电机定转子铁心制造工艺技术

定转子冲片、电机定转定转子铁心的铁心主要技术要求1.1定子冲片、定子铁心的制造主要技术要求

1.1.1定子冲片的主要技术要求

1内外径尺寸精度

一般内径尺寸精度为H8。

外径尺寸精度：内装压为h7。工艺

外装压：上偏差es1:当外径D≤280时，技术es1=公差带r7的电机定转下偏差；

当外径D＞280时，es1=公差带E7的铁心下偏差。

下偏差ei1=es公差带H7的制造上偏差，参见表1

2内外径同轴度见表2

3槽齿分布不均匀度，工艺即大小牙或大小齿一般分为流动大小牙和固定大小牙，技术流动大小牙齿宽相差不大于0.固定大小牙齿宽相差不大于0.2。电机定转

4槽型尺寸精度槽型尺寸精度一般为H槽口为H扣片槽尺寸精度为H11。铁心

5毛刺：一般控制在0.05～0.08。制造

1.1.2定子铁心技术要求

1叠压后铁心冲片间要保持一定的工艺压力，一般为0.8～1.0MN/m2(8～10公斤/cm2)。技术由于压装时要克服较大的摩擦力（如冲片与装压胎、槽样棒、轴或机座间的摩擦）。电工钢片受压后进一步展平，毛刺的支承；运行中冲片绝缘老化收缩等都会引起铁心实存片间压力降低。所以，压装压力要高于0.8～1.0MN/m2。为了防止外装压铁心在搬运、碰撞引起冲片松动，实际叠压力还要高一些。一般对于冲片涂漆的铁心采用2～2.5MN/m对于不涂漆的或氧化处理的冲片，铁心可采用2.5～3.0MN/m2。

