無(wú)刷直流風(fēng)機(jī)磁軛裝配部件制作精度的工藝保證

成 立

(蘇州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，蘇州215104)

0 引 言

直流無(wú)刷風(fēng)機(jī)采用電子線路和霍爾開(kāi)關(guān)換向，克服了傳統(tǒng)直流電動(dòng)機(jī)電刷和換向器所產(chǎn)生的火花干擾問(wèn)題。該風(fēng)機(jī)具有風(fēng)力大、效率高、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，因而在計(jì)算機(jī)和航空等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用。

帶風(fēng)葉磁軛是風(fēng)機(jī)的核心部件，它由一個(gè)風(fēng)葉及套入其中的磁軛裝配部件組成，如圖1所示。因其轉(zhuǎn)速可達(dá)2 900 r/min，因而對(duì)平衡度的要求非常高，否則當(dāng)風(fēng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，將引起很大的振動(dòng)。這一平衡指標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)主要取決于磁軛裝配部件的質(zhì)量，即轉(zhuǎn)軸與磁鋼內(nèi)緣的同軸度指標(biāo)，如圖2所示。

圖1 帶風(fēng)葉磁軛

圖2 磁軛裝配部件圖

在磁軛部件制作過(guò)程中，影響平衡度的主要原因是軸孔與磁鋼內(nèi)緣不同軸或軸孔與磁軛部件右端面不垂直導(dǎo)致壓軸時(shí)端面定位不可靠。若解決了這些問(wèn)題，就可最終解決風(fēng)機(jī)的振動(dòng)問(wèn)題。不難看出，解決的根本在于獲得合格的磁軛部件。

1 磁軛裝配部件裝配的結(jié)構(gòu)分析

由圖2可知，磁軛部件(相當(dāng)于交流電機(jī)的轉(zhuǎn)子)由磁軛、軸座、轉(zhuǎn)軸和磁鋼組成。其中軸座和磁軛通過(guò)端面鉚壓獲得緊固，轉(zhuǎn)軸與軸座為過(guò)盈配合，磁鋼和磁軛則通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)進(jìn)行緊固。

2 磁軛裝配部件的加工工藝分析

磁軛裝配部件在整個(gè)風(fēng)機(jī)中具有舉足輕重的地位，因此上述每道工序都至關(guān)重要。

2.1 磁軛的沖壓工序

磁軛由厚度為1.5mm的10mm鋼板落料拉深而成，切邊并保證軸向尺寸26mm。以Φ47mm內(nèi)孔定位在底部端面沖出Φ12+0.0210mm的軸座孔，以保證孔的軸心線與磁軛內(nèi)孔的同軸，如圖3所示。

圖3 軸套零件圖

2.2 軸座的鉚接工序

沖孔后軸座與磁軛采用鉚接方式緊固在一起，如圖4所示，以便在軸座上鉆出軸孔。

圖4 帶軸座磁軛

2.3 塑料磁鋼的粘結(jié)工序

如圖5所示，在磁軛零件內(nèi)壁涂敷環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑(含固化劑)，將條形塑料磁鋼(如圖6所示)卷圓后塞入磁鋼壓入工裝的小錐度(3°)導(dǎo)滑圈，在放置壓頭后置于氣壓機(jī)上并開(kāi)機(jī)下壓，當(dāng)壓頭臺(tái)階碰到小錐度導(dǎo)滑圈的上平面時(shí)，磁鋼剛好被壓到位，取下帶磁鋼磁軛，并置于150℃的調(diào)溫烘箱，2小時(shí)后取出，其粘結(jié)強(qiáng)度足以承受車削。

