Y100L1-4三相异步电动机定子铁心制造

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前言

铁心制造工艺包括铁芯冲片的冲制工艺和铁心的压装工艺，所用的主要设备有剪床、冲床、半自动冲槽机和油压机等

一、材料的选择

硅钢片是铁硅合金钢片，品种多、规格全、用量大。硅钢片按制造工艺不同分为热轧和冷轧两大类。冷轧又有各向同性（无取向）和各向异性（有取向）两种。70年代以前，国内外均以热轧硅钢片为主。近年来，由于冷轧钢片性能优越，工艺性好，发展迅速，技术先进的国家已经淘汰了热轧硅钢片。我国冷轧硅钢片的生产发展也很快，DW等系列冷轧无取向硅钢片的产量逐年增加，应用范围扩大。

热轧硅钢片

硅钢片越薄，铁心损耗越小，但冲片的机械强度减弱，铁心制造的工时增加，叠压后由于冲片绝缘厚度所占的比例增加，因而减小了磁路的有效截面积。所以，过薄的硅钢片在电机中也是不宜采用的。在电机和变压器中，一般采用厚度为0.5mm和0.35mm的热轧硅钢片。

热轧硅钢片的新旧型号、电磁性能及应用见表。

不同型号和规格的硅钢片，力学性能是不同的。硅的质量分数低的硅铜片韧性较好，宜于冷冲加工，随着硅的质量分数的增加，硅钢片的硬度也增加，而且变脆，容易磨钝冲模的刃口，冲件的冲断面不光滑，甚至在冲剪处产生裂纹。所以硅钢片DR510 – 50～DR405 – 50主要用于制造电机的铁心，DR360 – 50 ~ DR265 – 50、DR320 – 35 ~DR225 – 35主要用于制造变压器的铁心，因为后者不需要复杂的冷冲加工。

硅钢片的厚度对冲摸的结构有很大影响，通常，凸凹模刃口之间的间隙为硅钢片厚度的10%～15%。因此，冲制厚度不同的硅钢片，应该选用不同间隙的冲模，否则将影响冲片的质量和冲模的寿命。

通过分析热轧硅钢片的功能及其特点，我选用厚度为0.5mm的硅钢片DR510—50。

常用热轧硅钢片新旧型号及应用

注：1.DR、D- 50Hz电工用热轧硅钢片，DRC、DG- 400Hz电工用热轧硅钢片；

2.字母后数字——横线以前为铁损瓦数值的100倍，横线以后为厚度毫米数的100倍；

3.B100磁场强度为100A/cm时辟感应强度(T)，P15/50用50Hz反复破化的磁感应强度大值1.5 T时的单位铁损(W/kg)。

二、铁芯冲片的冲制工艺

2.1硅钢片的裁剪

我国生产的硅钢片，大部分还是板料，裁成一定长宽的矩形，包装供应。有600mm× 1200mm,670mm×1340mm,750mm×1500mm,810mm×1620mm, 860mm×1720mm, 900mm x1800mm，1000mm×2000mm等规格。选用什么尺寸规格的硅钢片，应该根据定子铁心外径来确定，以得到合理的应用，避免边角料过大，造成浪费。

经计算得以上规格的利用率：

600mm×1200mm的利用率为55.04％； 670mm×1340mm的利用率为67.25％； 750mm×1500mm的利用率为60.38％； 810mm×1620mm的利用率为71.90％； 860mm×1720mm的利用率为67.93％；