2铁心的冲片重量要符合图纸要求。

3铁心长度要符合设计要求。

4槽形应光洁整齐，一般槽形尺寸（透光尺寸）允许比单张冲片槽形尺寸小0.2。

5外装压的铁心外径尺寸应符合设计要求，参见表内装压的铁心内径尺寸应符合设计要求，参见表3。

6尽可能减少齿部弹开尺寸（齿外涨）。

7应消除同板差造成的蹄形。一般采用变位冲裁或装压时用扇形片找正。

1.2转子冲片、铸铝转子主要技术要求

1.2.1转子冲片技术要求

1轴孔尺寸精度一般H63～H132,采用H7；H160～H3采用H8。

2其它尺寸精度槽形尺寸H槽口宽H键槽宽H槽底园h10。

3毛刺不大于0.08。

4消除同板差造成的蹄形。

5斜槽铁心按铁心槽斜度冲制。

6瓢曲度，冲片外径Φ230以下不超过1.Φ230以上不超过2.5。

1.2.2铸铝转子主要技术要求

1内径（轴孔）尺寸精度参见表2

3槽斜度，按GB/T18C。

4波浪形，（冲片瓢曲造成）外径Φ230以下不超过1.Φ230以上不超过2.5。

5铝液，含铁量不超过0.8％。

6实际用铝量不低于设计值的95％。

定转子冲片制造工艺

2.1复冲转子槽、轴孔→复冲定子槽、扣片槽、键槽（标记槽）→定转子冲片分离。

2.2复冲定子槽、扣片槽、键槽（标记槽）、假轴孔→定子片、转子片坯料分离→复冲转子槽、真轴孔。

2.3复冲定子槽、扣片槽、键槽、定子片内外径、轴孔（定子片一次成型）→转子片坯料冲除定子槽片→复冲转子槽。

2.4一落三落出定转子片坯料——定子片复冲槽形、键槽、扣片槽或焊槽、转子片复冲槽形

2.5一落三落出定转子片坯料——单冲定子槽、单冲转子槽

2.6一落二落出定子片外园及轴孔→轴孔定位，键槽抠动，用内定位冲槽机冲定子槽切——单冲转子槽（切气隙）、复冲转子槽

2.7剪方料(扭90°)冲轴孔→冲外园→冲扣片槽→冲键槽→冲定子槽切内园→冲转子槽（切气隙）。

2.8级进冲

四工位方案：冲转子槽、轴孔及工艺定位孔→冲定子槽、键槽、扣片槽→分离转子片→分离定子片

八工位方案：冲转子键槽、平衡槽及工艺定位孔→冲轴孔及两条工艺槽（切断废料）→冲转子槽→分离转子片→冲定子槽→冲气隙→冲扣片槽、定子键槽（标记槽）→分离定子片。

电机定转子铁心生产规模大小，可分为单件、成批和大批量几种生产类型。生产类型不同，所采用的工艺方法和生产设备也有所不同，只有工艺方法与生产类型相适应，才能获得好的经济效益。

单件生产时，如3台5台，这种情况适合采用第7种工艺方案。而对于相同外径产品较多的产品，可适当地制造一落二模具，采用第6种工艺方案。

批量生产时，由于常年生产，可采用第第4种工艺方案。在有了第4种工艺情况下，单件产品也可以利用一落三模具采用单冲工艺，采用第5种工艺方案。只有大批量产品时才可以采用级进冲工艺方案。以上工艺方案质量最好的应该是第3种工艺方案，因为它是一次成型，各尺寸精度、形位精度都由模具保证。定位次数越多，形位精度越差。其次应该是第第第4方案。

定子片都经二次定位，单冲工艺冲片质量与使用设备及技术装备状况有关，做的好的，它的质量与第第第4方案做的冲片质量不相上下。而级进冲由于多次定位，形位精度要差一些。但是，如果模具制造水平高的，它做出的冲片质量也是不错的。

定转子冲片存在的质量问题及产生原因

3.1定子冲片

3.1.1定子冲片内外径尺寸超差

产生原因：

1复冲模具内外径尺寸超差。

2单槽冲尺寸调整不正确或调整后没锁死，尺寸走动。

3.1.2定子冲片内外径同轴度超差

产生原因：

1复冲：

一次成型工艺，模具内外径同轴度超差；

一落三工艺，模具内外径同轴度超差。

2单槽冲：

a、冲槽机主轴偏心超差。

b、冲片托盘孔与冲片止口同心度超差。

c、冲片托盘与主轴配合太松。

d、冲片托盘止口与冲片轴孔配合太松。

3.1.3定子冲片槽形尺寸超差产生原因：模具尺寸超差。

3.1.4槽齿分布不均匀度（大小牙或大小齿）超差

产生原因：

1复式冲：模具不合格。

2单槽冲：

a、冲槽机：分度机构分度不均匀度超差，牙盘齿分布不均匀度，福开森分度机构分度不均匀度，各种齿轮磨损，配合精度降低。

b、冲槽机冲次太高。

c、冲片托盘转动惯量太大。

d、冲片托盘止口与冲片轴孔配合太松。

e、冲片托盘键与冲片轴孔键槽配合太松。

f、冲片轴孔与托盘止口配合太紧，配合部位没压平，不固定的一端高一端低。

3.1.5一落三工艺，定子坯料内径定位，复冲定子槽工序，内定位配合太松，导致槽根圆不固定式与内外径同轴度超差。用这样冲片装压的铁心，内外径超差或槽形不齐。

3.1.6毛刺超差产生原因：

1模具刃口钝。

2冲双次造成模具啃嘣。

3模具间隙大。

4冲双片。

3.2转子冲片

3.2.1轴孔尺寸超差

产生原因：

1模具尺寸超差。

2导头垫片太多。

3.2.2槽形尺寸超差

产生原因：

模具尺寸超差。

3.2.3冲片瓢曲（翘曲）值超差，一般复式冲不发生，主要发生在闭口单槽冲工序上。产生原因：槽数多，槽形长，采取凸模磨凸解决。

3.2.4毛刺超差产生原因：

1模具刃口钝。

2冲双次，造成模具啃嘣。

3模具间隙大。

4冲双片。

电机定转子铁心技术要求及其对电机性能的影响

4.1定子铁心

4.1.1定子铁心长度超差：必须保证铁心的紧密度。短了或松，导磁截面变小，磁阻大，磁密高，激磁电流大，定子电流大，铁耗大，使电机效率低，温升高；太长，漏磁通路径加长，附加损耗增大。

