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CN107206457B - 冲裁加工方法、冲裁加工装置和层叠铁芯的制造方法 - Google Patents

冲裁加工方法、冲裁加工装置和层叠铁芯的制造方法 Download PDF

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CN107206457B CN201680005601.9A CN201680005601A CN107206457B CN 107206457 B CN107206457 B CN 107206457B CN 201680005601 A CN201680005601 A CN 201680005601A CN 107206457 B CN107206457 B CN 107206457B
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Abstract

使电磁钢板的板厚为0.35mm以下、维氏硬度(试验力1kg)为150～400、平均结晶粒径为50～250μm。使模具(3)的间隙(a)为多个电磁钢板的板厚中最小板厚的7％以上且为多个电磁钢板的合计板厚的7％以下。使模具(3)的压块(8)对电磁钢板施加的压力为0.10MPa以上。在满足所有这些条件的状态下，利用模具(3)对叠合的多个电磁钢板同时进行冲裁。

Description

冲裁加工方法、冲裁加工装置和层叠铁芯的制造方法
技术领域
本发明涉及电动机的铁芯中使用的电磁钢板的冲裁加工方法、冲裁加工装置和层叠铁芯的制造方法。
背景技术
近年来，以电动汽车、混合动力电动汽车为中心，出于电动机、发电机的轻量化的目的而追求铁芯的小型化，正在推进用于确保输出的高旋转化(高频化)。因此，从抑制铁芯的铁损的观点出发，对于板厚为0.25mm以下的、板厚比以前薄的电磁钢板的要求提高。
电动机、发电机的铁芯通过以为了抑制涡流损耗而使板厚减薄的电磁钢板作为母材并对其进行冲裁加工来制造。在冲裁加工中，在冲压机上设置加工用的模具，利用卷材进给装置将以规定宽度分切钢板而得到的钢带送出，同时利用模具对铁芯各部进行冲裁。将该冲裁加工后的多个铁芯坯片在模具中实施铆接而使其一体化，或者从模具取出后利用焊接、螺栓固定而使其一体化，由此制造铁芯。将如此使薄的电磁钢板层叠并一体化而制造的铁芯称为层叠铁芯。
通常使用上述那样的冲裁加工是因为生产率优良。另一方面，在通常的冲裁加工中，需要对铁芯坯片逐个地进行冲裁，因此，母材的板厚变薄时，由于铁芯的制造而需要大量的坯片，生产率急剧降低。因此，公开了在将多个母材钢板叠合的状态下进行冲裁的技术和其附带的问题的解决对策。
例如，专利文献1、2中，针对将多张钢板叠合地同时送至模具内的情况下的钢板间的偏移的问题，公开了如下技术：在进行模具内的冲压工序初期的冲裁加工以前的工序中，使用铆接等将钢板之间固定。另外，在专利文献3中公开了如下技术：为了将钢板之间固定而形成合体锁定部，进而，在层叠工序中使用后推(push back)对凸部进行平坦化加工，以使合体锁定部的凸形状不会成为障碍。这些技术均公开了针对将多张钢板同时进行冲裁时的尺寸精度劣化的问题的对策。
另外，在专利文献4、5中公开了如下技术：利用在内部具有多个相当于冲头和冲模的部分的模具，能够防止塌边、毛边的增加，并且能够利用一个冲压工序同时实施多张钢板的冲裁加工。
需要说明的是，在专利文献6中公开了：对于多个钢板，在将层叠张数设为n时使结晶粒径为20n(μm)以上来进行贴合。另外，在专利文献7中公开了以避免制成分割铁芯时产生的铁芯的磁特性的劣化为目的的旋转机用无取向性电磁钢板。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭55-156623号公报
专利文献2：日本特开2003-153503号公报
专利文献3：日本特开2005-261038号公报
专利文献4：日本特开2012-115893号公报
专利文献5：日本特开2012-115894号公报
专利文献6：日本特开平7-201551号公报
专利文献7：日本特开2003-253404号公报
发明内容
发明所要解决的问题
通常已知在冲裁加工中加工端部会受到强烈的塑性变形，因此，在冲裁端部附近残留塑性应变，磁特性发生劣化。另外，在定量地评价磁特性的劣化量时，仅通过塑性应变无法说明，因此认为，伴随塑性变形而残留的弹性应变也会对磁特性的劣化产生影响。可见，冲裁加工的生产率优良，但另一方面，存在使铁芯的磁特性劣化的问题。在对多张重叠的钢板进行这样的冲裁加工的情况下，重叠的钢板之间的约束力弱，因此塑性变形部大幅扩展，与逐个进行冲裁加工的情况相比，磁特性进一步劣化。因此，在将多个电磁钢板重叠地同时进行冲裁时，会产生铁芯的磁特性劣化的问题。
