1.本发明涉及模具冲压技术，尤其涉及一种风力发电机铁芯矽钢冲片毛刺高度控制方法。
背景技术：
2.矽钢是制作各发电机及电动机铁芯很重要的软磁材料，它的电磁性能与材料的晶粒大小、晶粒位相、夹杂物数量及形态、以及钢片厚度等。使用厂家为了获得一定尺寸和形状的铁芯，需要对整张钢片进行冲剪与叠装，冲裁过程会对硅钢片的磁性能造成不利影响。对风力发电机冲片，由于其冲片尺寸较小，变形区所占比例较高，冲压质量的影响尤为显著。且铁芯冲片冲裁叠片是连续无间断进行的，冲裁后没有去毛刺过程，因此，冲裁毛刺高度大小对风力发电机铁芯质量具有重大影响。目前已有研究证实了此观点，针对风力发电机铁芯冲片毛刺高度控制技术的研究，在国内外尚属空白。
3.现有的风力发电机铁芯矽钢冲片无法控制毛刺高度，降低了矽钢冲片质量，影响了风力发电机的整体性能。
技术实现要素：
4.发明目的：本发明的是为了解决现有技术中的不足，提供一种风力发电机铁芯矽钢冲片毛刺高度控制方法。
5.技术方案：一种风力发电机铁芯矽钢冲片毛刺高度控制方法，具体步骤为：1）对冲裁间隙模拟分析，选用有限元模拟软件进行不同间隙的冲裁实验模拟，实验不同间隙下矽钢冲片毛刺的变化，凸模、凹模和压边圈均选用刚体模型，材料选用弹塑性模型，进行多边形网络划分，并在模具刃口附近局部细化，以提高模拟精度，在有限元模拟软件材料库中导入矽钢材料的性能参数，包括抗拉强度、屈服强度、弹性模量和泊松比，在有限元模拟软件中输入材料厚度、冲裁速度、凸模刃口直径、压边力和摩擦因子，通过有限元分析软件可以获取不同冲裁间隙对毛刺高度的影响关系图，分析其影响趋势，获取一定的最优的冲裁间隙范围，为后面做实验验证提供参考；2）对矽钢进行冲裁实验，通过调整冲裁间隙，观测矽钢材料在不同间隙下冲裁的毛刺高度，冲裁间隙大时矽钢材料受拉伸严重造成毛刺较大，形成拉断毛刺；冲裁间隙小时矽钢材料受挤压严重造成毛刺较大，形成挤压毛刺；掌握冲裁的毛刺产生的机理，获取实际冲裁间隙对毛刺高度影响关系，验证仿真结论，提供试验数据集。
6.3）用有限元模拟软件对冲裁速度进行模拟分析，模拟时的滑块速度范围取为10～500mm/s，选择矽钢材料的材料参数进行模拟，为了和实际实验结果对比，模拟设定材料厚度、冲裁间隙、断裂准则、凸模刃口直径、压边力大小和摩擦因子，通过有限元分析软件获取不同冲裁速度对毛刺高度的影响关系图，分析其影响趋势，获取一定的最优的冲裁速度范围，为后面做实验验证提供参考，减低试验成本；4）选择不同的冲裁速度对矽钢材料进行冲裁实验，选取不同的冲裁速度进行冲
裁，得到在不同速度下矽钢材料毛刺高度与光亮带宽度的变化趋势，观察冲裁速度对矽钢冲裁毛刺高度的影响，验证仿真结论，提供试验数据集。
7.5）采用正价分析法，从大量试验数据集中，寻找到最优的冲裁速度和冲裁间隙，获得最小的毛刺高度，建立其经验数学模型，为不同工况下矽钢片冲裁加工的毛刺高度控制提供依据和理论支持。
8.本发明的进一步改进在于，步骤1）中，矽钢材料的厚度为0.35mm和0.5mm， 抗拉强度为450mpa；屈服强度为310mpa；弹性模量为202000mpa；泊松比为0.4,所述冲裁间隙取值范围为凸模刃口直径的5.6%～8.7%。
9.本发明的进一步改进在于，步骤3）中，所述矽钢材料厚度为0.5mm；冲裁间隙为0.08mm，冲裁速度为50mm/s，凸模刃口直径为30mm，压边力为10kn，摩擦因子为0.1，毛刺高度较小。
10.本发明的进一步改进在于，步骤4）中，随着冲裁速度的增加，冲裁断面的光亮带和断裂带宽度在固定范围内波动。