4.1.2定子铁心蹄形：一般是由同板差造成。使铁心一半过紧，损坏硅钢片漆膜，另一半过松，减少导磁截面，磁密高，同时产生电磁噪声及振动。

4.1.3定子铁心轴线对端面跳动超差（棱形）：使定转子相对位置漏磁路径加长，附加损耗增大。

4.1.4定子铁心内外径尺寸超差：影响电机气隙尺寸，气隙过大，磁阻增大，激磁电流增大，功率因数降低；过小将使铁心损耗增加，运行时可能引起铁心相擦，甚至难以启动。因此异步机气隙不得过大过小，中小型一般为0.2～1.0mm，大型为1.0～1.5mm。外装压：外径尺寸大，铁心与机座配合过紧，易造成机座止口偏，严重时机壳涨裂；外径尺寸小，铁心与机座配合太松，一是影响铁心散热，二是铁心易松动。内装压：外径尺寸大，影响装片。装片时冲片翘起影响槽形质量；外径尺寸小，一是影响铁心内径与机座铁心档的同轴度，二是影响铁心散热。

4.1.5铁心槽形尺寸（透光尺寸）超差：一是下线困难，易造成破压。二是浸漆时，槽与线圈之间的缝隙很难填满，影响线圈散热。

4.1.6齿外涨超差：漏磁路径加长，附加损耗增大。

4.1.7定子铁心内外径同轴度超差：使电机气隙不均，磁拉力不均，增大电机的噪声与振动，严重时造成定转子铁心相擦（扫膛）。

4.2转子铁心（铸铝转子）

4.2.1铁心长度超差：铁心短或松，造成铁心重量不足，减小了导磁截面，磁阻增大，激磁电流增大，功率因数降低，同时使定子电流增大，效率降低，温升高；铁心长，漏磁路径加长，附加损耗增大。

4.2.2槽形不齐：1减小铝条有效面积，相当于导条变细，电阻增大，损耗增大，效率低，温升高，转差率大；2相当于转子槽口尺寸减小，转子槽漏抗增大，电机总漏抗增大。a、最大转矩低。b、起动转矩低。c、满载时的电抗电流大，功率因数低。d、定转子电流大，定转子铜耗大，电机效率低，温升高，转差率大。

4.2.3铸铝转子细条或断条：使转子电阻增大，启动转矩减小。

4.2.4铸铝转子内气孔过多或产生大的缩孔：均使转子电阻增大。

4.2.5铝水处理不好、铝内杂质多、气体多、含铁量超标都会使转子电阻增大，转子损耗大，效率低，温升高，转差率大。

模具典型结构

5.1一落二复式落外圆模

当相同外径冲片达到一定规模时，可以制造一落二复式落料模，这样可以提高效率，同时也可以提高冲片质量，其结构外径为Φ8有12个扣片槽，一个键槽，并有一个Φ58的工艺孔。一般外径Φ850定转子冲片相应的转子冲片轴孔为Φ280（4P）、Φ350（6P）、Φ423(8～12P)，有的厂家转子冲片轴孔为；Φ210（2P）、Φ2Φ3Φ400。都可以用该落料模落料，然后以Φ58孔中心定位、键槽周向定位，进行扩孔。这样重新做轴孔模的费用较低，而且落出的轴孔料可以做成套相应的定转子冲片。如Φ280的轴孔料、可以生产Y160(Φ260×Φ150×Φ60)定、转子片，Φ350轴孔料可以生产Y200(Φ327×Φ182×Φ75)定转子冲片，而Φ423轴孔料可以生产Y250（Φ400×Φ225×Φ85）定转子冲片。有的厂家直接制造2P轴孔落料模，之后再扩其它轴孔。这种方法不可取，造成材料浪费。