900mm×1800mm的利用率为64.06％；1000mm×2000mm的利用率为67.93％。

故我选择利用率最高的810mm×1620mm规格的板料。

2.2 冲片的类型及技术要求

2.2. l铁心冲片的类型

按照铁心冲片形状的不同，铁心冲片分为圆形冲片、扇形冲片和磁极冲片。

在中小型交流电机和直流电机电枢铁心中通常都采州圆形冲片，电工钢板的最大宽度为l000mm，考虑冲制的搭边量后，圆形冲片的外径应不超过990mm。

另外，汽轮发电机、水轮发电机和其它大型电机的铁心，均采用扇形冲片结构形式。直流电机和同步电机的磁极铁心常用磁极冲片压装而成。

在定子冲片外圆上冲有鸠尾槽，以便在铁心压装时安放扣片，将铁心紧固。在定子冲片外圆上还冲有记号槽，其作用是保证叠压时按冲制方向叠片，使毛刺方向一致，并保证将同号槽叠在一起，使槽形整齐，转子冲片的轴孔上冲有键槽和平衡稽。叠片时键槽起记号槽作用；转子铸铝时键槽与假轴斜键配合，以保证转子槽斜度。平衡槽丰要使转子减少不平衡度。

2.2.2 铁心冲片的技术要求

冲片质量对电机性能的影响很大，其主要技术要求如下：

1)冲片的外径、内径，轴孔，槽形以及槽底直径等尺寸，应符合图纸要求。

2)定子冲片毛刺小大于0.05mm，用复式冲模冲制时，个别点不大于0.1mm。转子冲片毛刺不大于0.1mm 。

3)冲片应保证内、外圆和槽底直径同轴，不产生椭圆度。

4)槽形不得歪斜，以保证铁心压装后槽形整齐。

5)冲片冲制后，应平整而无波浪形。对于涂漆冲片，单而漆膜厚度为0.1~0.15mm（双面为0.25mm），表面应均匀、干透、无气泡及发花。

2.3 铁芯冲片的冲制方法

定、转子冲片有以下几种冲制方法，它们所要求的冲模各不相同。

1、单冲

每次冲出一个连续的（最多有一个断口的）轮廓线。例如轴孔及键槽，一个定子槽或个转子槽。单冲的优点是单式冲模结构简单、容易制造、通用性好，生产准备工作简单，要求冲床的吨位小。它的缺点是冲制过程中是多次进行的，不可避免地带来定子冲片内外圆同轴度的误差，以及定子槽和转子槽的分度误差，因此冲片质量较差，劳动生产率不高。单冲主要用于单件生产或小批量生产中，能减少工装准备的时间和费用。此外在缺少大吨位冲床时，也常常采用单冲。

2、复冲

每次冲出几个连续的轮廓线。例如能一次将轴孔、轴孔上的键槽和平衡槽以及全部转子槽冲出，或一次将定子冲片的内圆和外圆冲出。复冲的优点是劳动生产率高，冲片质量好。缺点是复式冲模制造工艺比较复杂，工时多，成本高，并要求吨位大的冲床。复冲主要用于大批量生产中。

3、级进冲

将几个单式冲模或复式冲模组合起来，按照同一距离排列成直线，上模安装在同一个上模座上，下模安装在同一个下模座上，就构成一付级进式冲模。冲模内有四个冲区，第一个冲区冲轴孔、轴孔上的键槽和平衡槽以及全部转子槽和两个定位孔，第二个冲区冲鸠尾槽、记号槽和全部定子槽，第二个冲区落转子冲片外圆，第四个冲区内落定予冲片外圆。这样，条料进去后，转子冲片和定子冲片便分别从第三个冲区和第四个冲区的落料孔中落下，自动顺序顺向迭放。

根据课程设计的要求，我选择了复冲的冲制方法。

2.4 冲片制造工艺方案的选择

异步电动机定、转子冲片。充值工艺复杂多样。我选择了书上的第二个方案，以下是我选择方案二的原因以及其他两个方案的特点。

第二方案：复冲，先落料，后冲槽。

分三个工步： 第一步“一落二”，即复冲定子冲片的内圆和外圆（包括定于冲片外蹦上的定向标记）； 笫二步定子冲片子以内圆定位，定向标记定向，复冲全部定子槽和外圆上的鸠尾槽及记号槽； 第三步转子冲片以外圆定位。复冲全部转子槽、轴孔及轴孔的键槽和平衡槽。

