CN110918738B - 铁芯的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种铁芯的制造方法，其能够降低在将多块铁芯用金属板层叠的状态下进行冲压时产生的加工尺寸的偏差。铁芯的制造方法包括：层叠体准备工序(S11)，将多块铁芯用金属板层叠而准备层叠体(2)；冲压工序(S12)，对层叠体(2)赋予温度梯度，并用具有冲头(11)和冲模(12)的冲压机冲压层叠体(2)；及温度梯度除去工序(S13)，除去层叠体(2)的温度梯度。在冲压工序(S12)中，以温度沿着层叠体(2)的层叠方向从冲头(11)侧朝向冲模(12)侧变高的方式对层叠体(2)赋予温度梯度。

Description

铁芯的制造方法
技术领域
本发明涉及铁芯的制造方法。
背景技术
为了降低铁损，在电动机、发电机等旋转电机中使用的铁芯通过将薄板状的铁芯片层叠而构成。已知在制造这种铁芯时，为了提高生产率，将多块铁芯用金属板层叠，一并冲裁(即冲压)成规定的形状。作为一例，例如在下述专利文献中，公开了通过使用具有冲头和冲模的装置，在将多块铁芯用金属板层叠的状态下同时进行冲压从而制造铁芯。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-153503号公报
发明要解决的课题
但是，在将多块铁芯用金属板层叠的状态下同时进行冲压时，在层叠方向上最接近冲头的铁芯用金属板由于冲头而剪切变形，除此以外的铁芯用金属板在接触冲头前受到压缩变形而延伸，所以会产生挠曲。因此，在冲头侧和冲模侧会产生铁芯用金属板的加工尺寸的偏差。而且，由于这种由压缩变形导致的铁芯用金属板的延伸越远离冲头变得越大，所以加工尺寸的偏差也会变大。
发明内容
本发明为解决这样的技术课题而做出，其目的在于提供一种铁芯的制造方法，其能够降低在将多块铁芯用金属板层叠的状态下进行冲压时产生的加工尺寸的偏差。
用于解决课题的手段
本发明的铁芯的制造方法包括：层叠体准备工序，在所述层叠体准备工序中，将多块铁芯用金属板层叠而准备层叠体；冲压工序，在所述冲压工序中，对所述层叠体赋予温度梯度，并用具有冲头和冲模的装置冲压所述层叠体；及温度梯度除去工序，在所述温度梯度除去工序中，除去所述层叠体的温度梯度，在所述冲压工序中，以温度沿着所述层叠体的层叠方向从所述冲头侧朝向所述冲模侧变高的方式对所述层叠体赋予温度梯度。
根据本发明的铁芯的制造方法，由于在冲压工序中以温度沿着层叠体的层叠方向从冲头侧朝向冲模侧变高的方式对层叠体赋予温度梯度，所以能够使从冲头侧朝向冲模侧层叠的铁芯用金属板膨胀。在按这种方式膨胀的状态下冲压层叠体，此后除去层叠体的温度梯度，从而使膨胀的铁芯用金属板收缩。其结果是，能够降低在将多块铁芯用金属板层叠的状态下进行冲压时产生的加工尺寸的偏差。
优选的是，在本发明的铁芯的制造方法中，所述铁芯用金属板是非晶金属。由此，能够降低被制造的铁芯的铁损。
另外，优选的是，在本发明的铁芯的制造方法中，加热器设置于所述冲模，在所述冲压工序中，使用所述加热器对所述层叠体赋予温度梯度。由此，能够以简单的构造迅速对层叠体赋予温度梯度。
另外，优选的是，在本发明的铁芯的制造方法中，基于所述铁芯用金属板所使用的材料的线膨胀系数及所述铁芯用金属板与所述冲模的上表面的接触面积来调整温度梯度。由此，能够缩短对层叠体赋予温度梯度的时间，所以能够抑制温度梯度的赋予对制造时间的影响。
而且，优选的是，在本发明的铁芯的制造方法中，所述温度梯度除去工序使所述层叠体的温度恢复到室温。由此，无需设置用于除去温度梯度的装置，所以能够抑制制造成本。
发明的效果
根据本发明，能够降低在将多块铁芯用金属板层叠的状态下进行冲压时产生的加工尺寸的偏差。
附图说明
图1是示出在铁芯的制造中使用的冲压机的分解立体图。
