1.1 锥形定子和转子冲片制造及叠铆工艺剖析

定子和转子常日由几十片至几百片硅钢冲片叠铆而成，单层硅钢片厚度约0.3~0.5 mm，须要单独冲裁，如图1所示。
对付圆柱面的定、转子铁芯的冲片，冲模的刃口数与嵌线槽个数对应且直径固定，而对付锥面定、转子铁芯的冲片，须要每层冲片直径递减（或递增），采取数控伺服天命分度旋转冲槽，逐片定距步进，得到直径差相等的冲片，经叠铆扣压形成定、转子锥面。

图1 定子和转子冲片

图2所示为某款120层等径差硅钢冲片经叠铆形成的带有内锥面的电机定子铁芯。
内锥面的锥度掌握在23°旁边，相邻片层直径差掌握φ0.2 mm旁边，详细尺寸参数根据打算得到。

图2 等径差硅钢冲片叠铆形成定子与转子锥面

正常事情时，定、转子内锥面必须保持均匀的间隙；制动时，转子被制动机构沿轴向推入一定间隔，实现定、转子内锥面打仗，轴向推力的分力构成锥面正压力，进而形成摩擦扭矩，实现任意角度即时快速制动或急停，如图3所示。
轴向推力的大小由制动系统根据制动力、即时转速、输出扭矩等实时综合打算得到[8]。
此类制动办法的优点明显，纵然定子内锥面和转子外锥面涌现磨损，也不会影响锥面制动的摩擦扭矩。

图3 锥形电机制动示意图

基于上述事情事理剖析可知，锥面铁芯电机的定、转子锥面的合营精度相较于圆柱面铁芯的定、转子内外圆柱面的合营精度哀求高得多，仅依赖叠铆和扣条锁紧已不能知足铁芯的制造精度，须要研究新的工艺和装置，提高锥面精度。
个中转子冲片在工装内预夹紧后再进行中央孔铸铝，转子外锥面可以由机加工得到，精度随意马虎知足哀求。
定子的内锥面不便在内孔铸铝进行机加工，为了担保内锥面精度，须要设计分外的校形模具装置和校形工艺进行内锥面校形。

以下针对某电器企业实际生产中，锥形电机铁芯叠铆形成的内锥面校形涌现不同轴、不整洁的问题进行了缘故原由剖析，研究了锥面校形工艺，重新设计了校形装置，比拟剖析了内锥面校形法和外柱面校形法的利害，重点对2种方法的事情事理展开了力学剖析，从冲片成形工艺出发剖析了采取塞棒模具进行内锥面校形涌现失落效的缘故原由，设计了一种适宜在自动生产线运用的气动外柱面校形装置。

1.2 锥形定子铁芯内锥面校形失落效征象

生产现场以锥形塞棒为校形模具，对定子铁芯内锥面进行校形的过程中涌现部分铁芯校形效果良好，而另一些校形后仍无法使各层冲片整洁同轴叠铆，校形结果涌现不愿定性，无法进行自动化连续生产，严重影响产品精度和交付质量。

1.3 失落效缘故原由剖析

以图1中锥形铁芯定子冲片为例，每个冲片中25个嵌线槽都是由同一个冲切刀块采取数控分度旋转冲切工艺冲制而成，这一点与普通柱形铁芯冲片不同，普通柱形铁芯冲片模具会对应25个冲切刀块。
因此冲裁锥形铁芯冲片所利用的冲切刀块更随意马虎磨钝。
在冲切刀块一个换刀周期内，由于刃口利用寿命的影响，刃口逐渐磨损，毛刺逐渐增多加长，造身分歧冲片的毛刺长度存在差异[9]。
以10 000冲次为换刀周期，对25槽冲片，一个换刀周期内可以冲出400件冲片。
经由考验可以看出，前200件冲片和后200件冲片的冲裁断面状态差异较大。
后200片硅钢冲片下缘毛刺明显，长达0.1 mm，中间层光亮断面占比较小，如图4所示。

图4 硅钢冲片断面状况

层片之间的错位状态如图5所示。
外径为 φ165 mm的冲片上，带有冲裁毛刺的切口边线长度为2 051 mm，以图5（a）所示上、中、下3层冲片A、B、C为例，存在近6 000 mm毛刺边与冲片平面的粗糙打仗，摩擦系数较大，以图6所示的塞棒模具进行校形时，会形成较大的板平面内摩擦阻力。