这一方案的优点是：①劳动生产率高；②可以采用套裁，硅钢片的利用率较高；③定、转于槽连同各自的记号槽同时冲出，冲片质量较好；④定子冲片内外圆同时冲出，容易由模具保证同轴度；⑤容易实现单机自动化，即机械手进料，机械手取料；⑥复冲定转子槽可以同时在两台冲床上进行，和第方案比较，缩短了加工周期。其缺点是复冲定子槽时如果内圆定位盘磨损，会使槽底圆周与内圆不周轴，叠压时，以内圆胀胎为基准，会使槽孔不整齐。

2.5 冲床的选择

冲床的设计原理是将圆周运动转换为直线运动，由主电动机出力，带动飞轮，经离合器带动齿轮、曲轴(或偏心齿轮)、连杆等运转，来达成滑块的直线运动，从主电动机到连杆的运动为圆周运动。连杆和滑块之间需有圆周运动和直线运动的转接点，其设计上大致有两种机构，一种为球型，一种为销型(圆柱型) ，经由这个机构将圆周运动转换成滑块的直线运动。冲床对材料施以压力，使其塑性变形，而得到所要求的形状与精度，因此必须配合一组模具(分上模与下模)，将材料置于其间，由机器施加压力，使其变形，加工时施加于材料之力所造成之反作用力，由冲床机械本体所吸收。

冲床名牌上规定的吨位为冲床的额定吨位。额定吨位的大小，反应冲床的冲裁能力。在我国，偏心冲床和曲轴冲床都已成系列生产，公称压力可分为15个等级，即4t、6.3t、10t、16t、25t、40t、63t、80t、100t、125t、160t、200t、250t、315t、400t。选择冲床时，必须使冲床的额定吨位大于所需要的冲裁力。

冲片冲裁时所需要的冲裁力F(单倚为N)按下式汁算

P= Ktlτ/9810 式中

t——硅钢片的厚度(m)；

l——冲制轮廓线的长度(m)；

τ——材料的抗剪强度( MPa)．经过退火的硅钢片τ=190MPa；

K——考虑弹性脱料装置的压缩力、硅钢片厚度公差、冲模间隙的变化及刃口变钝等因素而使冲裁力增大的系数，可取K =1.3。

由上面的公式计算每步的冲裁力来选择每一步所需的冲床，步骤如下：

转轴的键槽长度为：11.46mm=0.01146m

全部转子槽（包括标记槽）长度为：35.6*32=1139.2mm（32个）=1.1392m

全部定子槽长度为：37.35*36=1344.6mm（36个）=1.3446m

外圆的鸠尾槽（包括标记槽）长度为127.92mm=0.12792m

定子冲片的内圆长度为：307.88mm=0.30788m

定子冲片的外圆长度为：405.79mm=0.40579m 轴孔长度为：π*36=113.10mm

第一步 “一落二”，即复冲定子冲片的内圆和外圆（包括定于冲片外蹦上的定向标记）；

l=307.88+405.79=713.67mm =0.71367m P=1.3*190e6*0.0005÷9810*0.71367=8.98t

故第一步时冲床选择10t

笫二步 定子冲片子以内圆定位，定向标记定向，复冲全部定子槽和外圆上的鸠尾槽及记号槽；

l=1.3446+0.12792=1.47252m

P=1.3*190e6*0.0005÷9810*1.47252=18.54t

故第二步时冲床选择25t

第三步转子冲片以外圆定位,复冲全部转子槽、轴孔及轴孔的键槽和平衡槽。 l=1.1392+0.1131=1.2523m P=1.3*190e6*0.0005÷9810*1.2523=15.77t 故第三步时冲床选择 16t

三、铁心的压装工艺

3.1铁心的类型及技术要求

3.1.1铁心的类型

按照冲片形状的不同，可将铁心分为整形冲片铁心（图3 – 29a）、扇形冲片铁心(图 3 – 29b)和磁极铁心（图3- 29c）三类。整形冲片铁心又可分为圆形冲片铁心和多边形冲 片铁心两种。在中小型电机中大多数都采用圆形冲片铁心，在个别情况下，采用多边形冲片 铁心。扇形冲片铁心主要用于大型电机。磁极铁心则用于直流电机和凸极式同步电机。

