CN101298090A - 一种电机极靴精密冷锻成形的工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电机极靴精密冷锻成形的工艺。一种电机极靴精密冷锻成形的工艺，其特征是它包括如下步骤：1)下料，根据塑性成形体积不变原理，采用高速带锯锯切设备，对金属棒料精密锯切下料，得到棒料毛坯；2)冷锻预成形：①预锻模具的准备；②将棒料毛坯放入预锻模具的第一凹模上的预成形凸台凹模型腔处，第一凸模向下移动，将棒料毛坯压向预成形凸台凹模型腔中，得预锻后的锻件；3)精密终锻：①终锻模具的准备；②将预锻后的锻件的凸台向下放入凹模型腔内，第二凸模向下移动，将预锻后的锻件终锻成电机极靴毛坯；4)切边：在切边机上将电机极靴毛坯飞边，得到最终电机极靴产品。本发明具有节能省材、工艺简单、产品质量和合格率较高的特点。

Description

一种电机极靴精密冷锻成形的工艺
技术领域
本发明涉及一种电机极靴精密冷锻成形的工艺。
背景技术
冷锻工艺是在室温下将金属毛坯放入模具的模腔内，在强大的压力和一定的速度下，迫使金属在模腔中成形，从而获得所需零件尺寸形状的一种少无切屑加工方法，是近年来迅速发展起来的一种精密塑性成形新工艺。极靴是电机上的关键零件之一。其作用是使气隙磁阻减小，改善主磁极磁场分布，并使励磁绕组容易固定。其尺寸精度和表面质量均有很高的要求。传统的锻造生产工艺为：下料、热锻毛坯、冷锻、切边。与铸造工艺相比，该方法虽然能大大改善极靴内部组织性能，但其能源和工时消耗较大，零件尺寸精度和表面质量较差，而且当锻造温度控制不当时，电工纯铁会出现红脆现象，塑性变差，导致产品不良率上升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种节能省材、工艺简单、产品质量和合格率较高的电机极靴精密冷锻成形的工艺。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种电机极靴精密冷锻成形的工艺，其特征是它包括如下步骤：
1)下料，根据塑性成形体积不变原理，按棒料毛坯的体积与电机极靴的体积相等，采用高速带锯锯切设备，对金属棒料精密锯切下料，得到棒料毛坯；
2)冷锻预成形：①预锻模具的准备：预锻模具包括上模座、模柄、第一凸模、第一凹模、垫板、下模座，第一凸模与上模座固定连接，第一凸模上设有模柄；第一凸模的下端位于第一凹模的上方，第一凹模上端为V字型结构，V字型中部布置有预成形凸台凹模型腔；第一凹模与下模座固定连接，第一凹模与下模座之间设有垫板；
②将棒料毛坯放入预锻模具的第一凹模上的预成形凸台凹模型腔处，第一凸模向下移动，将棒料毛坯压向预成形凸台凹模型腔中，控制预锻后的锻件的高度H＝7.90mm，得预锻后的锻件；
3)精密终锻：①终锻模具的准备：终锻模具包括凸模座、第二凸模、凸模压环、第二凹模、预应力圈、细顶杆、垫环、凹模垫、顶料杆座、顶料杆、凹模座，第二凸模外套有凸模压环，第二凸模与凸模座固定连接，第二凸模的下端位于第二凹模的上方，第二凸模的下端的形状大小与电机极靴圆弧上表面形状大小相对应；第二凹模上设有凹模型腔，凹模型腔的下部与电机极靴的凸台部位的形状大小相对应；第二凹模外套有预应力圈，第二凹模与凹模座固定连接，第二凹模下依次设有凹模垫、顶料杆座、垫环，垫环位于垫环内，垫环上设有细顶杆，细顶杆穿过凹模垫、第二凸模上的细顶杆孔与凹模型腔相通，垫环下设有顶料杆；
②将预锻后的锻件的凸台向下放入凹模型腔内，第二凸模向下移动，将预锻后的锻件终锻成电机极靴毛坯；
