（东方电气集团东方电机有限公司 四川德阳 618000）
摘要：本文简要介绍了基于厚度为0.2mm整圆冲片定子斜槽结构的三种实现工艺，包括内圆斜对键叠压方式，外圆斜键叠压方式以及斜槽加工直槽叠压方式。针对三种叠压方式本文对其各自的优缺点进行了分析，并开展了工艺试验。
关键词： 电动机；0.2mm冲片；定子斜槽叠压；工艺方法
在中、小电机中定子铁心大部分为硅钢片和扣片压合而成[1] ，在硅钢片的选取上，从损耗及叠压工艺复杂性上考虑，常选用0.5mm、0.35mm系列硅钢片。同时，设计过程中常采用定子铁心斜槽的方式消除齿谐波。为实现定子铁心斜槽，小型电机通常采用先直槽叠压，然后用专用胎具扭转的形式实现斜槽。此方式对于批量大的小型电机优势明显，但对于中、大型单体电机难以达到经济、操作方面的效果。而在冲片冲制过程中，通过专用设计的冲制工装，实现冲片斜槽的方式，其叠压工艺比较复杂，同样不适用于单体电机。
我公司设计开发的某型号电机定子为减少高频带来的涡流损耗，选用了0.2mm厚冲片，同时选用定子斜槽结构消除齿谐波，从而增加了定子叠压的难度。在叠压过程中，通过设计与工艺试验得到了三种斜槽的实现方式，解决了叠压的问题，也为同类型产品定子斜槽的叠压提供参考。
1 定子铁心结构
2 叠压的基础胎具
因此电机定转子气隙较小，为保证内圆尺寸，采用内圆心轴定位的方式进行胎具设计，同时为保证后续机座止口与定子铁心内圆的同轴度以及脱胎的便捷，心轴为焊肋中空加长结构，心轴内圆与冲片配车。
采用液压拉伸器进行施压，通过拉中间M30螺杆，往下压压板，压紧状态下再把紧8根M20拉紧螺杆，因为考虑螺栓的回弹量，因此液压拉伸器的拉紧力要大于设计压力值，从而保证残余压力。
3 斜槽的三种实现方式
3.1 方案一：内圆斜对键叠压
图3为采用内圆斜对键定位的方式实现斜槽。斜键倾斜的角度，按照定子铁心倾斜一个齿距的角度设计，并采用淬火后磨削加工的工艺方式加强斜键的表面光洁度及耐磨性。斜键的定位尺寸按照槽口尺寸配合，为便于脱胎，将斜键设计为对键结构。
叠压过程，将斜键装配在定位筋上，对键的斜面形成自锁，然后依次叠压，待叠压至定子铁心总长后，通过中空液压缸施压，迫使定子冲片按照斜键的方向进行旋转，从而实现斜槽的叠压。
1-施压板 2-上压板 3-下压板 4-中空液压缸
5-内圆定位心轴 6-定子铁心 7-内圆定位斜对键 8-斜对键
图3 定子铁心内圆斜键装压示意图
此方法的优势在于，内部心轴键槽设计一步到位，不存在过定位问题，对于单件产品而言叠压工艺也较简单。但其弊端在于定子铁心的倾斜依靠的是冲片齿部与斜键的相对运动。而此时冲片齿部的强度直接会影响到叠片的效果。如此电机曾采用0.35mm硅钢片叠片，按此内圆斜对键叠压方式叠压，较好的实现了斜槽的效果。但在更改为0.2mm厚的硅钢片后，由于厚度减薄，直接减小了冲片齿部刚度，致使按此法在后续施压的过程中，出现明显的错片现象。拆解后，发现局部冲片在齿槽根部出现塑性变形，扭曲，尤其在定位键位置。此时可判定冲片齿部的刚度已经无法克服施压过程中冲片产生的旋转力及片间摩擦力，从而不能将直线压紧力由斜键转化为旋转力，实现斜槽。
3.2 方案二：外圆斜键叠压
图4为采用外圆斜键定位的方式。建立在内圆心轴定圆的基础上，通过外圆斜键实现斜槽叠压。在齿部钢性不足的情况下，为克服0.2mm厚的硅钢片在叠压过程中产生的旋转力及片间摩擦力，将定位键槽设计在外圆磁轭位置，迫使叠压过程中冲片所产生的力量由钢性较强的磁轭部分承担，从而实现斜槽叠压。