11.与现有技术相比，至少实现了如下的有益效果：本发明提供的一种风力发电机铁芯矽钢冲片毛刺高度控制方法，通过小批量冲裁试验的研究以及结合有限元模拟软件进行仿真，通过试验和仿真结果验证冲裁间隙以及冲裁速度对矽钢冲片毛刺高度的影响规律，从而确定冲裁间隙和冲裁速度参数范围，有效地控制了毛刺高度，进而控制了矽钢冲片质量，最终提高了铁芯性能，为风电发电机铁芯冲片的实际生产提供了指导依据。
附图说明
12.图1为本发明矽钢冲片的结构示意图；图2为本发明冲裁的间隙示意图。
13.附图标记：dp-凸模刃口直径、dd-凹模刃口直径、z-冲裁间隙。
具体实施方式
14.现详细描述本发明的示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
15.参阅附图1-2，本发明一种风力发电机铁芯矽钢冲片毛刺高度控制方法，具体步骤为：1）对冲裁间隙模拟分析，选用有限元模拟软件进行不同间隙的冲裁实验模拟，实验不同间隙下矽钢冲片毛刺的变化，凸模、凹模和压边圈均选用刚体模型，材料选用弹塑性模型，进行多边形网络划分，并在模具刃口附近局部细化，以提高模拟精度，在有限元模拟软件材料库中导入矽钢材料的性能参数，包括抗拉强度、屈服强度、弹性模量和泊松比，在
有限元模拟软件中输入材料厚度、冲裁速度、凸模刃口直径、压边力和摩擦因子，通过有限元分析软件可以获取不同冲裁间隙对毛刺高度的影响关系图，分析其影响趋势，获取一定的最优的冲裁间隙范围，为后面做实验验证提供参考；2）对矽钢进行冲裁实验，通过调整冲裁间隙，观测矽钢材料在不同间隙下冲裁的毛刺高度，冲裁间隙大时矽钢材料受拉伸严重造成毛刺较大，形成拉断毛刺；冲裁间隙小时矽钢材料受挤压严重造成毛刺较大，形成挤压毛刺；掌握冲裁的毛刺产生的机理，获取实际冲裁间隙对毛刺高度影响关系，验证仿真结论，提供试验数据集；3）用有限元模拟软件对冲裁速度进行模拟分析，模拟时的滑块速度范围取为10～500mm/s，选择矽钢材料的材料参数进行模拟，为了和实际实验结果对比，模拟设定材料厚度、冲裁间隙、断裂准则、凸模刃口直径、压边力大小和摩擦因子，通过有限元分析软件获取不同冲裁速度对毛刺高度的影响关系图，分析其影响趋势，获取一定的最优的冲裁速度范围，为后面做实验验证提供参考，减低试验成本；4）选择不同的冲裁速度对矽钢材料进行冲裁实验，选取不同的冲裁速度进行冲裁，得到在不同速度下矽钢材料毛刺高度与光亮带宽度的变化趋势，观察冲裁速度对矽钢冲裁毛刺高度的影响，验证仿真结论，提供试验数据集。
16.5）采用正价分析法，从大量试验数据集中，寻找到最优的冲裁速度和冲裁间隙，获得最小的毛刺高度，建立其经验数学模型，为不同工况下矽钢片冲裁加工的毛刺高度控制提供依据和理论支持。
17.具体地，对矽钢进行冲裁实验，选用0.5mm规格的矽钢材料在不同冲裁间隙下产生毛刺，随着冲裁间隙的增大，毛刺高度均呈现先降低后升高的趋势，且在5.6%～8.7%左右时毛刺高度最小，冲裁间隙太大时材料受拉伸严重造成毛刺较大，这时形成的是拉断毛刺；而冲裁间隙太小时材料受挤压严重造成毛刺较大，这时形成的是挤压毛刺。因此为了使矽钢材料获得小的毛刺，对于厚度为0.5mm的矽钢材料，冲裁间隙建议取值范围5.6%～8.7%，在此范围内的间隙取得大一点，可以延长模具的使用时间。模具冲裁间隙在8.7%～14.8%范围内时，矽钢材料随着牌号的降低，毛刺高度降低；冲裁间隙为3.2%-5.6%时，随着矽钢材料牌号的降低，毛刺高度增加；但是在其它冲裁间隙下，材料的毛刺并没有规律性的增大或者减小，不同牌号矽钢材料的毛刺对间隙的敏感度不一样。
