钢板电机外壳冲压生产工艺研究

钢板电机外壳冲压生产工艺研究

孙浩棋

郑州金阳电气有限公司河南郑州450000

摘要：电机行业已经有200多年的发展历程，具有一定的发展规模。以往的电机都使用金属壳体进行制造，从之前的铁壳体的铸造逐渐发展成为铝合金壳体的铸造，尽管这种发现现象再产品的品质方面有了明显的提升，但是因制造零件很容易出现缩松、缩孔、气泡以及夹杂等缺陷，从而对电机壳体的质量产生了严重的影响，因此影响到了整体电机的质量。本文就钢板电机外壳冲压生产工艺展开探讨，以期为相关工作起到参考作用?

关键词：冲压；电机外壳；挤压整形

1.冲压件工艺分析

图1为外壳冲压件，材料为08F，料厚t=1.5mm，大批量生产?外壳零件的尺寸如图2所示?

1.1材料分析

08F钢为优质碳素结构钢，具有良好的冲裁弯曲性能。

1.2结构分析

（1）零件结构对称，有利于材料的合理分布?（2）最小孔径：工件上分布有若干10+0.15+0mm?8+0.15+0mm的孔?因工件上分布的孔较多，为防止因凸模强度不够而折断，按带护套凸模冲孔查表得出最小冲裁孔径应满足式（1）?

dmin>0.35（1）

式中：dmin——带保护套凸模冲孔的最小尺寸，mm；

t——料厚，1.5mm?

图2外壳零件

经计算：dmin应大于0.525mm，孔10mm，8mm均满足要求?（3）孔边距?为了防止工件边缘产生膨胀?歪扭变形，孔与孔之间，孔与边缘之间应满足最小距离，通过查看有关资料得到式（2）?

a≥t（对圆孔）（2）

式中：a——孔与孔之间，孔与边缘之间的距离，mm；此工件上孔与孔之间的距离为10mm，孔边距为6mm，均满足式（2）条件?

（4）最小弯曲半径r?垂直于纤维时：

r=0.5t（3）

式中：r——最小弯曲半径，mm?此外壳零件的最小弯曲半径为R=3mm，满足最小弯曲半径要求，因此弯曲时不会弯裂，另外零件上的空位位于弯曲成形区域外，所以可先冲孔落料后弯曲成形?

（5）弯曲件直边高度?当弯曲角度为90°时，为保证工件的弯曲质量，必须满足弯曲件的直边高度要求，即满足式（4）

h>2t（4）

式中：h——弯曲件的直边高度，mm?

从图2可以看出，外壳的直边高度远远满足条件?

1.3精度分析

图中未注公差按IT14级进行计算?

2.工艺方案分析分析

图2可知：该零件的成形包括冲孔?落料和弯曲三工序?工艺方案有：（1）落料→冲孔→弯曲，单工序模；（2）冲孔落料复合→弯曲；（3）冲孔落料弯曲复合，复合模；（4）落料→冲孔→弯曲，级进模?方案（1）生产效率太低，故不适合；方案（2）落料冲孔复合比较简单，易于操作实现生产，形状可以一次弯曲成形，此件左右对称，易于定位以及确定压力中心，故合适；方案（3）一次复合成形，模具设计比较复杂，采用此方案生产效率不及方案（2），且模具开发费用又太高，故不适合；方案（4）模具设计比较复杂，且冲孔位置精度不及复合模?综上，选择方案（2）?

图2解决电机外壳冲压回弹问题钢板电机外壳材料通常为DC04，厚度3mm以上?DC04钢不仅有良好的延展性，还有良好的导磁性和较少剩磁，是电机机壳的首选材料?但DC04钢在塑性弯曲成形时回弹大，特别是材料厚度越大引起的回弹就越大?因此在成形为圆筒形状后必须进行整形，消除回弹变形对工件精度的影响?通过工艺试验发现，普通整形方法无法使工件达到精度要求?因此，我们开展了深入研究，根据最大弯曲拉应力发生在工件外表面的特点，探索了改变外表面应力状态减少弯曲回弹的方法?即在整形时通过整形模块对工件外表面进行挤压，产生挤压痕，使工件外表面松弛，改变工件外表面的应力状态，减少了外表面的拉应力，达到减小回弹的目的?可以比较图3和图4中的工件外表面，图4中的工件外表面有明显的环形挤压痕?在整形时还采用让工件在整形模内旋转的方法，提高整形效果，图5所示为带有旋转机构的整形模具，工件整形时在模具内转动6次完成整形?

图3压圆工序件图4整形工序件图5整形模旋转机构

3.电机外壳的焊接

钢板电机外壳冲压成形后需要对接口进行焊接，如图6所示为焊接后的电机外壳?为保证焊缝质量，采用氩弧焊进行焊接，购置了专用的焊接机器人，保证焊接质量的稳定?设计了专用的双工位夹具，与机器人配合工作，既保证了焊接品质，又提高了生产效率?如图7所示为焊接机器人与焊接夹具?

图6电机外壳的焊接图7焊接机器人与焊接夹具

结语

项目研发了高精度轻量化电机外壳冲压成形生产工艺，取代了传统的铸造工艺，实现清洁?绿色生产?该工艺特点包括：（1）冲压电机外壳与铸造电机外壳相比重量减轻60%以上，实现了产品的轻量化?同时，提高了产品质量，保证了产品合格率?（2）应用旋转刻痕释放应力的方法，通过整形工序的旋转调整，在产品外侧挤压环形痕，改变了外侧表面应力状态，有效消除了弯曲回弹大的问题，保证了最终产品的成形精度，满足了电机外壳内部高精度形状和尺寸的要求?

参考文献：

[1]江锦贤.过滤器外壳冲压工艺及模具设计[A].中国职协2013年度优秀科研成果获奖论文集（上册）[C]：2013：15

[2]张强，花杏华.热交换器外壳冲压成形工艺及其模具设计要点[J].模具制造，2013，13（10）：9-11