5.2单槽冲模

5.2.1定子片冲槽切内圆模定子片冲槽切内圆模，结构特点是切圆凹模不用安装弹料装置。在4处铣掉6mm深即可。3间距离约为h的一半，可防止切齿时造成齿弯。

5.2.2定子端板冲槽切内外圆模该模冲定子槽时，同时切出定子端板内圆和转子端板外圆，即简化了定子端板冲切模，同时也为冲转子端板时免去了冲外径的麻烦。

5.2.3转子片冲槽切气隙模

5.2.4模具凸凹模刃口尺寸设计原则落料件的尺寸是由凹模刃口尺寸决定的，而孔形件尺寸是由凸模刃口尺寸决定的。在冲裁过程中，凸模越磨越小，凹模越磨越大。对于落料，先确定凹模刃口公称尺寸，可取凹模刃口公称尺寸接近或等于工件最小极限尺寸，然后通过减少凸模公称尺寸，以保证最小合理间隙。对于冲孔，先确定凸模刃口公称尺寸接近或等于孔的最大极限尺寸，然后通过增大凹模的公称尺寸，以保证最小合理间隙。

工装典型结构

6.1冲片托盘

冲片托盘是单槽冲工艺中不可缺少的很重要的一个工装。其与主轴配合的中心孔及冲片轴孔配合的止口都要求紧配，且托盘的键与轴孔的键槽也是紧配。它们的配合精度将直接影响冲片制造质量。根据同心度要求，中心孔与托盘止口应在一次装卡中加工。另考虑托盘的转动惯量，φ300及以上的托盘应去重，减少其重量。φ300以下的托盘可不予考虑。托盘一般采用Q2A即可，上面镶3个Cr12镶块，耐磨损。也有厂家采用铝合金的，其成本较高。

6.2定子铁心装压胎

定子铁心装压胎，一般都是以定子冲片内径为基准进行，圆筒结构（死胎）装压胎已很少采用。H280以下一般采用定子铁心装压涨胎涨套结构涨胎。这是因为涨套外径在φ300左右，整个形体不是太大，加工难度不是很大，而且产品生产基本都达到了批量。这种涨胎一般都配有滚压扣片机构，生产效率较高。而对于产量较少的，H315～H355一般都采用单缸油压机用装压胎装压胎。这种胎用于单缸油机上。胎具加工简单，装压的产品质量能满足要求。而对于H400以上的产品可以采用中型定子铁心装压胎。以上介绍的都是扣片结构铁心用的装压胎，对于焊接结构，需要车加工的铁心应采用定子铁心装压车胎。该胎即用于装压、焊接，也可用于车加工。该胎具的要点是：四筋外圆（定子冲片内径定位基准）φ与坐胎止口φ1及找正外圆φ2同心度在定子冲片内外径同轴度要求范围内。坐胎配合间隙在0.05以内。该胎车加工在立车上进行。

6.3离心铸铝工装

6.3.1铸铝模离心铸铝模模具材料采用HT250或45。若采用整体结构,坯件要翻沙模型，加工工期长，成本高。若采用分体结构，直浇口、上模坯料用两个环料即可，压板用Q2A。若采用两个环形坯料可直接用厚钢板割成，缩短加工工期，同时也降低了成本。上下模型腔氮化或磷化处理可延长模具使用寿命,且不易粘铝。离心铸铝模排气系统:下模内环端面设0.3深12～20宽数个排气槽，上模风叶端靠端面缝隙排气，上模平衡柱端设排气孔，内装排气塞或钻φ2排气孔也可，但防止φ2孔堵塞，与平衡柱连接处应是倒漏斗形。

6.3.2铸铝轴离心铸铝由于铁心是需要加热，铸完铝后脱轴是个难题。根据实践，轴孔φ220及以下采用水冷结构，轴外径比轴孔小0.10～0.15。φ240及以上采用斜肋结构，筋外圆公差为0及冲片轴孔的中间公差，例，冲片轴孔为φ240H8（0.0720)，筋外圆为φ2400.0360。若冲片轴孔为φ240h10(0.185)，筋外圆为φ240.093。

