适用于个性化定制和柔性生产的定转子气隙冲制新方法与流程

本发明涉及电机冲剪、铸铝、压轴等工序制造方案，属于中小型电机智能制造领域。

背景技术：

随着世界各国对电机效率要求越来越高，通过电机电磁设计和增加有效材料来降耗提效的方法，空间越来越小。而通过改进电机制造工艺方法来降低损耗的方法越来越受到重视。电机定转子加工中冲切气隙是降低转子损耗、提高电机效率的有效方式之一。中小型电机定转子间气隙相对高压电机大中型电机要小的多，冲气隙工艺操作麻烦，所以研究较少；以前电机效率要求不高，冲气隙工艺不受重视。反而是转子车削后表面酸洗去表面残留铁铝屑和毛刺的方法比较多，随着环保要求越来越高，酸洗工艺废酸液排放受到限制，定转子冲气隙工艺对降低转子损耗、提高效率越来越受重视。而电机冲切定转子气隙工艺受到冲片、铸铝、轴加工等因素质量制约，一直在小范围实施，对于普通的多规格、小批量电机一直不能普及实施。

随着电机行业智能制造工作的实施，企业的自动化和信息化工作不断深入，产品的加工精度和质量有了很大的提高，一些传统的工艺得以优化、原来实施困难的工艺得以解决。通过提高冲片和轴、铸铝的精度，保证冲气隙的质量，为冲气隙工艺的实施奠定了基础，为电机的质量、效率提高奠定了基础。

传统的精车转子外圆工艺，车刀断续切削，磨损较快，增加了刀具刃磨和安装调整的时间，降低了工作效率。而且在精车转子外圆后，会形成倒齿、倒片和毛刺而导致片间粘连，转子形成表面因涡流而产生损耗，降低了电机效率。同时车削时铁屑、铝屑容易进入槽口和径向风道内，难以清理，破坏了转子片间绝缘，增加了转子损耗，影响电机可靠运行。

目前，冲切定转子间气隙主要有：

1)高压电机一般采用单槽冲的模式来加工电机冲片

冲气隙工艺应用于高压电机及风力发电机产品中，尤其是气隙较大的铜排转子制造中。铜排转子均为开口槽结构，在采用传统的精车转子外圆工艺时，除了会出现上述的缺点外，车削转子外圆时铁屑还容易进入槽口内和径向通风道内，难以清理，对电机的可靠运行带来不利影响。高压电机冲槽切气隙工艺是将单槽冲模具冲槽与切气隙部分连为一体，但切气隙部分偏在一侧。这种方法适合大中型电机定转子气隙大，数量非常少的产品。

2)小电机采用高速级进冲的方式完成定转子冲片加工

小电机冲气隙一般采用级进冲工艺来实现。级进冲工艺如图1及图2所示，如图1所示，从左至右依次为：(a)冲导向孔、转子铆点通孔；(b)复冲全部转子槽型、定子扣片槽；(c)冲轴孔、转子扣点；(d)转子落料；如图2所示，从左至右依次为：(e)冲定子内孔、气隙；(f)复冲全部定子槽型、定子扣点；(g)定子落料。根据冲裁力的分布、凹模强度及技术要求将几个单式冲模或复式冲模分工序排列在不同的工步上，结合高速级进冲设备设计模具的排样和模架，采用寿命较长的模具材料加工、装配完成级进冲模具。这种工艺模具和冲压设备投入大，适合规格少、批量大的产品。

以上这些方案只是针对特殊转子和大批量电机冲片采取的工艺措施，而对多品种、小批量的常规电机的冲片加工，并不适合。这些电机冲片加工一般是采用：一落三下料，再冲定转子槽型，和全复式下料，先把定子片冲出，再切废片、冲转子槽型的工艺方式加工。这些电机定转子间气隙依旧采用车气隙的工艺。

对于规格多，批量小的电机规格，一般冲片生产工艺分两种：

1)一落三下料工艺，就是在冲片下料工序，一次将定子环片，转子环片，轴孔冲出，然后再进行定子片冲槽型，转子片冲槽型作业。这种工艺适合对规格比较大的电机冲片加工。下料冲床只要打出定子外圆，转子外圆，轴孔圆孔，冲裁力要求不大。因而冲床吨位可以小，一次性投入经济实用。定转子冲槽型的冲床，只冲槽型，吨位也可以小，设备一次性投入小。一般规格较大的电机冲片加工采用这种工艺，常用于h250以上的冲片，机床吨位不大的情况。