4)切边：在切边机上将电机极靴毛坯飞边，得到最终电机极靴产品。
本发明根据塑性成形规律设计棒料，减少了原材料的浪费，降低了生产成本，同时成形预锻件下部凸台保证了终锻工序毛坯的准确定位，通过设计合理的预锻后的锻件，提高了极靴的成形精度和产品合格率。本发明工序简单，且不需要热锻和任何热处理工序，避免了热锻的缺陷比如氧化皮和材料浪费等，同时降低了能耗，生产效率也大大提高。
附图说明
图1为电机极靴的结构示意图；
图2为是图1的俯视图；
图3为棒料毛坯图；
图4为预锻后的锻件图；
图5为预锻模具图；
图6为终锻模具图；
图中：1-上模座，2-模柄，3-第一凸模，4-第一凹模，5-垫板，6-下模座，7-凸模座，8-第二凸模，9-凸模压环，10-第二凹模，11-预应力圈，12-细顶杆，13-垫环，14-凹模垫，15-顶料杆座，16-顶料杆，17-棒料毛坯，18-预锻后的锻件，19-凹模座。
具体实施方式
一种电机极靴精密冷锻成形的工艺，它包括如下步骤：
所需成形的电机极靴的结构如图1、图2所示，图1、图2中的尺寸单位为mm；电机极靴的体积为＝7385.28mm3。在图1中R1的意思是此处倒角，倒角半径为R＝1mm；R3的意思是此处倒角，倒角半径为R＝3mm。
1)原材料下料：毛坯材料为电工纯铁DT9，具有较好的塑性和优良的电磁性能。根据塑性成形体积不变原理，按棒料毛坯的体积与电机极靴的体积相等，如图3所示，直径φD＝φ14mm，长度L＝48mm，采用高速带锯锯切设备，对金属棒料精密锯切下料，得到棒料毛坯。
2)冷锻预成形：①预锻模具的准备：设计预锻模具见图5，所述的预锻模具包括上模座1、模柄2、第一凸模3、第一凹模4、垫板5、下模座6，第一凸模3与上模座1固定连接，第一凸模3上设有模柄2；第一凸模3的下端(下端为平面)位于第一凹模4的上方，第一凹模4上端为V字型结构，V字型中部布置有预成形凸台凹模型腔；第一凹模4与下模座6固定连接，第一凹模4与下模座6之间设有垫板5；
将棒料毛坯17放入预锻模具的第一凹模4上的预成形凸台凹模型腔处，第一凸模3向下移动，将棒料毛坯压向预成形凸台凹模型腔中，控制预锻后的锻件的高度H＝7.90mm，得预锻后的锻件18，预锻后的锻件18的凸台高度h为8.2mm，预锻后的锻件18的凸台宽度L2为14mm，预锻后的锻件18的宽度L1为34mm。
在预锻模具中实现预成形，预锻工序作用有二，一是合理分配金属材料；二是成形定位凸台，实现毛坯在终锻模具中的有效定位，从而保证产品成形质量。由于毛坯为直径φ14mm的圆棒，在预锻时容易滚动，不便于准确定位，因此，预锻模下模采用V字型结构，利用毛坯自重使之自定位，V字型中部布置预成形凸台凹模型腔；上模采用平面结构，防止毛坯锻压时滚动。经过有限元模拟和生产实践验证，当预锻后的锻件的高度H＝7.90mm时，可以很好的解决型腔充不满和消除表面凹坑缺陷，最终产品尺寸精度较高，质量较好。
3)精密终锻：①终锻模具的准备：终锻模具见图6，终锻模具包括凸模座7、第二凸模8、凸模压环9、第二凹模10、预应力圈11、细顶杆12、垫环13、凹模垫14、顶料杆座15、顶料杆16、凹模座19，第二凸模8外套有凸模压环9，第二凸模8与凸模座7固定连接，第二凸模8的下端位于第二凹模10的上方，第二凸模8的下端的形状大小与电机极靴的圆弧上表面形状大小相对应；第二凹模10上设有凹模型腔，凹模型腔的下部与电机极靴的凸台部位的形状大小相对应；第二凹模10外套有预应力圈11，第二凹模10与凹模座19固定连接，第二凹模10下依次设有凹模垫14、顶料杆座15、垫环13，垫环13位于垫环13内，垫环13上设有细顶杆12，细顶杆12穿过凹模垫14、第二凸模8上的细顶杆孔与凹模型腔相通(将成形后的电机极靴顶出)，垫环13下设有顶料杆16。
