本發(fā)明涉及電動機的鐵芯中使用的電磁鋼板的沖裁加工方法、沖裁加工裝置和層疊鐵芯的制造方法。

背景技術(shù)：

近年來，以電動汽車、混合動力電動汽車為中心，出于電動機、發(fā)電機的輕量化的目的而追求鐵芯的小型化，正在推進用于確保輸出的高旋轉(zhuǎn)化(高頻化)。因此，從抑制鐵芯的鐵損的觀點出發(fā)，對于板厚為0.25mm以下的、板厚比以前薄的電磁鋼板的要求提高。

電動機、發(fā)電機的鐵芯通過以為了抑制渦流損耗而使板厚減薄的電磁鋼板作為母材并對其進行沖裁加工來制造。在沖裁加工中，在沖壓機上設置加工用的模具，利用卷材進給裝置將以規(guī)定寬度分切鋼板而得到的鋼帶送出，同時利用模具對鐵芯各部進行沖裁。將該沖裁加工后的多個鐵芯坯片在模具中實施鉚接而使其一體化，或者從模具取出后利用焊接、螺栓固定而使其一體化，由此制造鐵芯。將如此使薄的電磁鋼板層疊并一體化而制造的鐵芯稱為層疊鐵芯。

通常使用上述那樣的沖裁加工是因為生產(chǎn)率優(yōu)良。另一方面，在通常的沖裁加工中，需要對鐵芯坯片逐個地進行沖裁，因此，母材的板厚變薄時，由于鐵芯的制造而需要大量的坯片，生產(chǎn)率急劇降低。因此，公開了在將多個母材鋼板疊合的狀態(tài)下進行沖裁的技術(shù)和其附帶的問題的解決對策。

例如，專利文獻1、2中，針對將多張鋼板疊合地同時送至模具內(nèi)的情況下的鋼板間的偏移的問題，公開了如下技術(shù)：在進行模具內(nèi)的沖壓工序初期的沖裁加工以前的工序中，使用鉚接等將鋼板之間固定。另外，在專利文獻3中公開了如下技術(shù)：為了將鋼板之間固定而形成合體鎖定部，進而，在層疊工序中使用后推(pushback)對凸部進行平坦化加工，以使合體鎖定部的凸形狀不會成為障礙。這些技術(shù)均公開了針對將多張鋼板同時進行沖裁時的尺寸精度劣化的問題的對策。

另外，在專利文獻4、5中公開了如下技術(shù)：利用在內(nèi)部具有多個相當于沖頭和沖模的部分的模具，能夠防止塌邊、毛邊的增加，并且能夠利用一個沖壓工序同時實施多張鋼板的沖裁加工。

需要說明的是，在專利文獻6中公開了：對于多個鋼板，在將層疊張數(shù)設為n時使結(jié)晶粒徑為20n(μm)以上來進行貼合。另外，在專利文獻7中公開了以避免制成分割鐵芯時產(chǎn)生的鐵芯的磁特性的劣化為目的的旋轉(zhuǎn)機用無取向性電磁鋼板。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開昭55-156623號公報

專利文獻2：日本特開2003-153503號公報

專利文獻3：日本特開2005-261038號公報

專利文獻4：日本特開2012-115893號公報

專利文獻5：日本特開2012-115894號公報

專利文獻6：日本特開平7-201551號公報

專利文獻7：日本特開2003-253404號公報

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明所要解決的問題

通常已知在沖裁加工中加工端部會受到強烈的塑性變形，因此，在沖裁端部附近殘留塑性應變，磁特性發(fā)生劣化。另外，在定量地評價磁特性的劣化量時，僅通過塑性應變無法說明，因此認為，伴隨塑性變形而殘留的彈性應變也會對磁特性的劣化產(chǎn)生影響?？梢姡瑳_裁加工的生產(chǎn)率優(yōu)良，但另一方面，存在使鐵芯的磁特性劣化的問題。在對多張重疊的鋼板進行這樣的沖裁加工的情況下，重疊的鋼板之間的約束力弱，因此塑性變形部大幅擴展，與逐個進行沖裁加工的情況相比，磁特性進一步劣化。因此，在將多個電磁鋼板重疊地同時進行沖裁時，會產(chǎn)生鐵芯的磁特性劣化的問題。

但是，在上述專利文獻1～5記載的技術(shù)中，僅著眼于多張鋼板的沖裁加工所導致的鐵芯尺寸精度的劣化、塌邊和毛邊量的增加，沒有公開關(guān)于鐵芯的磁特性的劣化的改善對策。

