模內(nèi)點(diǎn)膠的汽車鐵芯一體化成形設(shè)備及其制造工藝

摘要：傳統(tǒng)新能源汽車電機(jī)鐵芯制造方式存在能量損耗大、工藝效率低等問題，難以滿足大規(guī)模生產(chǎn)需求。開發(fā)了一種模內(nèi)點(diǎn)膠一體化成形設(shè)備及制造工藝，通過模外噴涂催化劑、模內(nèi)精準(zhǔn)點(diǎn)膠和沖裁粘壓成型，可實(shí)現(xiàn)高效、高質(zhì)量的鐵芯制造。設(shè)備采用上下模板結(jié)構(gòu)，集成催化劑和粘膠噴涂裝置，并設(shè)計(jì)了機(jī)械花灑式點(diǎn)膠閥，以保證膠液精準(zhǔn)噴涂和快速固化。工藝流程包括噴涂催化劑、初步?jīng)_裁、噴涂粘膠、二次沖裁和粘壓成型5個(gè)步驟，該工藝流程可有效避免粘膠劑提前固化，提高粘接強(qiáng)度。

關(guān)鍵詞：新能源汽車；電機(jī)鐵芯；制造工藝；成形設(shè)備

0 前言

新能源汽車的快速發(fā)展，對(duì)其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的性能提出了更高的性能要求，傳統(tǒng)的硅鋼片疊裝方式已難以滿足高效率、小型化的發(fā)展趨勢(shì)。在新能源汽車電機(jī)鐵芯制造中，粘膠鐵芯憑借其優(yōu)越的性能備受關(guān)注，然而傳統(tǒng)的粘膠工藝存在生產(chǎn)效率低、一致性差等問題，制約了其大規(guī)模應(yīng)用。為解決上述問題，開發(fā)了一種模內(nèi)點(diǎn)膠的汽車鐵芯一體化成形設(shè)備及制造工藝。該設(shè)備集成了催化劑噴涂、粘膠點(diǎn)膠和沖裁成型等功能，實(shí)現(xiàn)了鐵芯的高效、精準(zhǔn)制造。本文詳細(xì)介紹了設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理，以及關(guān)鍵部件——機(jī)械花灑式點(diǎn)膠閥的設(shè)計(jì)，并對(duì)點(diǎn)膠排布方式進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，該工藝能夠顯著提高鐵芯加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，降低制造成本，為新能源汽車電機(jī)鐵芯制造提供了一種高效、可靠的解決方案。

1 新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)鐵芯連接方式

目前，新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)硅鋼片疊裝多采用疊鉚或焊接等方式，但上述疊裝方式均會(huì)對(duì)鐵芯的完整性造成不同程度的破壞，無形中增大了能耗[1]。有些鐵芯無法采用傳統(tǒng)的連接方式，而膠粘技術(shù)可以避免此類問題。采用粘膠鐵芯方式可提升電機(jī)性能，相同效率條件下可降低鐵芯高度，減小外形尺寸。很多新能源汽車驅(qū)動(dòng)電機(jī)粘膠鐵芯采用工裝或手工制作，無法保證鐵芯一致性，大批量生產(chǎn)難度較大，大多依賴單沖模沖裁單片進(jìn)行沖片點(diǎn)膠，再采用高溫加熱處理并固化。采用該工藝雖然可得到粘膠鐵芯，但其體積較大，進(jìn)行沖裁加工時(shí)不僅需要施加較大壓力，還需要引進(jìn)高精度沖壓裝置，生產(chǎn)成本較高。因此，亟需開發(fā)一種生產(chǎn)效率高的采用模內(nèi)點(diǎn)膠的汽車鐵芯一體化成形設(shè)備及制造工藝。