但是，在上述专利文献1～5记载的技术中，仅着眼于多张钢板的冲裁加工所导致的铁芯尺寸精度的劣化、塌边和毛边量的增加，没有公开关于铁芯的磁特性的劣化的改善对策。
另外，在专利文献4、5记载的技术中，叠合的多张钢板并非利用一个模具同时进行冲裁。因此，在这些技术中，虽然从磁特性的劣化的观点考虑具有优势，但存在由于模具结构复杂、因而模具成本大幅增加的缺点。此外，在这些技术中，没有公开将利用多个冲头-冲模进行冲裁而得到的多个铁芯坯片有效地堆叠、结合的方法。
另外，专利文献6记载的技术用于减轻将多个钢板叠合并进行冲裁时的模具的磨损，对于冲裁加工时的磁特性的劣化的防止对策没有进行研究。另外，该技术是在将多个钢板贴合的状态下实施冲裁加工的技术，其处理形式与将多个钢板在即将进行冲压之前叠合并实施冲裁加工的技术不同。另外，专利文献7记载的技术的目的在于避免制成分割铁芯时产生的铁芯的磁特性的劣化，没有考虑将多个钢板叠合地实施冲裁加工。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供能够在将铁损的劣化抑制为最小限度的情况下对叠合的多个电磁钢板同时进行冲裁的冲裁加工方法、冲裁加工装置和层叠铁芯的制造方法。
用于解决问题的方法
为了解决上述问题并达到目的，本发明的冲裁加工方法是在将多个电磁钢板叠合的状态下利用模具进行冲裁的冲裁加工方法，其特征在于，使上述电磁钢板的板厚为0.35mm以下、维氏硬度(试验力1kg)为150～400、平均结晶粒径为50～250μm，使上述模具的间隙为上述多个电磁钢板的板厚中最小板厚的7％以上且为上述多个电磁钢板的合计板厚的7％以下，使上述模具的压块对上述电磁钢板施加的压力为0.10MPa以上。
另外，本发明的冲裁加工方法的特征在于，上述发明中，使上述电磁钢板的板厚为0.25mm以下。
另外，本发明的冲裁加工方法的特征在于，上述发明中，使叠合的上述电磁钢板的表面之间的静摩擦系数为0.3以上，使上述电磁钢板与同该电磁钢板接触的上述模具的拉模板的表面之间的静摩擦系数、以及上述电磁钢板与上述模具的压块的表面之间的静摩擦系数为0.3～0.8。
另外，本发明的冲裁加工方法的特征在于，上述发明中，在上述电磁钢板中以质量比率计含有Si：0.5～6.6％、Al：2.5％以下、Mn：0.1～3.0％，使粒径为0.1～3.0μm的钢中的夹杂物的个数为1000～8000个/mm2的范围。
另外，本发明的冲裁加工装置是具备模具、在将多个电磁钢板叠合的状态下进行冲裁的冲裁加工装置，其特征在于，上述电磁钢板的板厚为0.35mm以下、维氏硬度(试验力1kg)为150～400、平均结晶粒径为50～250μm，上述模具的间隙为上述多个电磁钢板的板厚中最小板厚的7％以上且为上述多个电磁钢板的合计板厚的7％以下，上述模具的压块对上述电磁钢板施加的压力为0.10MPa以上。
另外，本发明的层叠铁芯的制造方法的特征在于，通过将使用上述发明冲裁而得到的铁芯坯片进行层叠并使其一体化来制造层叠铁芯。
发明效果
根据本发明，能够在将铁损的劣化抑制为最小限度的情况下对叠合的多个电磁钢板同时进行冲裁。
附图说明
图1是用于说明本发明的一个实施方式的冲裁加工装置的构成和冲裁加工处理的概要的示意图。
图2是对本实施方式中制造的层叠铁芯进行例示的图。
图3是用于说明对本实施方式中制造的层叠铁芯的磁特性(铁损)进行评价的方法的图。
图4是表示实施例1中的间隙与铁损劣化率的关系的图。
图5是表示实施例1中的压块压力与铁损劣化率的关系的图。
图6是表示实施例2中的电磁钢板的硬度与电动机芯的铁损劣化率的关系的图。
图7是表示实施例2中的电磁钢板的结晶粒径与电动机芯的铁损劣化率的关系的图。
图8是表示实施例3中的电磁钢板之间的静摩擦系数与电动机芯的铁损劣化率的关系的图。
具体实施方式
以下，参照附图对利用作为本发明的一个实施方式的冲裁加工装置的冲裁加工处理和层叠铁芯的制造方法进行详细说明。需要说明的是，本发明并不受该实施方式的限定。
[冲裁加工装置的构成]
首先，参照图1对本实施方式的冲裁加工装置的构成和冲裁加工处理的概要进行说明。如图1所示，冲裁加工装置10具备冲压机1和夹送辊2。设置在冲压机1中的冲裁加工用的模具3具备冲头4和冲模5。在冲模5上形成有作为形状与要成形的铁芯坯片的形状对应的贯通孔的模孔6和与钢板接触的拉模板7。冲头4以利用未图示的控制装置可相对于冲模5进行升降的方式构成。配置在与模孔6对应的位置的冲头4插入到模孔6中时，夹入于模具3中的钢板按照模孔6的形状被剪切、冲裁。需要说明的是，在冲头4与冲模5之间设定规定间隔的间隙(间隙a)。另外，模具3具备压块8，在冲裁加工时从冲头4侧按压钢板的端部附近，由此，将钢板按压到拉模板7上而进行约束。在该压块8上设置有例如弹簧等施力单元9。