工艺要点

7.1冲片的绝缘处理

当电机定子线圈通入交流电时，铁心中将感应产生涡流，在铁心中产生涡流损耗。铁心中的涡流损耗大小与硅钢片厚度方向的通路长短有关。为了减小涡流损耗，应对冲片表面进行绝缘处理，目前国内基本采用涂漆或氧化处理方法。

7.1.1冲片涂绝缘漆处理

涂绝缘漆处理是冲片绝缘处理常用方法之一，它是在涂漆机上完成的。应用最广泛的是三段式涂漆机。涂漆机是由涂漆机构、传动机构、烘炉和温度控制系统及通风装置几部分组成。

涂漆机构：由两个滚筒、滴漆管和漆槽组成。滚筒上套有布套或毡套，上下滚筒采用齿轮传动，之间的间隙可调，下滚筒的1/3～1/2浸在漆槽的漆中，滚筒转动时，可使上下滚筒套浸满漆，使传入的冲片两面涂上漆液。调整两滚筒之间的间隙控制漆膜的厚度。

传送装置：一般分三段，第I段3米，不进入烘炉内，涂漆后的冲片在这一段时间内溜平，使气泡排除，漆摊平。第Ⅱ段完全在烘炉内，长约10～30米，从温度布控上讲，它分三个区，第一个温控区是溶剂挥发阶段，温度不宜过高，否则溶剂挥发过快，漆膜表面会产生微孔。第二个温控区温度应适当高些，在这个区段，漆膜要进行氧化、聚合，以形成良好的绝缘层。第三个温控区温度要降低一些，在这个区域内漆膜进行固化、冷却。烘炉炉温高低与硅钢片漆的牌号、烘焙时间、冲片及漆膜的厚度以及炉中冲片数量有关，所以炉温及烘焙时间一般应通过试验选定。

涂漆优点是：质量稳定，叠压系数较高，有良好的耐热性，绝缘电阻值稳定，吸潮性小，附着力好，漆膜分布均匀且有弹性。缺点是：工人劳动强度大，由于废烟及挥发气体的产生，劳动条件差、生产效率低、成本高。

7.1.2冲片的氧化处理

冲片的氧化处理是在专用的氧化炉内完成。氧化炉是一个密封的罐体或箱体式的加热设备。需要处理的冲片按要求分层叠落放置在氧化炉内，将炉密封盖好，加热至400℃左右时，打开排烟口，将油污燃烧的烟气排放出去。当冲片达到540～550℃左右时，开始通入氧化剂。炉内温度控制在560℃～570℃以内、在这个温度下处理1～1.5小时后，断电、断气，通入空气将炉内的水蒸气排净。温度降至300℃左右，可以开炉，自然冷却。所谓氧化，即金属在空气或氧中加热时，其表面部分将变成氧化物，这种转变即称氧化。根据以上原理所采用的氧化工艺是：将冲片放置在密封的罩内，然后加热，使罩内的冲片的温度达到540～550℃时，通入一定的氧化剂，使冲片表面产生一种混合氧化物，即我们称的氧化膜，保温一定时间，使氧化膜达到一定厚度。

氧化剂一般可以采用水蒸气、及空气与水蒸气的混合气体。试验室也有采用氧气做氧化剂的。以水蒸气做氧化剂来说明一下炉内的反应情况：

上述反应的顺序只有在硅钢片表面没有氧化物时才成立。而热轧硅钢片在制造过程中由于高温且接触氧，其表面已产生了很薄的一层混合物，它主要是由最里层的Fe3O4与Fe的混合物，其次是Fe3O4,最外层是Fe2O3与Fe的混合物组成。因此，氧化时炉内上述三个反应是同时进行的。氧化处理后覆盖在冲片表面氧化物是这样分布的，最靠近金属的是Fe3O4与Fe的混合层，之后是Fe3O4与Fe2O3的混合层，最外层是Fe2O3及少量的Fe。从这里不难看出越靠近金属的氧化物，其金属含量越高，而氧含量越少。以上方程式中还可以看出，是先产生FeO,之后产生Fe3O再之后转变成Fe2O3。但是FeO本身只有在570℃以上才是稳定相，才能存在，在570℃以下，它是不稳定相，也就是说，当FeO产生之后，随之就转变成Fe3O4,即FeO没有存在的可能。而Fe3O4不论是高温还是低温，其相都是稳定的。Fe3O4转变成Fe2O3是由于充足的氧的作用，使其先失去Fe,之后才转变成Fe2O3。