2 模內(nèi)點(diǎn)膠的汽車鐵芯一體化成形設(shè)備

模內(nèi)點(diǎn)膠的汽車鐵芯一體化成形設(shè)備如圖1所示。機(jī)體上方固定安裝有下模固定座，下模固定座的上方通過螺栓固定底板，底板的頂端嵌入支撐液壓缸，底板的上方通過螺栓固定下模板，下模板的底部開設(shè)落料槽。支撐液壓缸位于落料槽的下方，其收縮后頂面與底板的頂面平齊，可對(duì)定轉(zhuǎn)子沖片起到支撐作用，同時(shí)向定轉(zhuǎn)子沖片施加向上的壓力，使定轉(zhuǎn)子沖片之間緊密結(jié)合。催化劑噴涂支架位于下模板前端，通過兩側(cè)的支撐架固定在機(jī)體上，催化劑噴涂支架上均勻分布有多根針閥。機(jī)體上還固定安裝有支柱，支柱位于下模固定座的兩側(cè)，支柱的頂端固定安裝有沖裁液壓缸，沖裁液壓缸底部的活塞桿上固定安裝上模板，上模板與下模板之間通過導(dǎo)向柱連接，粘膠噴涂支架固定安裝在上模板的底部，上面均勻分布有多根針閥，可以根據(jù)鐵芯尺寸靈活調(diào)整噴涂位置、噴涂范圍及噴涂數(shù)量，滿足不同尺寸鐵芯的粘合需求，且催化劑噴涂支架上針閥的數(shù)量及位置與粘膠噴涂支架上針閥的數(shù)量及位置相對(duì)應(yīng)，使催化劑與粘膠能夠融合，提高固化速度及粘合效果。粘膠噴涂支架位于落料槽的前側(cè)，上面的針閥在噴涂粘膠后立即通過上模板的沖裁形成定轉(zhuǎn)子沖片，定轉(zhuǎn)子沖片落到落料槽內(nèi)[2]。將粘接劑噴涂工序設(shè)在沖裁落料的前一個(gè)工序，以防止沖裁時(shí)粘接劑提前固化，避免造成涂料浪費(fèi)，提高粘合強(qiáng)度及牢固性。

3 制造工藝

模內(nèi)點(diǎn)膠的汽車鐵芯一體化成形制造工藝步驟如下：第一，噴涂催化劑。通過送料機(jī)將硅鋼片輸送至催化劑噴涂支架下方，催化劑噴涂支架上的針閥向硅鋼片的表面噴涂催化劑。第二，初步?jīng)_裁。硅鋼片繼續(xù)運(yùn)動(dòng)至下模板與上模板之間，沖裁液壓缸帶動(dòng)上模板做上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過上模板沖裁在硅鋼片上形成槽孔。第三，噴涂粘膠。硅鋼片繼續(xù)運(yùn)動(dòng)至粘膠噴涂支架下方，粘膠噴涂支架上的針閥向硅鋼片的表面噴涂粘膠。第四，二次沖裁。通過上模板沖裁形成定轉(zhuǎn)子沖片，定轉(zhuǎn)子沖片落到落料槽內(nèi)。第五，粘壓成型。支撐液壓缸對(duì)其起到支撐作用，同時(shí)向定轉(zhuǎn)子沖片施加向上的壓力，使定轉(zhuǎn)子沖片之間緊密結(jié)合，粘膠在催化劑的作用下快速凝固，將定轉(zhuǎn)子沖片牢牢粘接為一體，形成定轉(zhuǎn)子鐵芯[3]。

4 機(jī)械花灑式點(diǎn)膠閥的設(shè)計(jì)

4. 1 點(diǎn)膠閥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

點(diǎn)膠閥由噴嘴管道、點(diǎn)膠閥筒、噴嘴膠腔及撞針構(gòu)成，其中噴嘴膠腔和噴嘴管道位于點(diǎn)膠閥筒內(nèi)，噴嘴膠腔上部為錐形，撞針上側(cè)為球形，需要對(duì)噴嘴球面與錐面進(jìn)行配合。沖裁疊壓時(shí)，撞針會(huì)對(duì)噴嘴膠腔錐形面進(jìn)行撞擊，形成的高壓膠液從噴嘴管道中擠出，撞針接觸至壁面時(shí)阻隔膠腔與管道通道，膠液被分離而產(chǎn)生膠點(diǎn)，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

噴嘴設(shè)計(jì)參數(shù)包括噴嘴直徑D0和噴嘴長(zhǎng)度L。其中，D0的取值區(qū)間為0.1～1.5 mm，能夠應(yīng)用于不同點(diǎn)膠作業(yè)，并且點(diǎn)膠精度高，穩(wěn)定性好。點(diǎn)膠閥筒安裝于點(diǎn)膠閥底座上，具體結(jié)構(gòu)如圖3所示，供膠通道設(shè)置在膠筒一側(cè)，膠液注入膠腔，采用密封圈保證閥與底座的可靠連接，膠液不會(huì)因連接不好而泄漏。點(diǎn)膠閥蓋板與點(diǎn)膠閥底座通過螺栓固定，并通過合理公差配合引導(dǎo)撞針與蓋板完成導(dǎo)正，設(shè)置時(shí)通過激光對(duì)準(zhǔn)器保證撞針與膠筒的同軸度，頂板由螺紋與撞針相互連接，旋進(jìn)深度可根據(jù)工藝要求調(diào)整，內(nèi)置彈簧可確保撞針準(zhǔn)確復(fù)位。