3.1.2铁心技术要求

电机铁心是由很多冲制好的冲片叠压而成的。它的形状复杂，叠好后的铁心要求其尺寸 准确、形状规则，叠压后不再进行锉槽、磨内圆等补充加工。要求叠好后的铁心紧密成一整 体，经运行不会松动。铁心还要具有良好的电磁性能，片间绝缘好，铁损耗小等。对于中小 型异步电动机定子铁心压装应符台下列技术要求：

1)冲片间保持一定的压力，一般为(6.69～9.8) *l0e5Pa

2)重量要符合图纸要求。

3)应保证铁心长度，在外圆靠近扣片处测量，允许为l1 ±1mm，在两扣片之间测量，允许比扣片处长1mm。

4)尽可能减少齿部弹开，在小型异步电动机中，齿部弹开允许值如下：

5)槽形应光洁整齐，槽形尺寸允许比单张冲片槽形尺寸小0.2mm。

6)铁心内外圆要求光洁、整齐；定子冲片外圆的标记孔必须对齐。

7)扣片不得高于铁心外圆。

8)在生产及搬运过程中应紧固可靠，并能承受可能发生的撞击。

9)在电机运行条件下也应紧固可靠。

归纳以上要求，在工艺上应保证定子铁心压装具有一定的紧密度、准确度（即尺寸精 度、表面粗糙度）和牢固性。

3.2定子铁心的压装

3.2.1内压装的工艺与工装

内压装是将定于冲片对准记号槽，一片一片地放在机座中后进行压装。压装的基准面是定子冲片外圆。由于冲片是一片一片直接放人的，冲片外圆与机座内圆配台要松一些，通常采用E8、E9/h6。压装后的铁心内圆表面不够光滑，与机座止口的同轴度不易保证，往往需要磨内圆，这不但增加工时，而且还增加铁耗。为了保证同轴度而又不磨内圆，可采用以机座止口定位的同心式压装胀胎(见图).

先把机座套在胀胎止口上，冲片在机座内叠好后，压下胀圈，把铁心撑紧，使铁心内圆变得较整齐，然后压紧铁心，以弧键紧固。由于胀胎是以机座止口定位，只要保证胀胎的同轴度，即可保证铁心内圆和机座止口的同轴度。关于槽形的整齐问题，主要靠槽样棒保证。铁心压装完毕，还要用通槽棒检查槽形尺寸。

内压装的优点是冲片直接叠在机座中，各种尺寸的电机均可采用，它和外压装相比，节省了定子铁心叠压后再压入机座的工序，所以这种方法在电机中心高较大时是比较方便的。其缺点是在叠压铁心以前，机座必须全部加工完，这样就会使生产组织上发生一定矛盾。同时，搬运、嵌线、褪漆时带着机座较为笨重，浪费绝缘漆，烘房面积的利用也不够充分。

3.2. 2 外压装的工艺与工装

外压装工艺是：以冲片内圆为基准面，把冲片叠装在胀胎上，压装时，先加压使胀胎胀开．将铁心内圆胀紧，然后再压铁心，铁心压好后，以扣片扣住压板，将铁心紧固。

典型的外压装胀胎(如图所示)这种胀胎称为整圆直槽锥面胀胎(锥度一般为3～5°)。胀套是整圆的，开有一个直槽，使用时靠液压机向下压，将胀套与心轴压平为止，有限地胀紧定子铁心内径。松开时亦利用液压的压力，先将胀胎提起一点，使顶柱离开垫板的孔，接触在垫板的平面上，然后用液压机顶心轴，使心轴与胀套分离。这种胀胎的优点是胀紧方比较均匀，垂直度比较好，结构不很复杂，制造也不困难。

有的工厂也采用图3- 35所示的三瓣单锥面胀胎，胀套2由三瓣组成，与心轴3用3°锥度相配，心轴下部有一螺杆，用来将心轴向下拉而使胀套2胀开，将铁心胀紧。这种胀胎的结构复杂，垂直度较差，胀紧力不甚均匀，所以铁心压装后的质量较差。