图5 层间错位与叠铆预压状态

图6 锥形电机定子铁芯叠铆校形

目前锥形电机铁芯多采取冷轧取向薄硅钢带（厚度0.3~0.5 mm）成形，晶粒取向具有显著的各向异性，力学性能在不同方向上表现差异性，导致硅钢片在冲裁后，冲片会涌现挠性回弹而导致冲片平面翘曲[10]。
为了校正平面翘曲，在内锥面校形之前，先插入叠铆扣条并轴向预压紧，如图5（b）所示。
此时会产生弹簧垫片效应，得到各片之间涌现附加的层间正压力，造成后期内锥面校形时冲片水平错动的摩擦力。

2锥面校形的力学剖析

由80~180件冲片经由理片叠铆、预压贴合后涌现片间错位使内锥面不齐，而内锥面作为制动事情面应严格按照片间径差同轴叠铆，以是须要设计锥面整形模进行校形。

以塞棒模具沿轴线插入定子锥孔是最随意马虎实现的校形工艺，如图6（a）所示，个中某层冲片的受力如图6（b）所示，FAB为冲片A对冲片B的弹性压力，FCB为冲片C对冲片B的弹性压力，FAB和FCB也表示轴向压力。
锥形塞棒模具沿锥面法向张紧力F可以分解为沿水平方向分力F1和沿竖直轴向分力F2，F2也是构成冲片间摩擦的正压力。

F1=F×cosα（1）

F2=F×sinα（2）

个中，

为锥形铁芯的锥角。
中间冲片B须要产生水平错移，以便纠正错位。
但在塞棒模具的浸染下，冲片B受到上层冲片A和下层冲片C的摩擦阻力，锥形塞棒模具沿锥面的法向张紧力F的水平分力F1必须大于上、下层冲片施加的摩擦阻力f1与f2之和，才可以驱动中间层冲片B进行水平移动。

上述剖析了各向异性的硅钢板材冲裁时的剪切力不一致一定导致冲片翘曲，如图7所示，θ表示翘曲角度，可衡量冲片发生翘曲时的变形程度，冲片叠铆预压紧时产生“弹簧垫圈”效应的预压紧力，能有效降落冲片的翘曲程度。
利用有限元软件Abaqus建立冲片预压紧仿真模型可以预测预压紧力的大小。
冲片料厚0.5 mm，冲片直径φ165 mm，取翘曲角度5°，选取硅钢冲片牌号为50WW230，材料参数如表1所示。

图7 单个冲片翘曲

表1 硅钢片材料参数

有限元模型的载荷、边界条件施加和仿真结果如图8所示，经打算，单个冲片在叠铆预压贴合时，会产生1.1 kN的预压紧力，较大的预压紧力会造成较大的水平摩擦力，且每个冲片的翘曲变形程度不一致，该弹性预压紧力也具有不愿定性。

图8 冲片叠铆预压贴合仿真模型

综上所述，采取塞棒模具进行内锥面校形是否有效，紧张看上、下层冲片A、C对中间层冲片B的摩擦力f1与f2之和是否小于塞棒模具张紧力的水平分力F1。
当冲切刀块处于换刀周期的后期时，刃口变钝，毛刺和翘曲较大，叠铆冲片之间摩擦较严重，会涌现f1+f2≥F1的情形，即涌现“自锁”征象，基于塞棒模具的内锥面校形就会失落效。
涌现自锁时纵然加大塞棒模具的轴向推力F，对冲片也无法起到校正浸染。
由上述剖析可知，采取内锥面校形工艺存在不可靠性。

3基于附加动力源的外圆柱面校形装置设计

由以上剖析可知，利用塞棒模具校正内锥面的方法并不能起到较好的整形效果，故设计了一种基于附加动力源的外圆柱面校正装置，如图9所示，以6片弧形整形块分布于锥形电机铁芯外圆柱面，外接气动装置供应动力源，整形块安装在T形滑槽上，高频往来来往式拍打不整洁的叠铆铁芯外圆面。
校形过程中，硅钢冲片仅受到水平方向校形力，无浸染于冲片的垂直分力F2，故不会增加冲片之间的摩擦力。
由于硅钢冲片内外圆同轴度由冲切模具担保，外圆柱面完成校形，等同于内锥面亦同步实现了校正。
该气动校形装置的六瓣弧面校形板受到同一气源压力驱动，同时底部采取浮动式约束，可以实现自动找正，经由多次高频高速拍打，终极可以得到叠铆整洁的圆柱面和内锥面。

图9 气动自动找正式外圆柱面校形构造

▍原文作者：王锦波 1金爱民 1王冬艳 2赵海波 2盛小涛 2王成勇 2

▍作者单位：1. 安徽飞行电器有限公司；2. 合肥工业大学

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