Вырубка (штамповка) статорных листов и сборка сердечника статора

Вырубка (штамповка) статорных листов

Статорные листы из специальной листовой электротехнической стали изготавливаются на прессовом оборудовании методом штамповки. Для этой операции применяются высокопроизводительные пресса прямого действия с автоматизированной подачей электротехнической стали из рулона (бухты).

В связи с большой потребностью в штампованных статорных листах при серийном производства электродвигателей, к прессовому оборудованию и штампам предъявляются особые требования по обеспечению высокой производительности вырубки, жесткости конструкции прессов и штампов, большого усилия вырубки, высокой стойкости и точности штампов и оснастки для получения идентичных и высокоточных статорных листов.

фото. 1. Автоматизированный штамповочный комплекс для вырубки статорных и роторных листов электродвигателей MINSTER

Американская фирма MINSTER MACHINE COMPANY, являющаяся мировым лидером по разработке и производству прессового оборудования, имеет лучшие на настоящее время технологию, оборудование и опыт изготовления высокопроизводительных автоматизированных штамповочных комплексов, в том числе и для производства статорных листов. В состав комплекта такого оборудования как правило входят:

а). Пресс прямого действия с жесткой литой четырехстоечной рамой, с маховиком, гидравлической муфтой (тормоз-сцепление) и балансирным устройством, литым ползуном, перемещающимся в гидростатических и гидродинамических направляющих, а также и другими современными устройствами, позволяющими прессу производить до 1000 двойных ходов ползуна в минуту при усилии прессов до 1200 тонн;

Фото. Пресс фирмы Minster, усилие 600 тонн

Фото. Гидростатические направляющие ползуна фирмы Minster

б). Устройство прецизионной подачи листовой рулонной электротехнической стали, обеспечивающее высокую точность и согласованность подачи материала в штамп. Такая точность и согласованность определяется применением управляемым компьютером пресса шаговых сервомоторов и уникальной конструкции механических узлов. В зависимости от физических характеристик материала и производительности применяются различные типы подающих устройств;

в). Устройство для правки листовой рулонной электротехнической стали, которое применяется для подготовки материала к штамповке (в целях исключения возможного образования неровностей и гофр);

д). Управляемое компьютером пресса Устройство для размотки рулонов материала с различными приспособлениями и опциями – для удобства работы всего комплекса;

е). Штампы для вырубки статорных листов. Современное производство статоров в мире в основном применяет штампы последовательного действия с твердосплавными рабочими частями (пуансонами, матрицами, ловителями) стойкостью не менее 250 млн. вырубок. Для обеспечения безопасной и безаварийной работы штампов применяются различные электронные датчики контроля, непосредственно связанные с компьютером управления пресса. Для компенсации дефектов проката в современном штампе применяются специальные устройства с сервоприводами, обеспечивающие поворот статорного листа на 180 градусов (или на требуемый угол при производстве статорных пакетов со скошенным пазом). Такие высокопроизводительные технологические штампы для прессов фирмы MINSTER производит фирма LH Carbide (США) – мировой лидер по производству специализированной высокоточной оснастки. Наряду с многими другими производителями прессового оборудования, такие как Schuler (Германия), Aida (Япония) и другие, пресса фирмы MINSTER являются самыми популярными, технически совершенными и сравнительно более дешевые.

Фото. Современный высокопроизводительный штамп последовательного действия фирмы LH Carbide (США) для производства статорных и роторных листов

Отбор статорных листов

Пластины для сборки пакета отбираются либо вручную (по весу, либо по высоте) либо автоматическим способом. Автоматический отбор пластин сводит на минимум вмешательство оператора в процесс сборки сердечника, но также требует высококачественной штамповки статорных листов. Если статорные листы не отштампованы с должным уровнем качества или если они склеились после штамповки, эффект снижения трудозатрат при автоматизированной сборке пакета статора может быть сведен к минимуму.

Сварка

Сварка является одним из распространенных способов скрепления сердечника статора. Современное сварочное оборудование отличается высокой степенью надёжности и эксплутационной гибкости и исключают потребность использования гидравлики. Несмотря на эти преимущества, процесс сварки имеет ряд недостатков: сварочное оборудование достаточно энергоемко; сварочное оборудование требует высокого уровня обслуживания и, соответственно, использования для этих целей высококвалифицированных специалистов; потеря электротехнических свойств статорного железа в зоне сварочного шва может стать причиной ухудшения технических параметров электрической машины. Фото. Оборудования для сварки пакетов статоров.