图2是示出在铁芯的制造中使用的冲压机的概略剖视图。
图3是示出实施方式的铁芯的制造方法的流程图。
图4(a)～(d)是用于说明铁芯的制造方法的作用效果的示意图。
图5是用于说明赋予温度梯度的方法的示意图。
图6是用于说明赋予温度梯度的方法的示意图。
附图标记说明
1 冲压机
2 层叠体
3 上游侧输送辊
3a 上侧辊
3b 下侧辊
4 下游侧输送辊
5 冷风吹送部
6 热风吹送部
11 冲头
12 冲模
13 按压部
21 上侧铁芯用金属板
22 中间铁芯用金属板
23 下侧铁芯用金属板
121 冲模孔
122 加热器孔
131 通孔
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明的铁芯的制造方法的实施方式。在附图的说明中，对同一要素标注同一附图标记，并省略其重复说明。另外，在以下的说明中，上下的方向及位置以在铁芯的制造中使用的冲压机的通常的使用状态，即，使冲头配置在上侧并使冲模配置在下侧的状态为基准。
首先，以图1及图2为基础，说明在铁芯的制造中使用的冲压机的构造。冲压机1具有相对于作为冲压加工对象的层叠体2配置在上侧的冲头11、配置在层叠体2的下侧的冲模12、以及配置在层叠体2的上侧并且与冲模12相向的按压部13。
冲头11例如形成为圆柱状，利用未图示的升降机构设为能够在上下方向上移动。即，该冲头11能够相对于冲模12接近或分离。
冲模12与冲头11的形状相匹配地形成(在此为圆柱状)，在其中央位置设置有能够插入冲头11的冲模孔121。在冲模12的内部设置有多个(在图1中为两个)用于插入筒式加热器(未图示)的加热器孔122。筒式加热器是用于经由冲模12的上表面12a对载置在该上表面12a上的层叠体2进行加热的装置。而且，在考虑到提高加热层叠体2的效率的情况下，加热器孔122优选设置在接近冲模12的上表面12a的位置。通过按这种方式使用筒式加热器，从而能够以简单的构造迅速对层叠体2赋予温度梯度。
按压部13形成为大致圆板状，在其中央位置设置有通孔131。通孔131具有与冲模孔121的内径相同的尺寸。该按压部13与冲模12协作而固定层叠体2。
另一方面，通过将多块铁芯用金属板层叠而形成层叠体2。在本实施方式中，通过沿着上下方向将三块铁芯用金属板(即，上侧铁芯用金属板21、中间铁芯用金属板22及下侧铁芯用金属板23)层叠，从而形成层叠体2。铁芯用金属板由非晶金属或电磁钢板等金属材料构成，但在考虑到铁损的降低的情况下，特别优选非晶金属。
以下，参照图3说明铁芯的制造方法。本实施方式的铁芯的制造方法主要包括准备层叠体2的层叠体准备工序S11、对层叠体2赋予温度梯度并冲压该层叠体2的冲压工序S12及除去层叠体2的温度梯度的温度梯度除去工序S13。
在层叠体准备工序S11中，在将上侧铁芯用金属板21、中间铁芯用金属板22及下侧铁芯用金属板23按该顺序配置的状态下，用粘接剂等将这些铁芯用金属板接合，从而准备带状的层叠体2。然后，例如利用输送辊向冲压机1间歇输送所准备的层叠体2。
在冲压工序S12中，对在层叠体准备工序S11中准备的层叠体2赋予温度梯度，用上述冲压机1将层叠体2冲压成规定的形状。具体而言，如图1及图2所示，在冲头11与冲模12之间配置层叠体2，利用插入到冲模12的加热器孔122中的筒式加热器，对层叠体2赋予温度梯度。在此，以温度沿着层叠体2的层叠方向(即上下方向)从冲头11侧朝向冲模12侧变高的方式对层叠体2赋予温度梯度。
此时，形成层叠体2的上侧铁芯用金属板21、中间铁芯用金属板22及下侧铁芯用金属板23中的最接近冲模12的下侧铁芯用金属板23先被加热，接着中间铁芯用金属板22被加热。最远离冲模12(换句话说，最接近冲头11)的上侧铁芯用金属板21最后被加热。因此，上侧铁芯用金属板21、中间铁芯用金属板22及下侧铁芯用金属板23由于与冲模12的距离差而产生温度差。换句话说，沿着层叠体2的层叠方向产生温度梯度。