圖5 磁鋼壓入工裝

圖6 塑料磁鋼(en71－3橡膠磁卷材)展開(kāi)圖

2.4 磁鋼的內(nèi)孔和軸座內(nèi)孔的加工工序

為滿足圖2的轉(zhuǎn)軸與磁鋼內(nèi)孔的同軸度要求，就必須首先保證軸座內(nèi)孔與磁鋼內(nèi)孔的同軸度。

2.4.1 臺(tái)鉆加工

為保證軸座內(nèi)孔與磁鋼內(nèi)孔的同軸度，就必須以磁鋼內(nèi)孔定位鉆、鉸軸座內(nèi)孔。利用塑料磁鋼優(yōu)良的切削加工性能，可車削已預(yù)留1mm余量的磁鋼內(nèi)孔至 Φ38+0.100mm，再以 Φ38+0.100mm 定位，利用臺(tái)鉆上分別以Φ2.8mm麻花鉆、Φ3mm機(jī)鉸刀加工軸座孔至Φ3+0.0180mm，如圖7所示。但這樣的加工方式需要更換兩次定位心，既影響了工作效率，又產(chǎn)生了定位誤差，最終導(dǎo)致軸孔與磁鋼內(nèi)孔的同軸度誤差嚴(yán)重超標(biāo)。

圖7 臺(tái)鉆加工轉(zhuǎn)軸孔

2.4.2 數(shù)控車床加工

利用圖8的氣動(dòng)夾筒夾緊式車夾具，可輕松高效地完成上述工作。該夾具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是夾緊的動(dòng)力源來(lái)自安裝在車床床頭箱左邊的氣缸。與一般夾具一樣，卸下卡盤，換上該車夾具，百分表校調(diào)后先鎖緊夾具，旋緊螺母，使氣缸活塞被兩螺母夾緊。需指出的是該氣缸為自制，活塞的軸向移動(dòng)量?jī)H需控制在3～4mm即可。

圖8 氣動(dòng)夾筒夾緊式車夾具結(jié)構(gòu)圖

工作原理如下:

1)被車件的定位與夾緊:將所要車削的帶磁鋼磁軛塞入與其外緣間隙配合的彈性外圓夾筒內(nèi)，按下氣缸控制按鈕，使氣缸體右側(cè)腔體進(jìn)氣，活塞左移，由此帶動(dòng)拉桿及與其剛性連接的彈性外圓夾筒(如圖9所示)向左運(yùn)動(dòng)，由于彈性外圓夾筒的外緣均布有4條1mm寬的割縫，因而其外錐面在沿錐套內(nèi)錐面滑動(dòng)的過(guò)程中，四瓣開(kāi)口同時(shí)將工件抱緊;

2)車削:開(kāi)動(dòng)機(jī)床，先后以Φ2.8mm麻花鉆、Φ3mm機(jī)鉸刀加工軸座孔至Φ30+0.018mm;借助左偏刀的主切削刃，以徑向退刀法車出帶磁鋼磁軛端面，保證軸向尺寸25.5mm;最后用鏜孔車刀將磁鋼內(nèi)孔車至 Φ38+0.100mm;

圖9 彈性外圈夾筒

3)脫模取件:停車后，再次按下氣缸控制按鈕，使氣缸體左側(cè)腔體進(jìn)氣，活塞右移，由此推動(dòng)拉桿及與其剛性連接的彈性外圓夾筒右移。由于彈性外圓夾筒的彈性回復(fù)，夾筒與帶磁鋼磁軛又恢復(fù)到原來(lái)的間隙配合狀態(tài)，取出帶磁鋼磁軛，即完成了一次加工周期。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn):

1)本夾具采用氣動(dòng)力而非傳統(tǒng)的手動(dòng)螺旋徑向鎖緊，不僅可通過(guò)調(diào)整氣壓來(lái)獲得所需的夾緊力，還可防止因螺旋夾緊力過(guò)小而出現(xiàn)車削過(guò)程中被車工件打滑或螺旋夾緊力過(guò)大導(dǎo)致工件永久變形，并且工件拆卸快速高效。值得注意的是被車件裝夾前或無(wú)被車件時(shí)，氣缸拉桿必須處于松弛狀態(tài)。

2)彈性外圓夾筒集定位和夾緊于一體，是整個(gè)夾具的核心零件。采用合金彈簧鋼60CrMnMoA，精磨內(nèi)外圓前淬火至50－55HRC，以便在獲得足夠強(qiáng)度的同時(shí)仍不失其良好的回復(fù)剛性。精磨內(nèi)外圓后定位內(nèi)孔處以線切割分別割出等分的4條26mm×1mm的縫隙，以便在夾筒的26mm長(zhǎng)度上均能獲得良好的收緊和回復(fù)彈性。

