高精度輕量化電機外殼生產關鍵技術研究與應用（下）

文/崔忠寶·天津東方興泰工業科技股份有限公司

《高精度輕量化電機外殼生產關鍵技術研究與應用》(上）見《鍛造與沖壓》2018年第22期

解決電機外殼沖壓成形時的回彈問題

鋼板電機外殼材料通常為DC04，厚度在3mm以上。DC04鋼不僅有良好的延展性，還有良好的導磁性和較小的材料剩磁，是電機機殼的首選材料。但DC04鋼在塑性彎曲成形時回彈大，材料厚度越大引起的回彈就越大。因此在成為圓筒形狀后必須進行整形，消除回彈變形對工件精度的影響。

通過工藝試驗發現，普通整形方法無法使工件達到精度要求。因此我們開展了深入的研究，根據最大彎曲拉應力發生在工件外表面的特點，探索了改變外表面應力狀態來減少彎曲回彈的方法。即在整形時通過整形模塊對工件外表面進行擠壓產生擠壓痕，使工件外表面松弛，改變工件外表面的應力狀態；減少了外表面的拉應力，達到減少回彈的目的。比較圖6(c）和圖6(d）中的工件外表面，圖6(d）中的工件外表面有明顯的環形擠壓痕。整形時，采用讓工件在整形模內旋轉的方法，來提高整形效果。圖7為整形模具中的旋轉機構，工件整形時在模具內轉動6次完成整形，圖8為安裝在沖壓設備上的整形模。

圖7 整形模旋轉機構

開發相應的系列沖壓模具

根據產品成形工序要求開發了相應的系列模具，包括切邊沖孔模具（圖9）、預彎模具（圖10）、壓圓模具（圖11）、整形模具（圖12）。

圖8 沖壓設備上的整形模

圖9 切邊沖孔模具

圖10 預彎模具

圖11 壓圓模具

圖12 整形模具

開發自動焊接設備

鋼板電機外殼沖壓成形后需要對接口進行焊接，圖13為焊接后的電機外殼。為保證焊縫質量，采用氬弧焊進行焊接，購置了專用的焊接機器人，保證了焊接質量穩定。設計專用的雙工位夾具，與機器人配合工作，既保證了焊接品質，又提高了生產效率。圖14為焊接機器人與焊接夾具。

圖13 焊接后的電機外殼

圖14 焊接機器人與焊接夾具

項目總體技術性能指標

該電機外殼產品是比照國際上的著名品牌意大利SISMED的產品進行研發的，經過對SISMED產品的分析研究，制定了適合企業生產的工藝路線。通過反復的工藝試驗，解決了彎曲回彈、成形尺寸精度低、焊接質量差的關鍵技術難題，產品技術指標完全達到了意大利SISMED產品的要求。表3為兩種品牌產品的對比情況，從表3中可以看出，本項目研發的鋼板電機外殼產品質量與國際品牌相同、生產成本低，具有明顯的競爭優勢。

近年來，隨著工業技術的進步，高精度輕量化鋼板電機外殼的需求迅速增長，表4列出了國內外電機外殼的發展趨勢。

該高精度電機外殼項目滿足了我國電機市場的發展需求，同時作為國內為數不多的同類產品制造商，我公司生產的產品，打破了國外公司的技術壟斷，替代日本、新加坡、韓國、意大利和德國的進口產品，推動了電機產業的發展。

表3 產品對比

項目創新點和突破性進展

項目創新點

⑴采用精密沖壓工藝，取代了傳統的鑄造工藝，實現了清潔、綠色生產。精密沖壓電機外殼與鑄造電機外殼相比重量減輕了60%以上，實現了產品的輕量化；同時提高了產品質量，保證了產品合格率在99%以上。

表4 國內外電機外殼發展趨勢

⑵選用激光切割定尺下料，切割尺寸公差范圍達到±0.3mm，保證了產品的后續成形尺寸精度。

⑶應用旋轉刻痕釋放應力的方法，通過整形工序旋轉調整。在產品外側擠壓環形痕，改變了外側表面應力狀態，有效消除了彎曲回彈大的問題，保證了最終產品的成形精度，滿足了電機外殼內部高精度形狀和尺寸的要求。

突破性進展

⑴本項目研發了電機外殼激光切割下料——沖壓成形及焊接生產工藝，開發了相應的沖壓模具和自動化焊接設備，解決了產品成形形狀精度和尺寸精度問題，實現了產品的批量化生產。

⑵本項目申報了13件相關專利，其中發明專利5件，獲得授權發明專利1件，保證了產品及相關技術的自主知識產權。

⑶該產品打破了德國、日本、韓國等國外公司技術壟斷，替代了進口產品，形成批量生產能力。產品在國內外多家企業得到應用，實現了批量出口。

推廣應用前景

電機在我們的生產、生活中有著十分廣泛的應用。如何在保證電機性能的前提下，大幅降低生產成本，一直是困擾我們的問題。沖壓生產的高精度電機外殼產品，契合了電機市場的發展趨勢。根據目標客戶的產品需求和特點，我們可以將電機外殼市場細分為以下4類。

第一類：專業電機代工廠。這類企業產品種類繁多，對應的電機多種多樣，因此要求電機能夠對應不同產品、不同設備、配合不同材料使用。要求電機廠商的服務和技術能力必須能夠滿足其差異性、及時性要求。這類的企業有深圳市盛宇康科技有限公司、山東新開軸承有限公司等。

第二類：電機制造商。一般具有獨立設計的能力，且數量較多，例如，西斯密（天津）電機有限公司、三菱電機公司、ABB電機公司等。

第三類：具有器件品牌、設計能力的制造企業。如DANFOSS、長城汽車等。這類企業的產品品種單一，沖壓工藝的通用性、適用性比較強。

第四類：小規模低檔電機制造商。在珠三角、長三角的三四線城市（或者城鎮）分布著大量小規模低檔制造商。這類客戶對于材料的品質要求不嚴格，但是由于客戶數量繁多，分布廣泛，同時大多位于三四線城市，要求材料供應商的渠道到達能力強。

結束語

本項目具有制造成本低（是傳統鑄造外殼的1/2）、生產周期短(能縮短生產周期80%以上）以及產品合格率高的特點。我公司采取相對集中性營銷，即選取部分細分市場作為主要目標，對市場反應能力迅速；同時在天津擁有研發中心，差異化技術能力突出，能滿足客戶的差異化要求。