实际应用。该压力机的核心技术包括直排三连杆传动施力、主轴“滚动轴承+滑动轴承”十点复合支撑、四柱式无间隙大承载直线轴承滑块导向与下死点精度重复控制等，工作台面尺寸达到了2.3m×1.1m，滑块行程30mm时，行程次数可达到500次/分钟。

继扬州锻压之后，宁波精达的GD-L系列宽台面超精密高速压力机(工作能力为2000～4000kN)、浙江中鼎的GH系列闭式三点高速精密压力机(工作能力为2200～3600kN)也陆续推向新能源汽车、一体式压缩机电机等高端电机市场。