将以规定宽度切断钢板而得到的多个钢带卷材C(C1～C3)叠合地利用夹送辊(卷材进给装置)2送至这样的模具3中，同时冲裁出铁芯坯片。将该冲裁加工处理后的多个铁芯坯片在模具3中实施铆接而使其一体化，由此制造层叠铁芯。或者，将多个铁芯坯片从模具3取出后，利用焊接、螺栓固定使其一体化，由此制造层叠铁芯。
[发明的原理]
本发明在如此叠合的多个电磁钢板(以下也记为钢板)的冲裁加工时抑制层叠铁芯(以下也记为铁芯)的磁特性(铁损)的劣化。为此，本发明人首先着眼于冲裁加工时叠合的(层叠的)钢板间的约束力的影响。而且，本发明人考虑到通过同时控制模具3和被加工材料(钢板)这两者的条件来提高钢板间的约束力，能够将在叠合的状态下的冲裁加工中的磁特性(铁损)的劣化抑制为最小限度，从而完成了本发明。即，在多张叠合的状态下的剪切加工中，各个钢板之间通过表面的摩擦而相互产生影响，在通常的条件下，这种摩擦力对于防止冲裁加工所导致的铁损的劣化是不充分的。本发明人考虑到通过比以往更严格地控制模具3和母材的条件，能够适当地控制钢板表面之间的摩擦力。因此，本发明人为了提高利用这样的钢板表面之间的摩擦力的约束力，首先着眼于冲裁加工时的压块8对钢板施加的力，进而考虑到要将钢板表面之间的摩擦系数以及钢板与所接触的模具3的表面的摩擦系数控制为适当的范围。
进而，在上述条件的基础上，在叠合的钢板的剪切加工中对钢板端部施加强的拉伸应力，该拉伸应力持续、传播，由此，磁特性劣化的部分成为广范围。因此明确了：为了缩短在剪切加工中施加拉伸应力的时间、减小应力残留的范围，使用容易发生剪切加工中的断裂的硬度高的材料作为钢是有效的。此外明确了：为了抑制自加工端部起的弹塑性变形区域的扩展，使用结晶粒径处于适合冲裁条件的范围的钢板是有效的。以往，虽然已知被加工材料的硬度有时会影响冲裁加工后的磁特性，但本发明人新发现，在叠合的状态下的冲裁加工中使被加工材料的硬度为规定条件时，其有效性特别高，从而完成了本发明。
另外，已知在冲裁加工中间隙a会给加工材料的形状、特性带来影响。在将多个钢板叠合地进行冲裁加工的情况下，发现：在所层叠的钢板间的约束力的增加和冲裁加工时的弹塑性变形区域的传播的抑制的同时，适当选择间隙a是非常有效的。本发明人发现，间隙a的下限利用相对于多个钢板中板厚最小的钢板的板厚的比率来规定，上限利用相对于多个钢板的合计板厚的比率来规定时是有效的。认为这是因为，在层叠的多个钢板的冲裁加工时，钢板端部的应变形式与一张钢板的冲裁加工时不同。
此外，还明确了：通过同时控制钢成分和钢中的夹杂物的量，使冲裁加工中的材料的断裂提前发生，可以降低加工中的弹塑性变形所导致的应力残留量。
在此，在叠合的多个电磁钢板的冲裁加工中，为了防止铁芯的铁损的劣化，需要考虑冲裁加工后的铁芯的铁损的绝对值和劣化率这两者。若仅追求铁芯的良好的磁特性，则不考虑加工所导致的劣化率，仅仅将铁芯的铁损的绝对值的降低作为目标即可。但是，若铁芯的母材使用结晶粒径粗大且磁特性良好的电磁钢板，则无法避免母材的制造成本的增加，制品价格上升。因此，为了考虑铁芯的综合成本并且追求最好的制品的制造，考虑铁损劣化率也是重要的。铁损劣化率利用下式(1)求出。
铁损劣化率(％)＝(Wp-W0)/W0×100…(1)
Wp：通过在将多张叠合的状态下的冲裁加工得到的铁芯的铁损。
W0：通过因应变引起的铁损劣化充分小的加工方法得到的相同形状的铁芯的铁损。
[冲裁加工处理]
本实施方式的冲裁加工处理满足基于上述见解规定的以下条件。需要说明的是，在本实施方式中，上述式(1)中的W0的加工方法中采用线切割方式。
[电磁钢板的板厚-0.35mm以下(优选为0.25mm以下)]
在本实施方式中，使用板厚为0.35mm以下的电磁钢板作为层叠铁芯的母材。板厚超过0.35mm而变厚时，为了提高铁芯的生产效率而多张同时进行冲裁加工的优势减小。另外，两张以上的钢板的合计板厚过大，难以保持层叠状态的铁芯的尺寸精度，并且即使通过在后述的其他条件下进行冲裁，也未必能够得到良好的磁特性。
叠合的多个钢板未必需要为相同的板厚，可以将不同板厚的钢板进行组合。这种情况下，使板厚最厚的钢板的厚度为0.35mm以下即可。如后述的实施例2所示，所使用的钢板的板厚优选为0.25mm以下。
[间隙-板厚最小的一张钢板的厚度的7％以上、叠合的钢板的合计厚度的7％以下]
已知通常在冲裁加工中间隙a会给冲裁端部的形状带来影响。因此，需要根据板厚来变更间隙a。在将多个钢板重叠地进行冲裁的情况下，作为可能给间隙a的适当值带来影响的因素，有叠合的钢板各自的板厚和多个钢板的板厚的合计值。间隙a的适当值需要考虑各个因素的贡献来进行规定。