另外，在專利文獻4、5記載的技術(shù)中，疊合的多張鋼板并非利用一個模具同時進行沖裁。因此，在這些技術(shù)中，雖然從磁特性的劣化的觀點考慮具有優(yōu)勢，但存在由于模具結(jié)構(gòu)復雜、因而模具成本大幅增加的缺點。此外，在這些技術(shù)中，沒有公開將利用多個沖頭-沖模進行沖裁而得到的多個鐵芯坯片有效地堆疊、結(jié)合的方法。

另外，專利文獻6記載的技術(shù)用于減輕將多個鋼板疊合并進行沖裁時的模具的磨損，對于沖裁加工時的磁特性的劣化的防止對策沒有進行研究。另外，該技術(shù)是在將多個鋼板貼合的狀態(tài)下實施沖裁加工的技術(shù)，其處理形式與將多個鋼板在即將進行沖壓之前疊合并實施沖裁加工的技術(shù)不同。另外，專利文獻7記載的技術(shù)的目的在于避免制成分割鐵芯時產(chǎn)生的鐵芯的磁特性的劣化，沒有考慮將多個鋼板疊合地實施沖裁加工。

本發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供能夠在將鐵損的劣化抑制為最小限度的情況下對疊合的多個電磁鋼板同時進行沖裁的沖裁加工方法、沖裁加工裝置和層疊鐵芯的制造方法。

用于解決問題的方法

為了解決上述問題并達到目的，本發(fā)明的沖裁加工方法是在將多個電磁鋼板疊合的狀態(tài)下利用模具進行沖裁的沖裁加工方法，其特征在于，使上述電磁鋼板的板厚為0.35mm以下、維氏硬度(試驗力1kg)為150～400、平均結(jié)晶粒徑為50～250μm，使上述模具的間隙為上述多個電磁鋼板的板厚中最小板厚的7％以上且為上述多個電磁鋼板的合計板厚的7％以下，使上述模具的壓塊對上述電磁鋼板施加的壓力為0.10mpa以上。

另外，本發(fā)明的沖裁加工方法的特征在于，上述發(fā)明中，使上述電磁鋼板的板厚為0.25mm以下。

另外，本發(fā)明的沖裁加工方法的特征在于，上述發(fā)明中，使疊合的上述電磁鋼板的表面之間的靜摩擦系數(shù)為0.3以上，使上述電磁鋼板與同該電磁鋼板接觸的上述模具的拉模板的表面之間的靜摩擦系數(shù)、以及上述電磁鋼板與上述模具的壓塊的表面之間的靜摩擦系數(shù)為0.3～0.8。

另外，本發(fā)明的沖裁加工方法的特征在于，上述發(fā)明中，在上述電磁鋼板中以質(zhì)量比率計含有si：0.5～6.6％、al：2.5％以下、mn：0.1～3.0％，使結(jié)晶粒徑為0.1～3.0μm的鋼中的夾雜物的個數(shù)為1000～8000個/mm²的范圍。

另外，本發(fā)明的沖裁加工裝置是具備模具、在將多個電磁鋼板疊合的狀態(tài)下進行沖裁的沖裁加工裝置，其特征在于，上述電磁鋼板的板厚為0.35mm以下、維氏硬度(試驗力1kg)為150～400、平均結(jié)晶粒徑為50～250μm，上述模具的間隙為上述多個電磁鋼板的板厚中最小板厚的7％以上且為上述多個電磁鋼板的合計板厚的7％以下，上述模具的壓塊對上述電磁鋼板施加的壓力為0.10mpa以上。

另外，本發(fā)明的層疊鐵芯的制造方法的特征在于，通過將使用上述發(fā)明沖裁而得到的鐵芯坯片進行層疊并使其一體化來制造層疊鐵芯。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠在將鐵損的劣化抑制為最小限度的情況下對疊合的多個電磁鋼板同時進行沖裁。

附圖說明

圖1是用于說明本發(fā)明的一個實施方式的沖裁加工裝置的構(gòu)成和沖裁加工處理的概要的示意圖。

圖2是對本實施方式中制造的層疊鐵芯進行例示的圖。

圖3是用于說明對本實施方式中制造的層疊鐵芯的磁特性(鐵損)進行評價的方法的圖。

圖4是表示實施例1中的間隙與鐵損劣化率的關(guān)系的圖。

圖5是表示實施例1中的壓塊壓力與鐵損劣化率的關(guān)系的圖。

圖6是表示實施例2中的電磁鋼板的硬度與電動機芯的鐵損劣化率的關(guān)系的圖。

圖7是表示實施例2中的電磁鋼板的結(jié)晶粒徑與電動機芯的鐵損劣化率的關(guān)系的圖。

圖8是表示實施例3中的電磁鋼板之間的靜摩擦系數(shù)與電動機芯的鐵損劣化率的關(guān)系的圖。

具體實施方式

以下，參照附圖對利用作為本發(fā)明的一個實施方式的沖裁加工裝置的沖裁加工處理和層疊鐵芯的制造方法進行詳細說明。需要說明的是，本發(fā)明并不受該實施方式的限定。