Скобирование

Во время этого процесса лента из мягкой стали для скрепляющих скоб изначально прокатывается в V- образную форму, затем раскатывается по плоскости основания пазов, вырубленных в форме ласточкиного хвоста и расположенных по наружному диаметру сердечника статора. Процесс скрепления пакета статора скобами (скобирование) является очень экономичным и значительно снижает трудозатраты при сборке пакета. Статороскобирующие станки фирмы Alliance Winding Equipment, Inc. легко переналаживаются на производство статоров других модификаций и конструкций и не требуют для этого длительной настройки. В отличие от сварки, во время процесса скобирования электромагнитные свойства статора не ухудшаются. При случайном браке скобы легко вынимаются и пакет статора может быть использован для сборки повторно, при этом риск появления царапин на пакете минимален. Важной стороной процесса скобирования является то, что для качественного скобирования пакетов статоров даже малых размеров все равно требуется соответствующий станок, специальный материал (стальная лента определенных размеров из мягкой стали) и относительно опытный оператор.

Фото. Пример сборки пакета статора методом скобирования

Фото. Статороскобирующие станки

Скрепление пакета методом прессования (чеканки)

Для производства статоров небольших размеров возможно применение автоматической сборки пакета статора непосредственно в штампе. В процессе вырубки статорных листов, автоматически выдавливаются специальные лунки (пукли) на каждом из листов в тех же самых точках, как они штампуются, и далее накапливаются в конечной части матрицы. На этом месте статорные листы отсчитываются (отсекаются) по заранее заданному их количеству или высоте пакета и сердечник статора с помощью специальных механизмов собирается при прессовании.. Удержание пакета в сборе осуществляется за счет проникновения части материала одного листа статора в другой в месте пуклевки по всей длине пакета.

Такой метод скрепления пакета статора позволяет производителям двигателей снизить трудозатраты, так как исключается потребность в специальном станке и соответствующем операторе. Однако недостатками такого процесса является то, что необходимо изготавливать очень сложные штампы для каждого типа статора. Надежность сборки пакетов таким способом обеспечивается только для статоров, ограниченных по высоте. Кроме этого, в данном случае при необходимости осуществить отжиг статоров коробления пакета практически не избежать. Чтобы устранить эти проблемы, в качестве материала статорных листов можно использовать стали с высоким содержанием кремния. Но тогда стоимость статора увеличится и высокого экономического эффекта от применения такого метода скрепления пакета статора уже будет не получить.

Сборка пакета статора методом навивки «на ребро»

Вместо того чтобы штамповать статорные листы из стальной полосы, нарезанной из ленты по ширине, соответствующей наружному диаметру статора, можно вырубать заготовку статорного железа (с зубцами) вдоль стальной полосы, имеющей ширину, равную сумме высоты зубца и ширины спинки паза. Затем такая штампованная лента навивается «на ребро» в специальной оправке, по размерам соответствующим размерам пакета статора, и сваривается. Этот процесс имеет преимущество в том, что расходуется значительно меньшее количество электротехнической стали, чем при традиционных методах штамповки. Главным недостатком этого процесса является невозможность выдержать жесткие допуски по размерам внутреннего диаметра статора и пазового раскрытия. При этом для статоров с большим внутренним диаметром, которые имеют небольшие размеры пазового раскрытия, обеспечение линейности паза при операциях втягивания может быть чрезвычайно затруднительным.

Метод «свободного пакета статора»

Этот метод можно применить при производстве статоров с высотой пакета менее 150 мм. Оператор отделяет свободно сложенный пакет пластин нужной высоты и устанавливает его прямо на оснастку пазоизолирующего станка. Затем, в процессе пазоизолирования, пока изоляционные гильзы удерживают пластины пакета вместе, на него вручную либо автоматически устанавливается прижимное кольцо. В дальнейшем после испытания статора, когда статор зажат в специальном отверстии при проведении испытаний, в некоторых случаях скрепленный статор отправляют на пропитку. Во время этого процесса осуществляется не только пропитка обмотки с целью скрепления проводников вместе, но и проникновение лака между пластин пакета, что скрепляет пакет статора.

Метод «свободного пакета статора» имеет ряд преимуществ над другими методами. Очевидным преимуществом является отсутствие потребности в специальном сборочном станке и соответствующем операторе. Этот процесс отличается универсальностью, так как оператор пазоизолирующего станка отделяет пакет и замеряет его высоту до начала изолирования. Также установлено на практике, что пакеты, собираемые таким методом, меньше подвержены каким-либо механическим воздействиям в процессе изготовления статора, так как они имеют свободу «самоустановки».

Но этот метод имеет по крайней мере два недостатка. Первый – для статоров с большим внешним диаметром и большей высотой пакета требуются зажимные приспособления, необходимые для обеспечения возможности вращения статора в технологических установках капельной пропитки или пропитки методом окунания с вращением. Второй – ряд конструкций двигателей нуждается в очистке лишнего пропиточного лака с наружной поверхности статора в процессе операций пропитки методом окунания с вращением, что также требует применения специальных зажимных устройств пакета во избежание проворота отдельных листов пакета статора, в то время как пропиточный лак счищается с наружной поверхности статора.