在570℃以上时FeO成为了稳定相，这时金属表面的氧化物将由三层氧化物组成，最靠近金属的氧化亚铁（FeO）层，而且是三层中最厚的一层，其次是磁性氧化铁（Fe3O4）层，最外层是氧化铁（Fe2O3）层。当温度由570℃以上降下来时FeO将在570℃时开始，分解为Fe与Fe3O4密合的混合物层（是很厚的一层）。

我们所要得到的氧化膜的主要成分应当是Fe3O4和Fe2O相对于Fe比较，它们具有较高的电阻值，我们正是靠这样的混合物膜来减少电机的涡流损耗。但是当氧化膜渗入Fe的成份后，氧化膜的电阻值显著下降，严重时趋于零，这是我们所不希望的。因此，氧化处理时，温度必须控制在570℃以下使膜中根本不产生FeO。

根据炉内反应的方程式还可以看出，在用水蒸气做氧化剂时，将有大量的氢气产生，虽然有排烟道，由于排烟道在下方，罩内肯定存在一定的氢气，当温度下降以后（氧化终了时），H2就是很好的还原剂，使氧化膜中产生游离铁，使氧化膜的阻止值降低。为了避免和减轻这一现象的发生，在氧化即将终了时，应停止供应水蒸气，改为用压缩空气做氧化剂，这时炉内一面继续进行氧化，一面把罩内的氢气排挤出去，以保证氧化膜的最终质量。

冲片氧化处理成本低，改善了工人劳动条件、效率高、易管理；氧化膜本身是金属化合物，导热性能比漆膜好，有利于铁心散热，耐热性比漆膜高，冲片毛刺被处理掉，叠压系数比涂漆高；而且在处理过程中，冲片起到了一定的退火作用，改善了磁性能；但它的附着力不如漆膜强，绝缘电阻不如漆膜稳定。

表1是1999年6月我在佳电时对YB2475KW电机定子冲片进行氧化处理与不氧化处理电机性能参数的测试记录

表2是2002年在佳电对十余种样料测试记录。

7.2冲片的退火处理

电工钢片在剪切和冲裁过程中，沿分离线约0.5～3mm宽的边缘因塑性变形引起的钢片内部应力和物理性能的变化，称为冷作硬化现象。冷作硬化区材料硬度增加，导磁性能恶化，铁损增大。因为，小电机冲片冷作硬化区相对较大，这种影响特别显著，对于无硅钢片及低损耗钢片这种影响更大。为了消除冷作硬化的影响，采用退火处理，使材料性能恢复到原来水平。常用的退火工艺有沙封退火，保护气体退火和连续退火三种。沙封退火的工艺装备简单；保护气体退火效果好；连续退火效率高。以下是三种退火方式常用工艺参数。

7.2.1沙封退火

将冲片或铁心装入炉内，用沙密封以防氧化。升温至600℃，在以低于每小时40℃的速度升温到750℃，保温4小时后，以低于每小时40℃的速度降温至600℃，最后冷却至300℃以下出炉。

7.2.2保护气体退火

升温、降温和保温的工艺参数与沙封退火相似。不同的是当升温到300℃左右经一段时间除油后，通入保护气体再继续升温。降温至500℃或更低温度后，停止通入保护气体。通常采用的保护气体有纯氮或氮加2﹪的氢。

7.2.3连续退火

将单张电工钢片或冲片处于760～800℃的连续炉内，保持四分钟左右，就能达到退火目的。因保温时间短，不需要保护气体。因受热和冷却较均匀，故无升温、降温速度要求。