叠压过程中，先通过内圆的直槽键及槽样棒将冲片按直槽形式叠压，当叠至总长后，取出内圆直槽键，然后将外圆定位斜键嵌入冲片外圆定位槽中，此时冲片处于自由状态，斜键的嵌入较为轻松，再将斜键通过止口配合的方式定位在内圆心轴上，最后完成铁心的压紧工作。
压紧过程中，直线压力传递在斜键上，再由斜键导向冲片，冲片克服片间摩擦力的作用产生旋转，最终实现斜槽。此时整个力量的传递将由钢性较好的磁轭部分承担，从而解决了施压过程齿部无法承力的问题，最终实现了0.2mm冲片定子斜槽的叠压，效果较好。
1-施压板 2-外圆定位斜键 3-上压板
4-下压板 5-定位杆 6-中空液压缸 7-内圆定位心轴
图4 定子铁心外圆斜键装压示意图
3.3 方案三：斜槽加工直槽叠压
以上两种斜槽实现方式均建立在通过斜键的方式进行实现。虽然都实现了斜槽叠压的目的，但其在施压过程中必然发生定子冲片随斜键的引导发生旋转运动。如方案一，一旦冲片与斜键着力点钢性不足，难以克服定子冲片旋转过程的摩擦力，就会出现铁心错片或者扭曲等情况发生，尤其对于直径较大的整圆薄冲片发生的概率更大。
理论上，批量产品中采用单张冲片冲制过程中就冲制为斜槽的方式能够在不影响质量的情况下较好的实现斜槽叠压，但对于批量较小的电机得不偿失。为此，此电机在制造过程中，进行了第三种斜槽实现方式研究。
其主要工艺过程为先采用直槽叠压，然后外圆加工出斜槽，最后再以外圆斜槽定位进行直槽叠压的方式实现定子斜槽。采用内圆心轴定圆，以键槽及槽样棒，进行直槽叠压，叠压至总长后，按照压紧力要求进行压紧。之后将铁心装夹在T130镗床旋转平台的中心，找正后，以定子铁心磁力中心线为基准，通过旋转平台的旋转在铁心外圆按照斜槽一个齿距的尺寸，铣一个斜槽出来。最后将铁心松压，在外圆用直键将外圆斜槽理直，重新按直槽叠压的方式进行叠压，即可实现铁心的斜槽叠压。
此法在斜槽的加工过程中，需要严格控制刀具的切削力，防止冲片受切削影响。而此法的好处在于，通过两次直槽叠压可以避免斜键叠压过程中对冲片产生的旋转力及摩擦力，最大可能的保证冲片的形状及绝缘特性。
4 总结
针对0.2mm厚的整圆硅钢片斜槽叠压，上述提出了三种实现方法，作为非批量产品的叠压，实现了定子铁心斜槽叠压，具有一定的参考价值。对比三种工艺方法：传统的内圆定位，通过齿部斜键定位的方式虽然叠压简单，但齿部的钢性不足对较薄硅钢片的叠压易出现错齿的情况，而通过在外圆轭部斜键定位的方式有效的改善了冲片的受力情况，能够较好的实现此类薄冲片的叠压，但其在外圆斜键的定位设计上要求精度较高；最后采用直槽叠压，在外圆加工斜槽，再通过外圆斜槽利用直键重新叠压的方式，能够有效的克服斜键叠压过程中造成的旋转摩擦力，虽然工序复杂一点，但其实现的斜槽效果及给冲片带来的影响是最小的。
参考文献：
[1]徐毅．斜槽式定子铁心的压装磨具的设计．微电机[J]．1996年第29卷第1期
[2]汤蕴璆 史乃 电机学 第2版[M] 北京：机械工业出版社，2005：143-148．
作者简介：
袁兴毅，男，四川眉山人，工程师，2010年毕业于湖南大学电气工程专业，学士学位，在东方电机有限公司工艺部从事特种电机产品制造工艺工作
论文作者:袁兴毅
论文发表刊物:《电力设备》2019年第2期
论文发表时间:2019/6/5
标签：斜槽论文; 定子论文; 铁心论文; 方式论文; 硅钢片论文; 过程中论文; 心轴论文; 《电力设备》2019年第2期论文;