冲片制造工艺及经济性分析研究

【摘要】：该文结合企业实际，总结电机冲片的制造经验和实际效果，主要介绍了电机冲片的制造方法和模具特点，并进行技术经济性分析。

论述了工艺方案的合理选择，在提高冲片质量、控制生产成本方面进行了探讨，针对生产过程中的关键工艺，提出了优化措施，以提升产品市场竞争力。

【关键词】：电机冲片制造工艺冲压模具经济性
前言
冲片是发电机、电动机铁心的主要组成部件，它是由冷轧薄硅钢片冲制而成。

电机规格很多，冲片外形尺寸各不相同（主要有圆形片和扇形片）。

随着电机市场竞争的日趋激烈，提高冲片质量、降低产品成本是电机生产制造厂所面临的重要研究课题。

下面就冲片的制造工艺及其经济性进行分析和探讨。

硅钢片的裁剪
硅钢片裁剪是电机冲片制造的首道工序，是将硅钢片用平剪机或滚剪机剪成一定宽度的条料或带料。

裁剪之前的合理套裁排样可有效地提高硅钢片下料利用率，节约硅钢板材。

冲片排样与以下因素有关：冲片加工余量（又称搭边量）、产品冲片外形尺寸、硅钢片板材规格。

市场上宽度1000mm、1200mm的硅钢片最为常见。

电机生产中，有效且常用的套裁方式有两种：一是扇形片错位互补套裁，二是圆形扇形片混合套裁。

示意图如下：
在便于操作和生产管理的前提下，针对不同冲片特点进行科学排料是降低电机制造成本的措施之一。

圆形片冲制
目前，高速冲槽机已发展的相当完备，无论是在速度、精度、效率和适应性等方面都达到了很高的水平。

为达到最有利的技术经济效果，尽量缩短新产品试制周期，提高市场竞争力，在电机设计中，直径小于1200mm的冲片，均建议采用圆形片，原因是圆形片模具简单，调整灵活，其冲制采用单式冲槽方式，由于电机的定子外径是标准化的，所以对圆形冲片落料而言，模具尺寸相对固定。

下表为电机机座号与定子冲片外径（小于1200mm）的对应关系。

各生产厂家有不同的冲裁习惯，相应模具设计不尽相同。

就定位方式而言，多数采用两种方式。

一是中心孔与键槽定位。

二是多孔定位。

很多厂家在冲片下料时，习惯把定子外径及转子轴孔一起落出来，目的是为保证转子冲片轴孔与定子外径的同心度。

但由此也会产生一些问题，比如：相同机座号不同产品的轴孔不同，造成复式落料模具不能借用，模具使用率低。

所以，定转子冲片均为圆形片时，建议定子冲片落料模具设计为落定子外圆、记号孔及定位孔。

其中，多孔过定位方式在冲片冲制过程中，冲片运转更加平稳，分度更加精确。

另外，也有些模具储备量小的厂家通过圆剪机剪圆落料，然后通过高速冲床冲切出定子外径，采用这种工艺节省了模具，但效率低下，只在单台生产时使用。

定转子分离工艺设计为落定子内径和轴孔时也会出现以上模具浪费的情况。

所以，定转子冲片分离最好通过单冲工艺来实现。

在分离的同时，定转子气隙大的可直接将气隙切出。

下图为单槽冲头示意图。

其中图二为双冲头，适用于定转子气隙小，单冲头易崩刀的情况。

电机转子冲片轴孔常带键槽，且外形尺寸变化较大，精度要求较高，部分产品转子冲片与轴需热装，所以轴孔冲制不能通过单切工艺实现。

需设计轴孔模具。

其结构示意图如下：综上：较为经济的定转子冲片工艺路线（单一批量生产除外）为：
冲片落料（落料模具）——有键槽的冲键槽（键槽冲模）——冲定子槽形带分离（冲槽切分模）——冲转子槽（槽形冲模）——落轴孔（轴孔模）。