在本实施方式中，基于后述的实施例1和实施例2，间隙a的下限值设定为叠合的多张钢板中板厚最小的钢板的厚度的7％以上。在通常的冲裁加工的情况下，间隙a过小时，有时会产生二次剪切面，但磁特性不会发生显著的劣化。但是，在将多个钢板重叠的状态下进行冲裁加工的情况下，为了防止铁芯的磁特性劣化，需要结合板厚最小的钢板的板厚来设定间隙a的最小值(参照后述的实施例2的表2的编号38、39、44和45所示的例子)。认为这是因为，在多层钢板的冲裁加工中，冲裁端部附近的横向的偏移量(拉入量)大，因此，伴随冲头4的上升，钢板端部容易发生变形，该影响像板厚小、刚性低的钢板那样变得显著。因此，为了减轻由于间隙a过小而在冲头4上升时受到的变形的影响，将间隙a设定为叠合的多个钢板中板厚最小的钢板的板厚的7％以上。
另一方面，基于后述的实施例1、2，间隙a的上限值设定为叠合的多个钢板的合计厚度的7％以下。这是为了在对叠合的状态的钢板进行冲裁加工时通过将钢板的挠曲量抑制为最小限度来防止铁损的劣化所需要的条件。在本实施方式中，如后所述，采取通过适当地控制压块8或钢板表面的摩擦系数等而使多个钢板更一体地靠近的对策。但是，与一张钢板的冲裁加工相比，在叠合的多个钢板的冲裁加工中，钢板的被拉入到模孔6中的量有增加的倾向。因此，间隙a相对于叠合的多个钢板的合计板厚的比率设定为比将多个钢板考虑成一张钢板的时的间隙a小的值。
[压块压力-0.10MPa以上]
通常，冲裁加工用的模具3的压块8主要是为了防止冲裁加工时的被加工材料的跳起而使用。与此相对，在本实施方式中，压块8是为了在将钢板叠合地进行冲裁加工的情况下使所叠合的钢板的进行剪切加工的端部附近的约束力增加而使用。因此，通过充分确保压块8对钢板施加的压力，可减轻冲裁加工中的钢板间的位置的偏移、钢板的被拉入到模孔6中的量，减小钢板的端部的变形量。其结果，可减轻钢板的磁特性的劣化。为此，将压块8对钢板施加的压力(压块压力)至少设定为0.10MPa。压块压力低于0.10MPa时，在冲裁加工中多个钢板之间的约束力降低，冲裁加工中的端部的局部性的偏移量增加，磁特性劣化。
在本实施方式中，进一步进行限定，基于后述的实施例1，将压块压力优选设定为0.30～0.80MPa的范围。关于提高多个叠合的钢板间的约束力的效果，在使压块压力为0.30MPa以上时，可以说效果特别高。另一方面，在压块压力超过0.80MPa时，钢板间的约束力可以说充分高，但铁损劣化率增高。推测这是因为，在连续进行冲裁加工时，压块8的压板(脱模板)与钢板撞击的速度增加，容易在钢板中引入应变。
为了使压块8担负上述功能，只要压块压力施加于冲裁加工中的冲头4附近的母材的局部的部分即可。但是，由于在一般的模具3中压块8按压被加工材料的力在压块8的压板(脱模板)的整个面上是均匀的，因此，可以通过将作用于压块8的力的合计值除以压块8的面积来求出。
[电磁钢板的结晶粒径-平均结晶粒径50～250μm]
已知结晶粒径是支配无取向性电磁钢板的磁特性的重要因素，一般而言，结晶粒径越大，铁损越优良。但是，关于实施冲裁加工的电磁钢板的结晶粒径给冲裁后的铁芯的磁特性的劣化带来的影响，还不太为人所知(参照专利文献6、7)。
本发明中，为了抑制在将多个钢板叠合的状态下实施冲裁加工时容易产生的磁特性的劣化，在将冲裁加工处理的条件控制为适当的范围的同时将实施冲裁加工的电磁钢板的结晶粒径控制为适当的范围。
在多个钢板的冲裁加工中，需要利用压块压力、钢板表面之间的摩擦力等来提高钢板间的约束力，但仅仅如此还不足以抑制冲裁加工后的铁芯坯片中的铁损的劣化。即，在叠合的多个钢板中约束力相对弱的钢板中，伴随冲头4的下降，被拉入到模孔6中的量增加。这样的钢板在其端部产生弹塑性变形的状态下进行冲裁时，在冲裁加工后的钢板端部的应变的蓄积量增加，铁芯的铁损劣化。在此，认为由弹塑性变形引起的应变的蓄积量随母材内部的机械特性的不均匀性的增加而增加。而且认为，在结晶粒径粗大的钢板中，晶界部分和晶粒内部稀疏地分布，因此，在将多个钢板叠合的状态下的冲裁加工中，铁损的劣化变得显著。另一方面，在结晶粒径细的钢板中，晶界密集地分布，因此，钢板内的变形均匀地产生，铁损的劣化得到抑制。
在本实施方式中，基于后述的实施例2，在将多个钢板叠合地进行冲裁加工时，提高压块压力、并且使结晶粒径为50～250μm(进一步优选为100～200μm)。由此，可以得到铁损劣化量小且冲裁加工后的铁芯的铁损的绝对值也充分小的值。与此相对，在压块压力不充分的情况下，即使在使结晶粒径为50～250μm(100～200μm)时，也无法充分得到铁芯的铁损的绝对值减小的效果。即，若不适当控制结晶粒径和压块压力这两者，则无法得到所期望的效果。