2)全复式冲压下料工艺，这种工艺下料模具是复合模具，一次将定子外圆、定子槽型，转子轴孔等一次冲出。转子带着定子槽型废料片，呈葵花盘样，然后再经一道切“葵花片”的切边工序，才能形成转子环片，然后转子再去冲槽型。这种工艺将冲片下料和定子冲槽型两道工序合起来，因此下料冲床吨位要求比较大，一次性投入比较大。转子圆片多了一道切边工序，总体加工比一落三工艺效率高。适合规格较小，如h250以下，批量较大的电机冲片加工。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：现有的冲切定转子间气隙只是针对特殊转子和大批量电机冲片采取的工艺措施，而对多品种、小批量的常规电机的冲片加工，并不适合。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种适用于个性化定制和柔性生产的定转子气隙冲制新方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、加工转子冲片及定子冲片，其中，若待加工的电机为规格较大的电机则采用一落三工艺加工转子冲片及定子冲片，若待加工的电机为规格较小的电机则采用复式冲工艺加工转子冲片及定子冲片，若待加工的电机为气隙较大的电机则采用一落四工艺加工转子冲片及定子冲片；

一落三工艺包括以下步骤：

采用伺服偏摆下料方式，冲床直接冲出定子圆片、转子圆片和轴孔，然后一落三下料分别冲定子片、转子片，在一落三下料时，将气隙留在定子圆片上，随定子槽型冲制过程直接冲出气隙，或者在一落三下料时，将气隙留在转子圆片边，随着转子槽型的冲制，将气隙直接冲出；

复式冲工艺包括以下步骤：

冲床直接冲出定子片并直接冲出气隙，并将定子冲片槽型“瓜子片”和气隙圆片一起冲出，转子圆片则和轴孔一起冲出，转子圆片是冲完气隙的圆片；

或者冲床直接冲出定子片、转子带葵花片的圆片，在将葵花片切除时，将气隙一起直接冲出，然后转子再冲槽型；

一落四工艺包括以下步骤：

采用摇摆下料，冲床直接冲出定子片、气隙、转子片和轴孔，然后分别冲定子片、转子片槽型；

步骤2、将步骤1得到的转子冲片及定子冲片进行叠片；

步骤3、进行转子铸铝；

步骤4、装配轴与铸铝转子。

优选地，步骤1中，所述规格较大的电机指机座号在h280以上的电机；所述规格较小的电机为机座号在h63至h280之间的电机；所述气隙较大的电机为2p和4p电机。

优选地，步骤2中，采用自动理片机进行转子冲片及定子冲片的理片及叠片。

优选地，步骤3中，转子铸铝时，铸铝铝液温度t＝680-t1，式中，t1＝t2-25，t2为环境温度，当t2高于或者低于25度时，铸铝铝液温度t根据环境温度对25度的差值进行调整，以补偿环境温度对铸铝的影响。

优选地，步骤3中，转子铸铝时所使用的中套模的内径尺寸确定为d＝d1+k，式中，d1为转子冲片外径，k为系数；中套模采用h13热作模具钢，内径尺寸加工为d后，在中套模内壁上加工出和转子槽数相等的排气槽，中套模加工好后，先加热到600～700度，热处理至表面硬度35～45度，然后进行渗氮处理。

优选地，对于机座号h225以下的电机转子，所述系数k取0.03～0.05mm，对于h225以上的电机转子，所述系数k取0.08～01mm；所述排气槽的深度为0.03～0.1mm。

本发明根据常用电机冲片的加工的特点，提出采用定、转子冲气隙和提高铸铝精度，取消电机转子车气隙的工艺方案。针对不同规格电机，采取不同的冲气隙方案，适用于普通电机的多品种少批量的生产方式，符合电机产品的个性化定制和柔性化生产要求，具体而言，本发明具有如下优点：

1)本发明提供的工艺保证了轴和铸铝转子的质量和同轴度，转子外表面没有溢铝，可以完成转子免车削工艺。

2)转子外圆和定子内缘间气隙冲出工艺，可以避免因车削所带来的铁屑、铝屑所造成的片间绝缘的破坏，减少了转子表面电流的产生，可有效降低转子损耗，提高了电机的效率。

3)可节省车转子的车床4-5部，按取消4部车转子的车床，每台车床7.5kw，年运行4000小时计算，节约用电量17.6万度，考虑到大型电机功率达到22kw,节能效果十分可观；同时，取消了车削转子外圆(车气隙)工序，提高了生产效率，同时节省了大量的刀具，降低了生产成本。