扇形片冲制
在大型汽轮发电机、水轮发电机、风力发电机及同步交流电动机中，通常用到的是扇形
冲片。

扇形冲片的特点是形状复杂、尺寸精度高、技术条件严格。

相对圆形冲片，扇形片的材料利用率较高。

在生产批量大的情况下，其制造工艺是一次复冲成型，下图为复式冲模常用结构简图，特点是：上下模采用镶拼结构组装在模板上，并配有脱料、导向机构。

一次复冲的优点是生产效率高，冲片精度好。

但缺点是模具制造复杂，成本高，不能通用，电机扇形片形状稍作改变，就必须重新设计制造模具。

所以往往模具的设计制造周期成为电机合同交货期的关键，从产品成本上考虑也不经济。

一些电机制造厂为了克服上述缺点和普及数控冲床，开始推广使用三面刃冲裁。

三面刃冲裁是利用冲模将定子扇形片的外径及两径向边一次冲制成型的冲制过程。

下料扇形片后，通过工艺孔定位，冲槽切边模冲出冲片槽形及内径。

工艺过程如下图：
三面刃冲裁工艺与一次复冲相比，降低了模具成本，缩短了生产周期。

这种冲压工艺，便于产品改型，通过对冲片的系列化、通用化设计，同一副三面刃模具可以同时冲制若干种不同规格的电机冲片。

特别是对于电机品种规格多，批量小的电机制造厂，其经济效益是十分明显的。

模具质量与寿命
模具是直接影响冲片质量、生产效率和制造成本的重要因素。

随着数控设备的普遍运用，模具的性能要求也相应提高。

在模具设计制造及使用过程中，注重以下几个方面，防止模具过早失效。

模具结构设计方面，充分考虑模具与机床的连接定位，使模具与冲床间自由度被约束。

比如在模座上增加定位键；导向机构采用滚动导向，提高导向精度，使凹凸模间隙均匀；卸料机构应选择蝶形弹簧以增大卸料力。

同时，冲裁间隙的合理选择也是保证模具正常工作，延长寿命的一个关键因素，对于0.5mm的硅钢片，手册推荐间隙为0.04-0.0.7mm，根据国内外实践摸索资料，适当放大凹凸模间隙至0.09-0.11mm时，可以减小冲片、凹凸模之间的摩擦，同时提高冲片断面质量。

选材时必须考虑经济性，尽可能降低制造成本，优先选择国产材料，同时考虑市场供应，钢种选择尽量少而集中。

模刃材料选择一般为cr12、cr12mov优质合金钢，其具有较高的耐磨性、淬透性、高热稳定性；模座可选择铸铁或铸铝材料；卸料板及固定板选择q235b钢，模柄及定位块等可选择45钢。

冲模质量很大程度取决于热处理质量，模具材料热处理变形要尽量小，热处理后表面不允许有脱碳层或渗碳层。

为提高模具工作性能及使用寿命，根据其工作条件对可模具零件表面做渗氮、镀铬或激光表面淬火、喷丸处理。

正确的操作、使用和维护与模具的寿命也有很大关系。

它包括模具的正确安装与调整，注意保持模具的清洁与润滑。

模具长时间使用后须磨刃口、研磨退磁，弹簧等易损件及时更换，定期检查紧固件是否松动、油管气管是否泄漏等。

对具体的情况采取措施，减少模具消耗，提高经济效益。

冲片制造自动化
电机冲片制造的工时比重大、手工操作多，所以提高冲制制造的自动化程度对降低成本、提高质量、提高劳动生产率、改善劳动条件有着重大意义。

对于大批生产的定型产品，采用级进式和复合落料冲制是冲片制造工艺的发展趋势。

下面为德国舒乐（schuler）冲片落料生产线：
其工艺路线为：
上料—开卷—校平—缓冲调整—伺服进料—冲压落料—接料码垛—垛料开出—废料排出。

结束语
通过以上分析可知，影响冲片质量及制造成本的因素是多方面的。

针对不同产品特点和生产类型，结各自的设备及人员条件，选取最合理的工艺方案并注重过程管理，可以减少成本，提高质量，缩短交货期，提高产品市场竞争力。

【参考文献】
[1]方日杰. 电机制造工艺学（m）.北京：机械工业出版社，1990.
[2]吴文旭.王丽馥.刘玉香.三面刃冲裁新工艺在定子扇形片冲制中的应用（j）.大电机技术1995（3）
[3]王日华.冲裁模间隙及其对冲片质量和模具寿命的影响（j）.电加工与模具2001（2）
【作者简介】
谢常春（1980-），男，2003年山东大学毕业，学士，工程师，
主要从事电机制造工艺开发及模具设计工作。