如上所述，结晶粒径超过200μm或250μm而变大时，在叠合地进行冲裁加工时残留在钢板端部的应变的量增加，铁芯的铁损增加量增加。因此，结晶粒径的上限设定为250μm、优选设定为200μm。另一方面，在结晶粒径小于100μm或50μm时，虽然可避免上述那样的铁损的劣化，但由于铁芯的母材本身的磁特性差而导致所制造的铁芯的铁损的绝对值差，因此不适合作为高效率电动机用材料。因此，结晶粒径的下限设定为50μm、优选设定为100μm。
需要说明的是，平均结晶粒径根据钢板断面的观察来确定即可。即，适合的做法是，通过切断和研磨得到试样断面后，利用蚀刻处理使晶界显现，利用图像处理对结晶粒径进行评价。
平均结晶粒径的计算如下进行。首先，计数观察面积中存在的晶粒的数量，用该晶粒数除以观察面积，由此求出晶粒在断面中所占的平均面积。假设晶粒的形状为圆时，根据所求出的一个晶粒的平均面积算出平均结晶粒径。在利用该方法算出的平均结晶粒径为80μm以下的情况下，采用该值作为平均结晶粒径。
另一方面，若产生结晶粒径粗大的情况、断面细的晶粒的局部含有或将晶界三重点附近切断的情况，则在上述方法中粒径的计算中产生误差。因此，在利用上述方法算出的平均结晶粒径超过80μm的情况下，进行利用在断面内观察到的各个晶粒的面积率进行加权的计算是适合的。即，将各个结晶的面积设为S(i)、面积率设为r(i)时，平均晶粒面积以下式(2)表示。通过将晶粒的形状视为圆，可以由平均晶粒面积以圆当量直径的方式算出平均结晶粒径。
<S>＝S(i)×r(i)…(2)
[电磁钢板的硬度-维氏硬度(试验力1kg)150～400]
材料的硬度上升时，伸长率变小，在剪切加工过程中提前发生被加工材料的断裂。于是，被加工材料被拉入到模孔6中的量减小，加工端部附近的应变的蓄积量减小，因此认为铁损的劣化得到抑制。如上所述，在将多个钢板叠合的状态下的冲裁加工中，被加工材料(钢板)被拉入到模孔6中的量容易增加，因此，适当控制被加工材料的断裂的重要度与通常的冲裁加工时相比格外高。
在本发明中，通过同时优化压块8的条件和电磁钢板表面之间的摩擦力，一定程度地提高了电磁钢板间的约束力，而且通过进一步将材料(电磁钢板)的硬度设定为适当的范围，使冲裁加工中的断裂在适当的位置发生，抑制铁损的劣化。
关于这种铁损的劣化抑制效果，如后述的实施例2所示，通过将母材的维氏硬度控制为适当的范围，可以得到显著的铁损劣化的抑制效果。但是，将两张以上的电磁钢板叠合地进行冲裁时的铁损劣化率比对一张电磁钢板进行冲裁时的铁损劣化率差，今后需要改善。
钢板的硬度可以通过维氏硬度测定进行评价，可以利用载荷1kg下的测定值(HV1)进行限定。在本实施方式中，为了得到上述的铁损的劣化抑制效果，使电磁钢板的硬度为维氏硬度150以上。如后述的实施例2所示，维氏硬度为190以上的钢板是特别适合的。另外，钢板的维氏硬度超过400时，在模具3的损伤等方面变得不利，因此限定为400以下。
[电磁钢板表面之间的静摩擦系数-0.3以上、与电磁钢板接触的拉模板表面与电磁钢板之间的静摩擦系数以及压块表面与电磁钢板之间的静摩擦系数-0.3～0.8]
如上所述，在本发明中，在对叠合的多个钢板同时进行冲裁时，利用通过提高钢板间的约束力而得到的效果。这样的效果通过提高钢板表面的静摩擦系数而得到。即，需要对叠合地进行冲裁加工的电磁钢板的表面之间的静摩擦系数进行控制。在使用不同的电磁钢板的情况下，在电磁钢板的被叠合的表面之间对静摩擦系数进行评价即可。
另外，为了防止在冲裁加工时钢板被拉入到模孔6中，需要同时提高与进行冲裁加工的电磁钢板接触的拉模板7表面和压块8表面中特别是冲头4附近的摩擦力。为此，需要使电磁钢板表面与上述的模具3构件的表面的静摩擦系数为0.3以上。为了得到这样的效果，需要控制模具3的模孔6附近的约10mm以上的区域的静摩擦系数。即，对于模孔6附近的宽度约10mm以上的区域、或与电磁钢板接触的压块8和拉模板7的整个面，可以利用变更粗糙度等对策来得到上述效果。
需要说明的是，在精密冲裁加工中，也采取通过在压块8上设置凸形状并使其咬入材料中来提高冲裁加工时的约束力的方法。但是，在电动机、发电机用的铁芯原材料的冲裁加工中，这样的向凸形状中的咬入会使铁芯的磁特性劣化，因此不优选。
在本实施方式中，基于后述的实施例3，钢板表面之间的静摩擦系数设定为0.3以上、且钢板表面与所接触的模具构件表面的静摩擦系数设定为0.3以上。另外，在进行冲裁加工的电磁钢板的表面与所接触的模具表面的摩擦系数过高的情况下，电磁钢板在模具3内的搬运无法顺利进行，冲裁后的铁芯的铁损劣化，因此，静摩擦系数限定为0.8以下。
[电磁钢板的钢成分-Si：0.5～6.6％、Al：2.5％以下、Mn：0.1～3.0％]