外压装铁心具有下列优点：

1)机座加工与铁心压装、嵌线、浸烘等工序可以平行作业，故可缩短生产周期。 2)在嵌线时，外压装铁心因不带机座，操作较内压装铁心方便。

3)绝缘处理时，操作也较内压装铁心方便，并可提高浸烘设备的利用率和节约绝缘漆。 定子铁心外压装在专门的液压机上进行，其结构如图所示。液压机有三个液压缸。首先由胀紧液压缸把铁心胀紧；然后主液压缸把铁心压紧；最后，副液压缸上升，与副液压缸连接的环形拉板上装有与扣片数目相同的滚轮，自动地把扣片压紧在铁心外圆的鸠尾槽里。

综上所述，故选择外压装方案。

3.3工艺文件及图纸

3.3.1冲片的工艺卡片

3.3.2压装的工艺守则

Y100L1-4三相异步电动机定子铁心压装工艺守则

1、适用范围

本守则适用于Y2系列三相异步电动机及其派生系列电动机定子铁心外压装。

2、材料

2.1 定子冲片

2.2 定子压圈（用于中心高112及以上电动机） 2.3 定子扣片 2.4 定子端板

3、设备及工具

3.1 理片机

3.2 油压机或铁心叠压专用机

3.3 定子铁心压装工具（包括上、下压胎、心轴、胀套）

3.4 槽样棒

3.5 台秤

3.6 钢直尺、卡尺、内径千分尺、角尺、塞尺

3.7 压扣片工具，核实冲片、扣片、压圈、端板的型号及规格。

3.8 电焊机

4、工艺准备

4.1 根据工作指令，核实冲片、扣片、压圈、端板的型号及规格。

4.2 理片时要求冲片毛刺方向必须一致，不允许有乱片及缺角，将标记槽对齐后，用细铁丝捆好。

4.3 检查压装工具是否齐全，心轴与胀套不允许有油污，槽样棒和槽型塞规等是否有变形及磨损现象。

4.4 检查机床工作是否正常。

5、工艺过程

5.1 将下压胎、心轴、胀套固定好（心轴与胀套处于自由状态），然后套入定子压圈或定子端板。

5.2 将理好的冲片按图样要求将质量称好，首先把大约20-25mm一叠的冲片套入胀套上，插入两根槽样棒，再把称好的冲片全部套入胀套上。

5.3 胀紧铁心，如果长度超过250mm是，必须分两次胀紧。

5.4 放上定子压圈或定子端板及上压胎。

5.5 将定子冲片按规定的压力加压（单位压力为3~4Mpa）。

5.6 将扣片放在扣片槽内，用压扣片工具（滚轮）将压扣片压平、撑紧，然后打弯上、下两端，使其紧密扣紧。

5.7 松去压力，取下上压胎，槽样棒，再取出铁心。

5.8 对H160及以上机座，需在两端将扣片与定子压圈用电焊焊接牢固。

6、质量检查

6.1 铁心长度L的公差检查（在扣片处测量），当L<160mm时，公差为±1.0；当L≥160mm时，公差为+2.0 -1.0

6.2 铁心外圆最大尺寸不得超过图样规定，铁心必须垂直不得歪斜。

6.3 铁心内圆要求整齐，尺寸公差应符合图样规定。

6.4 叠压后，槽形要求整齐，允许比冲片槽形基本尺寸小0.2mm。齿部弹开度公差见表。

6.5 铁心重量应符合图样的规定

7、注意事项

7.2 铁心要竖直堆放，搬运时不允许在地上滚动。

7.3 铁心叠压后不磨不锉，若槽口有毛刺影响嵌线时，允许用锉刀锉去。

7.4 近漆场所的通风，禁止烟火，禁止存放易燃易爆物品，必须有灭火设施。

7.5 每三个月检查一次。

7.6 定期检查烘房。

7.7 绝缘漆要存放在阴凉处。

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