18.在不同间隙下冲裁的矽钢冲片毛刺高度，和0.5mm规格的矽钢材料类似，两种材料的毛刺高度也是在冲裁间隙较小和较大的时候都比较大，冲裁间隙范围在6.8%～10.9%时，材料毛刺高度最小。因此为了使矽钢冲片获得小的毛刺，对于0.35mm 厚的这两个牌号矽钢材料，冲裁间隙的取值范围为5.2%～9.8%，在毛刺高度满足要求的情况下，冲裁间隙可以适当取得大一点。
19.选用有限元模拟软件进行不同间隙的冲裁实验模拟，主要研究不同间隙下冲裁矽钢冲片质量的变化，所以凸模、凹模和压边圈均选用刚体模型，材料选用弹塑性模型，划分多边形网络，并在模具刃口附近局部细化以提高模拟精度，相应参数是根据真实拉伸实验曲线获得的，其抗拉强度为450mpa，屈服强度为310mpa。需要输入的材料参数，弹性模量e为202000mpa，泊松比μ为0.4，其它模拟条件如下: 材料厚度为0.5mm；冲裁速度为50mm/s；凸模直径为30mm；压边力为10kn；摩擦因子为0.1，选择有限元模拟软件中的断裂准则，选取断裂阀值为2。
20.具体地，本发明模拟不同冲裁间隙下冲裁断面的光亮带、断裂带和圆角的分布情况。通过软件仿真模拟，得到不同间隙（模拟单面间隙依次为 1%、2%、4%、6%、8%、10%、12%、 16%）下的断面结果，可以看出随着冲裁间隙增加，断面质量是呈规律性变化的。冲裁间隙越大，光亮带宽度越窄，断裂带与圆角带宽度越大。单面冲裁间隙为1%时，光亮带宽度为327μm，断裂带宽度为139μm，圆角宽度为34μm；单面冲裁间隙为16%时，光亮带宽度为163μm，断裂带宽度为212μm，圆角宽度为120μm。这是因为当冲裁间隙小时，材料冲裁区受到的应力状态主要是压应力，随着间隙的增大，冲裁区应力状态逐渐以拉应力为主，因此矽钢材料产生裂纹的时间提前，断裂带宽度就增加、光亮带宽度减小，这与实际冲裁结果一致。同时由于冲裁间隙增加，模具刃口附近冲裁材料受牵连产生的弯曲和伸长变形效果更明显，导致零件断面圆角增大。
21.对矽钢材料进行冲裁实验, 冲裁间隙选为0.08mm，冲裁速度选为100r/min、120r/min、140r/min、160r/min、180r/min、200r/min、220r/min，得到不同速度下矽钢材料毛刺高度与光亮带宽度的变化趋势，毛刺高度与光亮带宽度随速度增加并没有明显的变化趋势，说明冲裁速度对冲裁件的质量有一定影响，但没有一个具体的速度使冲裁件的质量最好。因此在实际生产中，可以根据效率和设备选择合适的冲裁速度。由于速度实验所取的冲裁速度范围不大，所以后续进行模拟验证。
22.模拟时的滑块速度范围为10-500mm/s，选择矽钢片的材料参数进行模拟，为了和实际实验结果对比，模拟参数如下:材料厚度为0.5mm；冲裁间隙 0.08mm；凸模直径30mm；压边力10kn；摩擦因子0.1，不同速度下断面各特征带宽度的分布情况：随着速度的增加，冲裁断面的光亮带和断裂带宽度在一定程度范围内波动，没有出现单调的递增或者递减趋势，而冲裁断面圆角的大小随速度增加基本没有变化，冲裁速度对断面的光亮带和断裂带有较小影响，对断面的圆角带基本没有影响。
23.综上所述，本发明提供的一种风力发电机铁芯矽钢冲片毛刺高度控制方法，通过小批量冲裁试验的研究以及结合有限元模拟软件进行仿真，通过试验和仿真结果验证冲裁间隙以及冲裁速度对矽钢冲片毛刺高度的影响规律，从而确定冲裁间隙和冲裁速度参数范围，有效地控制了毛刺高度，进而控制了矽钢冲片质量，最终提高了铁芯性能，提高了发电效率。
24.虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围，本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改，本发明的范围由所附权利要求来限定。