在本实施方式中，基于后述的实施例4，作为成为铁芯的母材的电磁钢板的钢成分，使Si、Al、Mn的含量以质量比率计分别为0.5～6.6％、2.5％以下、0.1～3.0％。由此，形成满足材料的维氏硬度为150以上的基体，并且促进钢中的夹杂物的形成。在此，维氏硬度所带来的效果如上所述。另外，对于钢中夹杂物的效果，在后文进行说明。
Si是通过增加钢的电阻率而使涡流损耗降低、从而有助于降低铁损的元素。该添加量(含量)以质量比率计不足0.5％时，即使添加其他成分(Al、Cr等)，也难以使维氏硬度增加到150以上而不伴有材料的铁损劣化。因此，Si的含量限定为0.5％以上。另外，在Si的含量以质量比率计超过6.6％的情况下，由于母材的脆化而难以进行在将两张以上叠合的状态下的冲裁加工，因此，以质量比率计限定为0.5～6.6％。
Al与Si同样是通过增加钢的电阻率而有助于降低铁损的元素。另外，Al在钢中形成AlN、Al2O3等夹杂物，如后所述有助于促进冲裁加工中的断裂。但是，过度添加时，钢中析出物量过大，铁损劣化，因此，含量以质量比率计限定为2.5％以下。
Mn具有增加钢的电阻率、并且防止热轧时的红热脆化的作用。另外，Mn在钢中形成MnS，如后所述有助于提高冲裁加工性。为了得到这些效果，Mn的含量需要以质量比率计设定为0.1％以上。另外，Mn的含量以质量比率计超过3.0％时，磁通密度的降低变得显著，因此以质量比率计限定为0.1～3.0％。
除了上述元素以外，为了形成满足本发明的条件的析出物，在钢中存在S、Se、Cu、Ti、Nb、N作为钢中添加元素或杂质是有效的。另外，从不会降低本发明的铁损的劣化抑制效果、进一步改善铁损的观点出发，也推荐想要降低铁损而在钢中添加Sb、Sn、Cr、P等。
[钢中夹杂物个数-粒径为0.1～3.0μm的夹杂物1000～8000个/mm2]
在本实施方式中，在将多个钢板叠合的状态下进行冲裁加工的情况下，除了上述条件之外，基于后述的实施例4，使钢中的粒径为0.1～3.0μm的夹杂物的个数为1000～8000个/mm2。由此，可降低冲裁加工后的铁芯的铁损。这是因为，与上述的对于钢板的硬度的考察同样，在冲裁加工中钢板被拉入到模孔6中并断裂时，夹杂物成为裂纹产生的基点，在冲裁加工过程的早期发生钢板的断裂，残留于冲裁加工后的铁芯中的应变的量降低。
粒径为0.1～3.0μm的夹杂物的个数少于1000个/mm2时，无法得到上述效果，超过8000个/mm2而存在时，会导致钢板本身的磁特性的劣化。另外，充分确保粒径为0.1～3.0μm的夹杂物时，能够在将钢板的磁特性的劣化抑制为最小限度的同时得到上述效果。根据这些要求，将夹杂物的粒径和个数限定为上述的范围。
关于析出物的含有率，进行母材钢板的断面(板厚1/4附近)观察，对观察视野内的夹杂物的粒径和个数进行计数，用与粒径范围一致的夹杂物的个数除以观察视野的面积，由此，可以算出析出物含有率。
需要说明的是，已知通过调整电磁钢板中的析出物的量来改善冲裁性、切削性的技术，但均是意在改善工具的磨损的技术，对于磁特性的劣化抑制没有研究。另外，还公开了其他在炼钢阶段对夹杂物分散进行优化、结果作为制品显示出良好特性的钢板，但均不涉及本发明那样在将多个钢板叠合的状态下的冲裁加工后的铁损改善。
[层叠铁芯的制造方法]
将通过满足以上条件的冲裁加工处理得到的铁芯坯片层叠并使其一体化，由此制造电动机、发电机用的层叠铁芯。
使多个铁芯坯片一体化的方法有如下方法(所谓的模具内铆接)：在模具3内部进行冲裁加工后，从母材分断出铁芯坯片，然后利用冲头4的下降在模具3内部进行铆接。该方法在制造性的方面是优良的。作为其他方法，也可以采用如下方法：在模具3内的冲裁加工工序中仅进行铆接用的合型销的形成，在冲裁加工后利用与冲裁用的模具3分开的装置施加按压而进行铆接。另外，也可以在模具3内部仅进行冲裁加工，在模具3外通过焊接或利用螺栓的固定或者胶粘剂的涂布或胶粘性的涂层的应用来使多个铁芯坯片一体化。除此之外，代替在模具3内部实施铆接，也可以在本发明中应用在电磁钢板表面涂布胶粘剂、将铁芯坯片彼此胶粘并进行冲裁的方法。
实施例
以下，对本发明的实施例进行说明。需要说明的是，以下所示的实施例中满足本发明的条件的是本发明例，不满足本发明的条件的是比较例。
[实施例1]
作为母材钢板，准备两根将在钢中以质量比计含有Si：3.0％、Al：0.8％、Mn：0.7％、P：0.03％的板厚为0.25mm的电磁钢板卷材切割加工为160mm宽而得到的冲裁加工用的钢带卷材。使用图1所示的冲裁加工装置10，对这两张钢带卷材(C1、C2)同时进行冲裁加工(加工方法：两张重叠冲裁)。在模具3内对冲裁出的铁芯坯片实施铆接，制造图2所示的无刷DC电动机用定子铁芯(电动机芯)。