附图说明

图1及图2为现有的级进冲工艺示意图；

图3及图4为一落三工艺示意图；

图5及图6为复式冲压工艺示意图；

图7为一落四工艺示意图；

图8为冲气隙工艺流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图8所示，本发明提供的一种适用于个性化定制和柔性生产的定转子气隙冲制新方法包括以下步骤：

步骤1、加工转子冲片及定子冲片，其中，若待加工的电机为机座号在h280以上的规格较大的电机则采用一落三工艺加工转子冲片及定子冲片，若待加工的电机为机座号在h63至h280之间的规格较小的电机则采用复式冲工艺加工转子冲片及定子冲片，若待加工的电机为气隙较大的2p和4p电机则采用一落四工艺加工转子冲片及定子冲片；

本发明采用不同的冲剪方案，冲出定转子间的气隙，适用于不同类型的产品，具体如下：

1)一落三工艺

采用伺服偏摆下料方式，冲床直接冲出定子圆片、转子圆片和轴孔，然后分别冲定、转子片。如图3及图4所示，分两种形式：

a.一种方式是一落三下料时，将气隙留在定子圆片上，随定子槽型冲制过程直接冲出气隙。

b.第二种方式是一落三下料时，将气隙留在转子圆片边，随着转子槽型的冲制，将气隙直接冲出。

2)复式冲工艺

复式冲压工艺适合规格小的电机冲片，一般直接把定子片直接冲出，冲气隙方式如图5及图6所示可以分两种：

a.一种方式是冲床直接冲出定子片，并直接冲出气隙，并将定子冲片槽型“瓜子片”和气隙圆片一起冲出，转子圆片和轴孔一起冲出。转子圆片是冲完气隙的圆片，此工艺需采用组合模具。

b.另一种方式是冲床直接冲出定子片、转子带葵花片的圆片，在将葵花片切除时，将气隙一起直接冲出，然后转子再冲槽型。

3)一落四工艺

如图7所示，采用摇摆下料，冲床直接冲出定子片、气隙、转子片和轴孔，然后分别冲定、转子片槽型。

步骤2、转子片加工完成，可以采用自动理片机理片、叠片。

步骤3、转子铸铝，中套模材质采用热模钢，并对内表面采用渗氮工艺，提高模具的硬度，变形量小，中套模加工槽，深度为：小电机0.03～0.05mm，大电机0.08～0.1mm，利于转子排气，防止转子溢铝和变形。

关于转子铸铝的改进

转子铸铝要防止转子变形和铝液溢出，避免转子二次加工，为此，改进转子铸铝参数与工艺是必要的，经多次实验，确定：

(1)铝液温度的选择：

铸铝铝液温度t＝680-t1，式中，t1＝t2-25，t2为环境温度，当t2高于或者低于25度时，铸铝铝液温度t根据环境温度对25度的差值进行调整，以补偿环境温度对铸铝的影响。

(2)铸铝中套模的改进：

为了避免铸铝过程中铝液的溢出，将铸铝中套模内径尺寸d确定为：d＝d1+k，式中，d1为转子冲片外径，k为系数，对于机座号h225以下的电机转子，所述系数k取0.03～0.05mm，对于h225以上的电机转子，所述系数k取0.08～01mm；所述排气槽的深度为0.03～0.1mm。中套模采用h13热作模具钢，内径尺寸加工为d后，在中套模内壁上加工出和转子槽数相等的排气槽，中套模加工好后，先加热到600～700度，热处理至表面硬度35～45度，然后进行渗氮处理，使模具内壁硬度既耐高温，热变形度小，又耐磨，而且可以改善铸铝时转子槽内气体排出。

步骤4、轴加工采用轴加工单元，不掉头加工，保证轴的同轴度和加工精度。检查轴质量，将轴插入转子。加工轴时，提高轴的加工精度和同轴度，保证装配时轴与铸铝转子的同轴度，确定合理的公差配合，防止铸铝转子和轴变形，保证冲气隙均匀。

步骤5、转子入库。