发电机定子与转子冲片模具优化设计

发电机定子与转子冲片模具优化设计

发表时间：2019-11-18T15:31:41.147Z 来源：《工程管理前沿》2019年5卷12期作者：石伟[导读] 发电机中的定子与转子冲片的质量对于发电机的工作效率有着尤为重要的作用。

摘要：发电机中的定子与转子冲片的质量对于发电机的工作效率有着尤为重要的作用。研究定子与转子冲片模具优化设计方案能够为各个领域提供强劲的动力。本文所研究的定子与转子复合模具优化设计方案是将传统的开放式环形改为上半部封闭的结构，并采用整圆刃块形式的凸凹模结构，减少模具所需加工成本，提高质量，延长使用寿命。

关键词：发电机定子与转子冲片优化设计半封闭凸凹模

一、发电机定子与转子冲片模具简介

随着我国科技水平的不断提高，发电机的核心技术也在不断提升。在生活中应用最广的是为汽车提供电能的直流无刷发电机。直流无刷发电机是汽车行车取力系统的一个重要组件，该发电机能够在汽车的行驶过程中借助汽车机动组中的传动装置，将汽车底盘中柴油机为汽车提供的动能，转化为汽车在运行过程中所需要的电能，为汽车中的用电设备提供源源不断的电力，为车主提供舒适的车内环境。由此可以看出，直流无刷发电机的应用具有重要的意义。由于定转子冲片模具是整个发电机的专用模具重要的组成部分，能够直接影响发电机的性能，定子冲片冲模和定转子冲片复合模不仅是定转子冲片冲模设计的关键步骤，也是整个发电机模具设计工作的重点。在定、转子冲片的成型过程中，一般采用的方案是先成型定子冲片的外形结构，然后再进行转子冲片与定子冲片的落料分离方案。并且在模具的制造过程中需要考虑制作的成本以及成型模具的生产效率与质量等相关因素。发点集中的定子冲片冲模应当尽可能的采用单槽冲孔成型的方式，延长发电机使用的寿命和提高发电机的发电效率。发电机对我国的各个领域来说均有着重要的应用，是推进我国生产力进步的重要构件。因此设计工作人员需要保证发电机成型的质量，进一步优化电机专用模具的设计方案，在传统设计方案的基础上取其精华，去其糟粕，积极引入先进的技术来节约材料的使用以及提升发电机的工作效率。

二、发电机定子与转子冲片模具的具体方案

2.1定、转子冲片的成型方案

定、转子冲片的成型应当采用以下方案，主要分三个部分进行。并且在成型的过程中应当保证加工所用周期。定子冲片单槽冲模在数控高速冲床机上冲孔，采用单槽冲，模具结构较为简单。第一，带斜度键槽的预冲孔成型。斜度键槽的轴孔尺寸为42mm，宽度为12mm。并且键槽的两端高度不一致，保证高度差在1mm左右。第二，用斜度键槽的轴孔进行定位。利用数控高速冲槽机冲槽冲模制作96个槽孔，在此过程中需要保证槽孔的均匀性。第三，将带斜度键槽的轴孔作为定位机构。利用定、转子复合模进行定、转子冲片的落料分离，同时冲制外圆缺口。

2.2定、转子冲片复合模结构

定、转子冲片复合模结构主要由定子凹模、凸凹模、转子凸模、定位芯轴、定位键、弹性卸料装置、刚性卸料装置和滚动导向组件等组成。定子凹模、转子凸模及定位芯轴下置，凸凹模上置，滚动导向组件起导向作用。在凸凹模半开放式型腔内安装转子卸料板，并由连杆组成刚性卸料装置，传送到打杆上。定子冲片卸料和外圈废料均采用橡胶卸料。

三、传统模具结构缺点及模具结构优化设计

3.1传统模具结构的缺点

发电机中定子冲片的外孔直径为225mm，内孔直径为178mm。定、转子在落料时对凸凹模的加工工艺要求较高。传统的设计方案有以下两种：第一种是凹凸模的加工采用将模具分为六个等块，加紧箍的环形刃块设计方案。第二种是凹凸模采用整圆刃块设计方案。两种方案的制作工艺非但不能够保证模具的整体质量，而且容易造成刃块变形。并且传统模具零件的加工流程较为复杂，生产操作难度系数较大，模具制作的周期较长等一系列的问题给生产企业带来了极大的压力和负担。由于冲片模具结构在锻造时厂家为了提高生产效率、减少工期，将锻造材料制作成长方形从而有利于单件小批量生产。但是在这一过程中会造成模具材料加工余量较大、模具使用材料的利用率降低，不仅提高生产企业的加工成本，而且不符合我国节约资源的环保政策。模具制作过程中需要将六个扇形刃块拼合成整圆刃块，每个任块的拼接面要按照一定的角度反复研磨。由于紧箍的环形刃块为薄壁环，在加工过程中极易出现变形磨损，导致模具的精度降低，增加模具的加工成本，致使发电机定子与转子冲片模具的质量得不到有效的保证。因此需要对模具结构进行优化设计。

3.2模具结构优化设计

本文所采用的模具结构优化设计方案是将原有的拼合刃块或整圆刃块修改为内圆有限刃口高度的实体整圆刃块。将上半部封闭的结构替代原来的开放式环形，该修改方案能够大幅度降低模具热处理变形以及加工过程中出现的变形。减少因模具变形对成型构件质量的影响。在凸凹模刃块的刃口半开放的型腔板内部采用斜面设计方案：上下圆角半径均为R3 mm并与斜面相切，中间1mm直线部分不仅能够减少热处理和磨削加工的变形量，而且能够保证发电机组的零部件强度，斜面下部设计有5 mm的退刀槽。连杆组成刚性卸料装置，保证了转子冲片卸料过程中整个圆周均匀受力，减小因卸料引起的变形，提高模具成形制件质量。

3.3优化模具结构的优点

通过多次的实验以及改进措施，从而确定出优化后的模具结构设计方案。该设计方案与传统的模具结构相比主要有以下两大优点：第一，优化后的模具在锻造过程中减少了加工过程中材料的剩余量，对锻造材料的利用率大幅度提升，降低制造企业生产所需费用。优化后的设计方案不需要对拼接面进行反复的打磨，减少模具零件生产工艺的难度，提高工作效率、改善工作质量。第二，与传统的模具相比优化后的模具结构在锻造阶段就能够节约40%以上的材料，使得模具所用材料成本大幅度降低，符合我国企业节约环保政策。

四、结束语

为了能够提高成型后的发电机定转子冲片质量，促进我国核心技术的不断发展。本文通过对发电机定、转子冲片零件的功能进行分析，提出在传统复合模具方案为背景下的优化的设计方案。经过实验证明优化后的设计方案能够提高发电机定、转子冲片生产过程中材料的利用率，提高模具的成型质量、延长模具的使用寿命。

参考文献：

[1]杨春立,崔付军,魏淑玲. 发电机定子与转子冲片成形工艺与模具设计[J]. 模具工业,2017(07)

[2]柴楠. 50MW小型汽轮发电机定、转子结构优化及电气参数辨识[D].上海交通大学,2017.