[沖裁加工裝置的構(gòu)成]

首先，參照圖1對本實施方式的沖裁加工裝置的構(gòu)成和沖裁加工處理的概要進行說明。如圖1所示，沖裁加工裝置10具備沖壓機1和夾送輥2。設置在沖壓機1中的沖裁加工用的模具3具備沖頭4和沖模5。在沖模5上形成有作為形狀與要成形的鐵芯坯片的形狀對應的貫通孔的?？?和與鋼板接觸的拉模板7。沖頭4以利用未圖示的控制裝置可相對于沖模5進行升降的方式構(gòu)成。配置在與?？?對應的位置的沖頭4插入到?？?中時，夾入于模具3中的鋼板按照?？?的形狀被剪切、沖裁。需要說明的是，在沖頭4與沖模5之間設定規(guī)定間隔的間隙(間隙a)。另外，模具3具備壓塊8，在沖裁加工時從沖頭4側(cè)按壓鋼板的端部附近，由此，將鋼板按壓到拉模板7上而進行約束。在該壓塊8上設置有例如彈簧等施力單元9。

將以規(guī)定寬度切斷鋼板而得到的多個鋼帶卷材c(c1～c3)疊合地利用夾送輥(卷材進給裝置)2送至這樣的模具3中，同時沖裁出鐵芯坯片。將該沖裁加工處理后的多個鐵芯坯片在模具3中實施鉚接而使其一體化，由此制造層疊鐵芯?；蛘撸瑢⒍鄠€鐵芯坯片從模具3取出后，利用焊接、螺栓固定使其一體化，由此制造層疊鐵芯。

[發(fā)明的原理]

本發(fā)明在如此疊合的多個電磁鋼板(以下也記為鋼板)的沖裁加工時抑制層疊鐵芯(以下也記為鐵芯)的磁特性(鐵損)的劣化。為此，本發(fā)明人首先著眼于沖裁加工時疊合的(層疊的)鋼板間的約束力的影響。而且，本發(fā)明人考慮到通過同時控制模具3和被加工材料(鋼板)這兩者的條件來提高鋼板間的約束力，能夠?qū)⒃诏B合的狀態(tài)下的沖裁加工中的磁特性(鐵損)的劣化抑制為最小限度，從而完成了本發(fā)明。即，在多張疊合的狀態(tài)下的剪切加工中，各個鋼板之間通過表面的摩擦而相互產(chǎn)生影響，在通常的條件下，這種摩擦力對于防止沖裁加工所導致的鐵損的劣化是不充分的。本發(fā)明人考慮到通過比以往更嚴格地控制模具3和母材的條件，能夠適當?shù)乜刂其摪灞砻嬷g的摩擦力。因此，本發(fā)明人為了提高利用這樣的鋼板表面之間的摩擦力的約束力，首先著眼于沖裁加工時的壓塊8對鋼板施加的力，進而考慮到要將鋼板表面之間的摩擦系數(shù)以及鋼板與所接觸的模具3的表面的摩擦系數(shù)控制為適當?shù)姆秶?/p>

進而，在上述條件的基礎上，在疊合的鋼板的剪切加工中對鋼板端部施加強的拉伸應力，該拉伸應力持續(xù)、傳播，由此，磁特性劣化的部分成為廣范圍。因此明確了：為了縮短在剪切加工中施加拉伸應力的時間、減小應力殘留的范圍，使用容易發(fā)生剪切加工中的斷裂的硬度高的材料作為鋼是有效的。此外明確了：為了抑制自加工端部起的彈塑性變形區(qū)域的擴展，使用結(jié)晶粒徑處于適合沖裁條件的范圍的鋼板是有效的。以往，雖然已知被加工材料的硬度有時會影響沖裁加工后的磁特性，但本發(fā)明人新發(fā)現(xiàn)，在疊合的狀態(tài)下的沖裁加工中使被加工材料的硬度為規(guī)定條件時，其有效性特別高，從而完成了本發(fā)明。