為確保送料步距達(dá)到更高的精準(zhǔn)度，花灑式點(diǎn)膠系統(tǒng)有單獨(dú)的點(diǎn)膠位置，凹模固定座向下凹5.0 mm，噴嘴伸出固定座1.0 mm。導(dǎo)料銷把硅鋼片板料托起，與底座間距5.0 mm。點(diǎn)膠操作時(shí)，通過輸送裝置將板料提至點(diǎn)膠工位，再進(jìn)行上模下行操作，通過卸料板將板料輸至凹模固定座，與板料距離保持0.2 mm的距離，膠點(diǎn)被涂至板料。上模操作時(shí)，浮動(dòng)導(dǎo)銷將板料輸送至自然位，與凹模保持5.0 mm的距離，點(diǎn)膠操作后板料被輸送至疊壓設(shè)備。送料操作時(shí)，板料為抬起狀態(tài)，與凹模保持5.0 mm的距離，膠液自身具備粘性而不會(huì)滴落，可避免膠點(diǎn)涂至凹模，即可完成點(diǎn)膠操作[4]。

4. 2 噴嘴噴射原理

將花灑噴嘴安裝于下模固定座。在進(jìn)模操作時(shí)，在板料下側(cè)完成點(diǎn)膠，外部施加作用力至彈簧頂板，撞針可按設(shè)計(jì)速度運(yùn)行。充膠操作時(shí)，供膠壓力由控制系統(tǒng)輸出的模擬信號(hào)控制，總充膠時(shí)間為tf，進(jìn)模一次沖裁時(shí)間（tn）和點(diǎn)膠循環(huán)時(shí)間控制在0.2 s。沖裁操作時(shí)，控制系統(tǒng)根據(jù)工藝要求輸出信號(hào)，在0～tn內(nèi)供膠壓力P=0，在tn～tf內(nèi)供膠壓力為Ps，撞針受到彈簧力影響而產(chǎn)生懸停，膠腔被完全充滿。在第2階段，施加外力與頂板完全接觸，撞針以速度Vs進(jìn)行撞擊，撞針撞擊內(nèi)壁后，膠液于噴嘴部位進(jìn)行點(diǎn)膠。在第3階段，完成上模上行，施加外部力進(jìn)行復(fù)位操作，撞針可準(zhǔn)確復(fù)位，供膠壓力降為0。

4. 3 噴膠點(diǎn)排布分析

若點(diǎn)膠閥數(shù)量較多，其在底座中的排布要遵循相關(guān)規(guī)律，以提升鐵芯粘接可靠性，按照膠點(diǎn)鋪展尺寸對(duì)膠點(diǎn)進(jìn)行排列。若鐵芯沖片表面每處膠液接觸角均一致，沖片疊壓鋪展后，每個(gè)膠點(diǎn)均為圓形且保持相同尺寸。膠點(diǎn)排列可按矩形排布，也可以采用交錯(cuò)形排布，相鄰膠點(diǎn)間圓心連線且保持60°。如果延長(zhǎng)膠點(diǎn)半徑，在不同排布條件下，被粘物膠點(diǎn)面覆蓋率會(huì)降低，對(duì)2種排布情況下的膠點(diǎn)面覆蓋率進(jìn)行比較，交錯(cuò)形覆蓋率較高，可達(dá)到10%，表明交錯(cuò)形膠點(diǎn)排布粘接面積比較大，可以實(shí)現(xiàn)更為牢固的粘接效果。

5 結(jié)語

本文提出的模內(nèi)點(diǎn)膠汽車鐵芯一體化成形技術(shù)，為解決傳統(tǒng)粘膠鐵芯生產(chǎn)效率低、一致性差等問題提供了新的思路。該技術(shù)將催化劑噴涂、粘膠點(diǎn)膠和沖裁集成于一體，實(shí)現(xiàn)了鐵芯的高效、精準(zhǔn)制造，并有效提升了鐵芯的性能和穩(wěn)定性。但是，該技術(shù)仍處于發(fā)展初期，未來還需要開展進(jìn)一步研究，例如：開發(fā)新型粘接劑以適應(yīng)更高的工作溫度和更苛刻的工況；優(yōu)化點(diǎn)膠閥結(jié)構(gòu)和控制策略，進(jìn)一步提高點(diǎn)膠精度和效率；開展系統(tǒng)性的成本效益分析，評(píng)估該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景等?？傊?nèi)點(diǎn)膠一體化成形技術(shù)作為一種高效、精準(zhǔn)的鐵芯制造方法，在未來新能源汽車電機(jī)領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，也將推動(dòng)電機(jī)技術(shù)持續(xù)進(jìn)步和發(fā)展。

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