使冲裁加工时的间隙(单侧)a相对于两张电磁钢板的合计板厚0.50mm在2～15％的范围内变化。另外，使压块8对模具3内的电磁钢板施加的压力(压块压力)在0.05～1.0MPa的范围内变化。所使用的电磁钢板的维氏硬度(试验力1kg)为195、平均结晶粒径为80μm、钢板之间的静摩擦系数为0.2、钢板与模具3(压块8、拉模板7)之间的静摩擦系数为0.25。
作为参考例，除了板厚为0.50mm之外，将与上述本实施例(发明例)相同条件的电磁钢板在不叠合的情况下以一张进行冲裁(加工方法：一张重叠冲裁)。另外，为了对冲裁加工所致的铁损的劣化率进行评价，利用线切割制作相同尺寸的电动机芯(加工方法：线切割)。
为了简单地对所制造的电动机芯的铁损(铁芯铁损)进行评价，如图3所示，在铁芯背部缠绕励磁用初级线圈b1和磁通测定用次级线圈b2而形成磁电路，进行磁测定来评价铁芯铁损。表1示出上述的条件和铁芯铁损的评价结果。
图4是表示冲裁加工用的模具3的间隙a与上述式(1)所表示的铁损劣化率的关系的图。如图4所示可知，在一张重叠冲裁的情况下，随着间隙a的减少，铁损劣化率得以抑制。另一方面可知，在两张重叠冲裁的情况下，使间隙a为两张电磁钢板的合计板厚的3.5～7％时，铁损劣化率显著降低。但是，可知即使为上述的条件，在两张重叠冲裁的情况下，相对于一张重叠冲裁的情况，铁损劣化率也稍高，今后仍留有问题。
另外，图5是表示压块压力与铁损劣化率的关系的图。如图5所示，在一张重叠冲裁的情况下，铁损劣化率几乎不依赖于压块压力。另一方面可知，在两张重叠冲裁的情况下，在将压块压力控制为0.10MPa以上(优选为0.30～0.80MPa)的范围的情况下，铁损劣化率降低。
[实施例2]
作为母材钢板，准备将改变钢中的Si、Al、Mn、P的含量而使结晶粒径不同的板厚为0.35mm、0.25mm、0.20mm、0.15mm的电磁钢板卷材切割加工为160mm宽而得到的冲裁加工用的钢带卷材。其中，对于改变了组合的两张钢带卷材(C1、C2)，使用图1所示的冲裁加工装置10同时进行冲裁加工。将冲裁出的铁芯坯片的外周部焊接，制造无刷DC电动机用定子铁芯(电动机芯)。冲裁加工时的间隙(单侧)a设定为25μm(两张合计板厚的5％)、压块8对模具3内的材料施加的压力(压块压力)设定为0.35MPa。
作为比较例，为了对冲裁加工所致的磁特性(铁损)的劣化进行评价，利用线切割制作与本实施例(发明例)相同尺寸的电动机芯(加工方法：线切割)。
所制造的电动机芯的铁损(铁芯铁损)使用图3所示的磁电路简单地进行磁测定来进行评价。表2示出上述的条件和铁芯铁损的评价结果。
图6是表示电磁钢板的硬度与电动机芯的铁损劣化率的关系的图。另外，图7是表示电磁钢板的结晶粒径与电动机芯的铁损劣化率的关系的图。需要说明的是，图6和图7中的铁损劣化率是指，本实施例的电动机芯的铁损(铁芯铁损)相对于利用线切割制作的电动机芯的铁损(线切割铁芯铁损)的增加率。
如图6和图7所示可知，在硬度和结晶粒径满足上述实施方式的条件的情况下(发明例)，铁损劣化率降低，铁损的增加(劣化)得到了抑制。另一方面可知，在不满足本实施方式的条件的情况下，铁损劣化率超过17％。
另外，对电磁钢板和加工方法等同的表2的编号10、14、37、50所示的例子进行比较时，可知与板厚为0.35mm的情况相比，板厚为0.25mm、0.20mm、0.15mm时两张重叠冲裁中的铁损劣化率减小。因此可以说，在应用本发明的技术的基础上使用板厚为0.25mm以下的电磁钢板是有利的。
另外可知，在将不同板厚的电磁钢板(钢带卷材)组合而进行冲裁加工的情况下，通过使间隙a为最小板厚的7％以上且为合计板厚的7％以下，抑制了冲裁加工所致的铁损的增加。
[实施例3]
使在钢中以质量比率计含有Si：3.0％、Al：0.8％、Mn：0.7％、P：0.03％的维氏硬度(1kg载荷测定)为195、结晶粒径为100μm、板厚为0.10mm的电磁钢板卷材的表面的静摩擦系数发生变化。静摩擦系数通过改变铬酸-树脂系涂层的组成(树脂配合率、蜡添加量)来改变。由这样的电磁钢板卷材准备三根160mm宽的钢带卷材(C1～C3)。使用图1所示的冲裁加工装置10，对三根同时进行冲裁加工(加工方法：冲裁)。在模具3内对冲裁出的铁芯坯片实施铆接，制造无刷DC电动机用定子铁芯(电动机芯)。冲裁加工时的间隙(单侧)a设定为15μm(合计板厚0.35mm的4.3％)、压块压力设定为0.06～0.5MPa。
在冲裁加工用的模具3中，通过变更拉模板7的与电磁钢板接触的部分(模具表面1)和压块8的与电磁钢板接触的部分(模具表面2)的粗糙度来改变模具3与电磁钢板之间的静摩擦系数。
作为参考例，为了对冲裁加工所致的磁特性(铁损)的劣化进行评价，利用线切割制作与本实施例(发明例)相同尺寸的电动机芯(加工方法：线切割)。
所制造的电动机芯的铁损(铁芯铁损)使用图3所示的磁电路简单地进行磁测定来进行评价。表3示出上述的条件和铁芯铁损的评价结果。