另外，已知在沖裁加工中間隙a會給加工材料的形狀、特性帶來影響。在將多個鋼板疊合地進行沖裁加工的情況下，發(fā)現(xiàn)：在所層疊的鋼板間的約束力的增加和沖裁加工時的彈塑性變形區(qū)域的傳播的抑制的同時，適當選擇間隙a是非常有效的。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，間隙a的下限利用相對于多個鋼板中板厚最小的鋼板的板厚的比率來規(guī)定，上限利用相對于多個鋼板的合計板厚的比率來規(guī)定時是有效的。認為這是因為，在層疊的多個鋼板的沖裁加工時，鋼板端部的應變形式與一張鋼板的沖裁加工時不同。

此外，還明確了：通過同時控制鋼成分和鋼中的夾雜物的量，使沖裁加工中的材料的斷裂提前發(fā)生，可以降低加工中的彈塑性變形所導致的應力殘留量。

在此，在疊合的多個電磁鋼板的沖裁加工中，為了防止鐵芯的鐵損的劣化，需要考慮沖裁加工后的鐵芯的鐵損的絕對值和劣化率這兩者。若僅追求鐵芯的良好的磁特性，則不考慮加工所導致的劣化率，僅僅將鐵芯的鐵損的絕對值的降低作為目標即可。但是，若鐵芯的母材使用結(jié)晶粒徑粗大且磁特性良好的電磁鋼板，則無法避免母材的制造成本的增加，制品價格上升。因此，為了考慮鐵芯的綜合成本并且追求最好的制品的制造，考慮鐵損劣化率也是重要的。鐵損劣化率利用下式(1)求出。

鐵損劣化率(％)＝(wp-w0)/w0×100…(1)

wp：通過在將多張疊合的狀態(tài)下的沖裁加工得到的鐵芯的鐵損。

w0：通過因應變引起的鐵損劣化充分小的加工方法得到的相同形狀的鐵芯的鐵損。

[沖裁加工處理]

本實施方式的沖裁加工處理滿足基于上述見解規(guī)定的以下條件。需要說明的是，在本實施方式中，上述式(1)中的w0的加工方法中采用線切割方式。

[電磁鋼板的板厚-0.35mm以下(優(yōu)選為0.25mm以下)]

在本實施方式中，使用板厚為0.35mm以下的電磁鋼板作為層疊鐵芯的母材。板厚超過0.35mm而變厚時，為了提高鐵芯的生產(chǎn)效率而多張同時進行沖裁加工的優(yōu)勢減小。另外，兩張以上的鋼板的合計板厚過大，難以保持層疊狀態(tài)的鐵芯的尺寸精度，并且即使通過在后述的其他條件下進行沖裁，也未必能夠得到良好的磁特性。

疊合的多個鋼板未必需要為相同的板厚，可以將不同板厚的鋼板進行組合。這種情況下，使板厚最厚的鋼板的厚度為0.35mm以下即可。如后述的實施例2所示，所使用的鋼板的板厚優(yōu)選為0.25mm以下。

[間隙-板厚最小的一張鋼板的厚度的7％以上、疊合的鋼板的合計厚度的7％以下]

已知通常在沖裁加工中間隙a會給沖裁端部的形狀帶來影響。因此，需要根據(jù)板厚來變更間隙a。在將多個鋼板重疊地進行沖裁的情況下，作為可能給間隙a的適當值帶來影響的因素，有疊合的鋼板各自的板厚和多個鋼板的板厚的合計值。間隙a的適當值需要考慮各個因素的貢獻來進行規(guī)定。

在本實施方式中，基于后述的實施例1和實施例2，間隙a的下限值設定為疊合的多張鋼板中板厚最小的鋼板的厚度的7％以上。在通常的沖裁加工的情況下，間隙a過小時，有時會產(chǎn)生二次剪切面，但磁特性不會發(fā)生顯著的劣化。但是，在將多個鋼板重疊的狀態(tài)下進行沖裁加工的情況下，為了防止鐵芯的磁特性劣化，需要結(jié)合板厚最小的鋼板的板厚來設定間隙a的最小值(參照后述的實施例2的表2的編號38、39、44和45所示的例子)。認為這是因為，在多層鋼板的沖裁加工中，沖裁端部附近的橫向的偏移量(拉入量)大，因此，伴隨沖頭4的上升，鋼板端部容易發(fā)生變形，該影響像板厚小、剛性低的鋼板那樣變得顯著。因此，為了減輕由于間隙a過小而在沖頭4上升時受到的變形的影響，將間隙a設定為疊合的多個鋼板中板厚最小的鋼板的板厚的7％以上。