②将预锻后的锻件18的凸台向下放入凹模型腔内(依靠凸台定位)，第二凸模8向下移动，将预锻后的锻件18终锻成电机极靴毛坯。
为了节省模具材料和充分利用预应力圈提高凹模的承载能力，终锻采用预应力组合凹模，并设置有顶杆顶出装置，顶杆将留在凹模型腔中的电机极靴毛坯顶出卸料。在终锻模具中，依靠预锻后的锻件18的凸台定位，实现极靴最终成形，保证了终锻工序锻件的准确定位，提高了锻件的尺寸精度。为减少金属与模具间的摩擦，保证零件表面质量，提高模具寿命，冷锻前需要进行润滑处理，常采用磷化皂化处理。
4)切边：根据电机极靴外形设计切边模，以凸台型面定位零件，在切边机上将电机极靴毛坯飞边，得到最终电机极靴产品。
为了揭示极靴冷锻成形过程中模具受力规律和金属流动情况，利用DEFORM-3D有限元模拟软件，建立预锻和终锻有限元模型。经过有限元分析和优化，得到了优化的预锻后的锻件18，降低了模具应力，且金属填充型腔效果较好。生产实践证明，优化后的预锻后的锻件18，终锻成形产品尺寸精度和合格率得到了很大的提高，效果显著。

Claims (1)

1.一种电机极靴精密冷锻成形的工艺，其特征是它包括如下步骤：
1)下料，根据塑性成形体积不变原理，按棒料毛坯的体积与电机极靴的体积相等，采用高速带锯锯切设备，对金属棒料精密锯切下料，得到棒料毛坯；
2)冷锻预成形：①预锻模具的准备：预锻模具包括上模座(1)、模柄(2)、第一凸模(3)、第一凹模(4)、垫板(5)、下模座(6)，第一凸模(3)与上模座(1)固定连接，第一凸模(3)上设有模柄(2)；第一凸模(3)的下端位于第一凹模(4)的上方，第一凹模(4)上端为V字型结构，V字型中部布置有预成形凸台凹模型腔；第一凹模(4)与下模座(6)固定连接，第一凹模(4)与下模座(6)之间设有垫板(5)；
②将棒料毛坯(17)放入预锻模具的第一凹模(4)上的预成形凸台凹模型腔处，第一凸模(3)向下移动，将棒料毛坯(17)压向预成形凸台凹模型腔中，控制预锻后的锻件的高度H＝7.90mm，得预锻后的锻件(18)；
3)精密终锻：①终锻模具的准备：终锻模具包括凸模座(7)、第二凸模(8)、凸模压环(9)、第二凹模(10)、预应力圈(11)、细顶杆(12)、垫环(13)、凹模垫(14)、顶料杆座(15)、顶料杆(16)、凹模座(19)，第二凸模(8)外套有凸模压环(9)，第二凸模(8)与凸模座(7)固定连接，第二凸模(8)的下端位于第二凹模(10)的上方，第二凸模(8)的下端的形状大小与电机极靴的圆弧上表面形状大小相对应；第二凹模(10)上设有凹模型腔，凹模型腔的下部与电机极靴的凸台部位的形状大小相对应；第二凹模(10)外套有预应力圈(11)，第二凹模(10)与凹模座(19)固定连接，第二凹模(10)下依次设有凹模垫(14)、顶料杆座(15)、垫环(13)，垫环(13)位于垫环(13)内，垫环(13)上设有细顶杆(12)，细顶杆(12)穿过凹模垫(14)、第二凸模(8)上的细顶杆孔与凹模型腔相通，垫环(13)下设有顶料杆(16)；
②将预锻后的锻件(18)的凸台向下放入凹模型腔内，第二凸模(8)向下移动，将预锻后的锻件(18)终锻成电机极靴毛坯；
4)切边：在切边机上将电机极靴毛坯飞边，得到最终电机极靴产品。
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