3)由于磁軛為薄壁零件，本夾具實(shí)現(xiàn)了變軸向拉力為徑向夾緊力，360°全方位夾緊的彈性外圓夾筒可避免磁軛的夾緊變形。實(shí)踐表明，內(nèi)外錐采用10°配合較有利于獲得夾緊和松弛的良好效果。

2.5 磁軛的入軸工序

如圖10所示，塞入定位芯(磁鋼內(nèi)孔定位)，并使端面靠緊。在定位芯小孔內(nèi)插入轉(zhuǎn)軸(間隙配合)，開(kāi)動(dòng)氣壓機(jī)，將轉(zhuǎn)軸的高出部分壓至與定位芯上端面平齊，即可保證軸伸10mm(如圖2所示)。

圖10 磁軛入軸工裝

2.6 轉(zhuǎn)軸與磁鋼孔同軸度檢測(cè)

磁軛部件屬于動(dòng)態(tài)工作零件，它不同于一般的靜態(tài)工作零件，當(dāng)轉(zhuǎn)軸與磁鋼內(nèi)孔的同軸度出現(xiàn)超差，則風(fēng)葉的高速運(yùn)轉(zhuǎn)將會(huì)因磁軛各處慣性矩的不同而引起風(fēng)機(jī)較大的振動(dòng)。這就需要對(duì)入軸后的磁軛部件進(jìn)行轉(zhuǎn)軸與磁鋼內(nèi)孔同軸度的快速、精確檢驗(yàn)，以便及時(shí)校正。檢測(cè)工裝結(jié)構(gòu)如圖11所示。

圖11 同軸度檢測(cè)工裝示意圖

首先應(yīng)確保擺桿的上觸點(diǎn)與磁鋼緊密接觸。該工裝使用前應(yīng)將百分表插入百分表座，并使表頭受壓后退3mm后鎖緊，表針回零。

該工裝的擺桿兩端觸點(diǎn)到其轉(zhuǎn)軸中心的距離相等，從而確保同軸度讀數(shù)既不被放大，也不被縮小。

測(cè)量時(shí)，將磁軛裝配部件的轉(zhuǎn)軸插入含油軸承的Φ3mm軸孔，撥轉(zhuǎn)磁軛裝配部件(Φ3mm鋼珠與轉(zhuǎn)軸底部為點(diǎn)接觸，故撥動(dòng)磁軛裝配部件后，轉(zhuǎn)動(dòng)自如)，由于擺桿的上觸點(diǎn)緊貼磁鋼內(nèi)緣，擺桿的跳動(dòng)量將1∶1地反映在百分表的指針偏轉(zhuǎn)上，由圖2可知，只要指針偏轉(zhuǎn)量在2格以內(nèi)，便判定為合格。

3 結(jié) 語(yǔ)

本工藝方案簡(jiǎn)潔、工序清晰，所涉及工裝、夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便。借助氣動(dòng)夾筒夾緊式車夾具，較好地解決了薄壁套類零件(帶磁鋼磁軛)切削加工時(shí)的裝夾變形問(wèn)題，尤其是將氣缸作為車夾具鎖緊了的動(dòng)力源，極大提高了生產(chǎn)效率。作為關(guān)鍵工序的轉(zhuǎn)軸與磁鋼孔同軸度檢測(cè)，運(yùn)用同軸度檢測(cè)工裝，實(shí)現(xiàn)了較精確快速的檢驗(yàn)。作為批量性生產(chǎn)，產(chǎn)品具有質(zhì)量可控、風(fēng)險(xiǎn)小、投資少、收效快的優(yōu)勢(shì)。

［1］何慶，李郁.機(jī)床夾具設(shè)計(jì)教程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2012.

［2］楊叔子.切削加工［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012.

［3］陳明.機(jī)械制造工藝學(xué)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2012.