此外，在此，优选的是，不特别设定用于加热层叠体2的时间，利用冲压所需的停留时间赋予温度梯度。例如，在不改变冲压所需的停留时间的前提下，基于铁芯用金属板所使用的材料的线膨胀系数、铁芯用金属板与冲模12的上表面12a的接触面积等，调整筒式加热器的种类、配置数量，从而实现上述温度梯度的赋予。由此，能够抑制温度梯度的赋予对制造时间的影响。
在温度梯度除去工序S13中，例如将冲压完成的层叠体2放置于室温环境并进行空冷，从而除去对层叠体2赋予的温度梯度。即，在此的“温度梯度除去”是指使层叠体2的温度恢复到室温。由此，由于无需设置用于除去温度梯度的装置，所以能够抑制制造成本。
以下，参照图4说明本实施方式的铁芯的制造方法的作用效果。在层叠体准备工序S11中，上侧铁芯用金属板21、中间铁芯用金属板22及下侧铁芯用金属板23在相互没有尺寸偏差的状态下层叠(参照图4(a))。
在冲压工序S12中，由于以温度沿着层叠体2的层叠方向从冲头11侧朝向冲模12侧变高的方式对层叠体2赋予温度梯度，所以从冲头11侧朝向冲模12侧层叠的各铁芯用金属板分别热膨胀，热膨胀量根据温度而分别不同。如上所述，由于形成层叠体2的上侧铁芯用金属板21、中间铁芯用金属板22及下侧铁芯用金属板23中的最接近冲模12的下侧铁芯用金属板23的温度最高，所以其热膨胀量最大。由于距离越远离冲模12则温度逐渐变低，所以热膨胀量按中间铁芯用金属板22、上侧铁芯用金属板21的顺序变小(参照图4(b))。
然后，当在各铁芯用金属板按这种方式膨胀的状态下冲压层叠体2时，在上侧铁芯用金属板21、中间铁芯用金属板22及下侧铁芯用金属板23会产生加工尺寸的偏差(参照图4(c))。
在温度梯度除去工序S13中，通过除去层叠体2的温度梯度，从而膨胀的各铁芯用金属板热收缩。此时，热收缩量按上侧铁芯用金属板21、中间铁芯用金属板22及下侧铁芯用金属板23的顺序变大。由此，在上侧铁芯用金属板21、中间铁芯用金属板22及下侧铁芯用金属板23产生的加工尺寸的偏差变小或消失(参照图4(d))。其结果是，根据本实施方式的铁芯的制造方法，能够降低在将多块铁芯用金属板层叠的状态下进行冲压时产生的加工尺寸的偏差。
此外，本申请的发明人使用非晶金属(厚度为2.5μm，线膨胀系数为4.3×10-6/度)作为上侧铁芯用金属板21、中间铁芯用金属板22及下侧铁芯用金属板23，对将这些铁芯用金属板层叠而成的层叠体2，在用冲压机1冲裁φ170mm的圆形孔的条件下，分别进行了不赋予温度梯度的情况下和赋予温度梯度的情况下的温度解析。需要说明的是，将层叠体2载置在冲模12的上表面12a上并经过0.01秒后进行温度解析。
温度解析的结果是，在不赋予温度梯度的情况下，在上侧铁芯用金属板21和下侧铁芯用金属板23产生0.02mm的尺寸差(换句话说，尺寸的偏差)。为了消除该尺寸差(0.02mm)，可知以下侧铁芯用金属板23的温度比上侧铁芯用金属板21的温度高约30℃的方式对层叠体2赋予温度梯度即可。作为此时的温度解析的结果，冲模12为70℃，按压部13为20℃(室温)，上侧铁芯用金属板21为20.2℃，中间铁芯用金属板22为25.0℃，下侧铁芯用金属板23为50.8℃。
在本实施方式中，作为对层叠体2赋予温度梯度的方法，列举使用插入到冲模12的内部的筒式加热器来进行的例子进行了说明，但也可以使用温度调节机代替筒式加热器，另外，也可以使用图5及图6所示的方法。
图5所示的方法是在输送层叠体2的中途对层叠体2赋予温度梯度的方法。具体而言，在冲压机1的上游侧配置有上下一对上游侧输送辊3，在冲压机1的下游侧配置有上下一对下游侧输送辊4。此外，在此的冲压机1不具有筒式加热器。