图8是表示钢板之间的静摩擦系数与电动机芯的铁损劣化率的关系的图。如表3和图8所示可知，在本实施例中，对三张钢板同时进行冲裁，因此，与对两张钢板同时进行冲裁的情况相比，铁损劣化率大，但通过满足本发明的条件，抑制了相对于利用线切割制作的铁芯的铁损劣化率。特别是如图8所示可知，通过使钢板之间的静摩擦系数为0.3以上、使钢板与模具3之间的静摩擦系数为0.3～0.8的范围，铁损劣化率被稳定地抑制为21％以下。
[实施例4]
在制造钢坯时，通过调整脱气处理的时间和钢水回流速度来调整钢中的夹杂物的大小和个数。接着，通过脱气处理工序中的成分调整来调整Si、Al、Mn、其他元素的含量，然后进行连铸、热轧、热轧板退火、酸洗、冷轧，使板厚为0.15mm。然后，通过最终退火、涂层涂布制造电磁钢板卷材。由这样的电磁钢板卷材准备两根160mm宽的钢带卷材(C1、C2)。
涂层涂布的条件对于任意一个钢带卷材均相同，钢板之间的静摩擦系数为0.4、钢板与模具3(与钢板接触的表面)之间的静摩擦系数为0.4。对于这些钢带卷材C1、C2，考察结晶粒径、硬度和钢中的夹杂物的个数。
之后，使用图1所示的冲裁加工装置10，两张同时进行冲裁加工(加工方法：两张重叠冲裁)。在模具3内对冲裁出的铁芯坯片实施铆接，制造无刷DC电动机用定子铁芯(电动机芯)。冲裁加工时的间隙(单侧)a设定为12μm(两张钢板的合计板厚的4％)、压块压力设定为0.40MPa。在此，间隙a相对于最小板厚的钢板的比率为8％、间隙a相对于合计板厚的比率为4％。
所制造的电动机芯的铁损(铁芯铁损)使用图3所示的磁电路简单地进行磁测定来进行评价。表4示出上述的条件和铁芯铁损的评价结果。
如表4所示，确认了：若使钢中的粒径为0.1～3.0μm的夹杂物的个数为1000～8000个/mm2，则在进行两张重叠的冲裁加工的情况下，也能够将铁损劣化率抑制为15％以下，可以得到特别优良的铁损的劣化抑制效果。
如以上所说明的那样，根据本实施方式的冲裁加工处理，在将多个钢板叠合地进行冲裁加工时，能够将铁芯的铁损劣化抑制为最小限度。因此，能够由板厚薄的电磁钢板高效地制造电动机、发电机的高效率旋转机用的层叠铁芯。
以上，对于应用本发明人所完成的发明的实施方式进行了说明，但本发明并不受本实施方式的成为本发明的公开的一部分的记述和附图所限定。即，本领域技术人员基于本实施方式完成的其他实施方式、实施例和运用技术等全部包含在本发明的范畴内。
产业上的可利用性
如上所述，本发明的冲裁加工方法、冲裁加工装置和层叠铁芯的制造方法在铁芯中使用的钢板的冲裁加工和层叠铁芯的制造中有用，特别是适合于能够在将铁损的劣化抑制为最小限度的情况下对叠合的多个电磁钢板同时进行冲裁的冲裁加工方法、冲裁加工装置和层叠铁芯的制造方法。
标号说明
1 冲压机
2 夹送辊
3 模具
4 冲头
5 冲模
6 模孔
7 拉模板
8 压块
9 施力单元
10 冲裁加工装置
a 间隙
C 钢带卷材(电磁钢板)

Claims (6)

1.一种冲裁加工方法，其为在将多个电磁钢板叠合的状态下利用模具进行冲裁的冲裁加工方法，其特征在于，
所述模具具备冲头和冲模，
使所述电磁钢板的板厚为0.35mm以下、试验力1kg下的维氏硬度为150～400、平均结晶粒径为50～250μm，
使所述冲头和所述冲模之间的间隙为所述多个电磁钢板的板厚中最小板厚的7％以上且为所述多个电磁钢板的合计板厚的7％以下，
使所述模具的压块对所述电磁钢板施加的压力为0.10MPa以上。
2.如权利要求1所述的冲裁加工方法，其特征在于，使所述电磁钢板的板厚为0.25mm以下。
3.如权利要求1所述的冲裁加工方法，其特征在于，使叠合的所述电磁钢板的表面之间的静摩擦系数为0.3以上，使所述电磁钢板与同该电磁钢板接触的所述模具的拉模板的表面之间的静摩擦系数、以及所述电磁钢板与所述模具的压块的表面之间的静摩擦系数为0.3～0.8。
4.如权利要求2所述的冲裁加工方法，其特征在于，使叠合的所述电磁钢板的表面之间的静摩擦系数为0.3以上，使所述电磁钢板与同该电磁钢板接触的所述模具的拉模板的表面之间的静摩擦系数、以及所述电磁钢板与所述模具的压块的表面之间的静摩擦系数为0.3～0.8。
5.如权利要求1～4中任一项所述的冲裁加工方法，其特征在于，所述电磁钢板中以质量比率计含有Si：0.5～6.6％、Al：2.5％以下、Mn：0.1～3.0％，使粒径为0.1～3.0μm的钢中的夹杂物的个数为1000～8000个/mm2的范围。
6.一种层叠铁芯的制造方法，其特征在于，通过将使用权利要求1～5中任一项所述的冲裁加工方法进行冲裁而得到的铁芯坯片层叠并使其一体化来制造层叠铁芯。
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