上游侧输送辊3沿图中箭头所示的方向旋转，夹入带状的层叠体2，并朝向冲压机1输送。另一方面，下游侧输送辊4沿图中箭头所示的方向旋转，夹入冲压完成的层叠体2，向下一工序送出。这些输送辊例如利用不锈钢等金属形成。
另外，在上游侧输送辊3与冲压机1之间，分别配置有向上侧铁芯用金属板21吹送冷风的冷风吹送部5和向下侧铁芯用金属板23吹送热风的热风吹送部6。即，在此，通过一边输送层叠体2，一边用冷风吹送部5向位于冲头11侧的上侧铁芯用金属板21吹送冷风，用热风吹送部6向位于冲模12侧的下侧铁芯用金属板23吹送热风，从而以温度从冲头11侧朝向冲模12侧变高的方式对层叠体2进行温度梯度的赋予。优选的是，使下侧铁芯用金属板23的温度比上侧铁芯用金属板21高约30℃。
图6所示的方法是在输送层叠体2的中途对层叠体2赋予温度梯度的方法。具体而言，在上下一对上游侧输送辊3中的配置在上侧的上侧辊3a中内置有冷却装置(未图示)，在配置在下侧的下侧辊3b中内置有加热装置(未图示)。即，在此，通过一边输送层叠体2，一边经由上侧辊3a对上侧铁芯用金属板21赋予低温，经由下侧辊3b对下侧铁芯用金属板23赋予高温，从而以温度从冲头11侧朝向冲模12侧变高的方式对层叠体2进行温度梯度的赋予。优选的是，使下侧铁芯用金属板23的温度比上侧铁芯用金属板21高约30℃。
以上，详细说明了本发明的实施方式，但本发明不限定于上述实施方式，能够在不脱离权利要求保护的范围所记载的本发明的主旨的范围内进行各种设计变更。
例如，在上述实施方式中，说明了层叠体通过将三块铁芯用金属板层叠而成的例子，但层叠块数不限定于三块，可以根据需要适当增减。另外，在上述实施方式中，列举使用具有冲头11、冲模12及按压部13的冲压机1的例子进行了说明，但也可以使用具有冲头及冲模的模具。另外，在上述实施方式中，说明了冲头及冲模形成为圆柱状的例子，但不限定于圆柱状，能够与铁芯的形状相匹配地形成。

Claims (9)

1.一种铁芯的制造方法，其特征在于，包括：
层叠体准备工序，在所述层叠体准备工序中，将多块铁芯用金属板层叠而准备层叠体；
冲压工序，在所述冲压工序中，对所述层叠体赋予温度梯度，并用具有冲头和冲模的装置冲压所述层叠体；及
温度梯度除去工序，在所述温度梯度除去工序中，除去所述层叠体的温度梯度，
在所述冲压工序中，以温度沿着所述层叠体的层叠方向从所述冲头侧朝向所述冲模侧变高的方式对所述层叠体赋予温度梯度。
2.根据权利要求1所述的铁芯的制造方法，其特征在于，
所述铁芯用金属板是非晶金属。
3.根据权利要求1或2所述的铁芯的制造方法，其特征在于，
加热器设置于所述冲模，
在所述冲压工序中，使用所述加热器对所述层叠体赋予温度梯度。
4.根据权利要求1或2所述的铁芯的制造方法，其特征在于，
基于所述铁芯用金属板所使用的材料的线膨胀系数及所述铁芯用金属板与所述冲模的上表面的接触面积来调整温度梯度。
5.根据权利要求3所述的铁芯的制造方法，其特征在于，
基于所述铁芯用金属板所使用的材料的线膨胀系数及所述铁芯用金属板与所述冲模的上表面的接触面积来调整温度梯度。
6.根据权利要求1或2所述的铁芯的制造方法，其特征在于，
所述温度梯度除去工序使所述层叠体的温度恢复到室温。
7.根据权利要求3所述的铁芯的制造方法，其特征在于，
所述温度梯度除去工序使所述层叠体的温度恢复到室温。
8.根据权利要求4所述的铁芯的制造方法，其特征在于，
所述温度梯度除去工序使所述层叠体的温度恢复到室温。
9.根据权利要求5所述的铁芯的制造方法，其特征在于，
所述温度梯度除去工序使所述层叠体的温度恢复到室温。
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