另一方面，基于后述的實施例1、2，間隙a的上限值設定為疊合的多個鋼板的合計厚度的7％以下。這是為了在對疊合的狀態(tài)的鋼板進行沖裁加工時通過將鋼板的撓曲量抑制為最小限度來防止鐵損的劣化所需要的條件。在本實施方式中，如后所述，采取通過適當?shù)乜刂茐簤K8或鋼板表面的摩擦系數(shù)等而使多個鋼板更一體地靠近的對策。但是，與一張鋼板的沖裁加工相比，在疊合的多個鋼板的沖裁加工中，鋼板的被拉入到模孔6中的量有增加的傾向。因此，間隙a相對于疊合的多個鋼板的合計板厚的比率設定為比將多個鋼板考慮成一張鋼板的時的間隙a小的值。

[壓塊壓力-0.10mpa以上]

通常，沖裁加工用的模具3的壓塊8主要是為了防止沖裁加工時的被加工材料的跳起而使用。與此相對，在本實施方式中，壓塊8是為了在將鋼板疊合地進行沖裁加工的情況下使所疊合的鋼板的進行剪切加工的端部附近的約束力增加而使用。因此，通過充分確保壓塊8對鋼板施加的壓力，可減輕沖裁加工中的鋼板間的位置的偏移、鋼板的被拉入到?？?中的量，減小鋼板的端部的變形量。其結(jié)果，可減輕鋼板的磁特性的劣化。為此，將壓塊8對鋼板施加的壓力(壓塊壓力)至少設定為0.10mpa。壓塊壓力低于0.10mpa時，在沖裁加工中多個鋼板之間的約束力降低，沖裁加工中的端部的局部性的偏移量增加，磁特性劣化。

在本實施方式中，進一步進行限定，基于后述的實施例1，將壓塊壓力優(yōu)選設定為0.30～0.80mpa的范圍。關(guān)于提高多個疊合的鋼板間的約束力的效果，在使壓塊壓力為0.30mpa以上時，可以說效果特別高。另一方面，在壓塊壓力超過0.80mpa時，鋼板間的約束力可以說充分高，但鐵損劣化率增高。推測這是因為，在連續(xù)進行沖裁加工時，壓塊8的壓板(脫模板)與鋼板撞擊的速度增加，容易在鋼板中引入應變。

為了使壓塊8擔負上述功能，只要壓塊壓力施加于沖裁加工中的沖頭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中壓塊8按壓被加工材料的力在壓塊8的壓板(脫模板)的整個面上是均勻的，因此，可以通過將作用于壓塊8的力的合計值除以壓塊8的面積來求出。

[電磁鋼板的結(jié)晶粒徑-平均結(jié)晶粒徑50～250μm]

已知結(jié)晶粒徑是支配無取向性電磁鋼板的磁特性的重要因素，一般而言，結(jié)晶粒徑越大，鐵損越優(yōu)良。但是，關(guān)于實施沖裁加工的電磁鋼板的結(jié)晶粒徑給沖裁后的鐵芯的磁特性的劣化帶來的影響，還不太為人所知(參照專利文獻6、7)。

本發(fā)明中，為了抑制在將多個鋼板疊合的狀態(tài)下實施沖裁加工時容易產(chǎn)生的磁特性的劣化，在將沖裁加工處理的條件控制為適當?shù)姆秶耐瑫r將實施沖裁加工的電磁鋼板的結(jié)晶粒徑控制為適當?shù)姆秶?/p>

在多個鋼板的沖裁加工中，需要利用壓塊壓力、鋼板表面之間的摩擦力等來提高鋼板間的約束力，但僅僅如此還不足以抑制沖裁加工后的鐵芯坯片中的鐵損的劣化。即，在疊合的多個鋼板中約束力相對弱的鋼板中，伴隨沖頭4的下降，被拉入到?？?中的量增加。這樣的鋼板在其端部產(chǎn)生彈塑性變形的狀態(tài)下進行沖裁時，在沖裁加工后的鋼板端部的應變的蓄積量增加，鐵芯的鐵損劣化。在此，認為由彈塑性變形引起的應變的蓄積量隨母材內(nèi)部的機械特性的不均勻性的增加而增加。而且認為，在結(jié)晶粒徑粗大的鋼板中，晶界部分和晶粒內(nèi)部稀疏地分布，因此，在將多個鋼板疊合的狀態(tài)下的沖裁加工中，鐵損的劣化變得顯著。另一方面，在結(jié)晶粒徑細的鋼板中，晶界密集地分布，因此，鋼板內(nèi)的變形均勻地產(chǎn)生，鐵損的劣化得到抑制。

在本實施方式中，基于后述的實施例2，在將多個鋼板疊合地進行沖裁加工時，提高壓塊壓力、并且使結(jié)晶粒徑為50～250μm(進一步優(yōu)選為100～200μm)。由此，可以得到鐵損劣化量小且沖裁加工后的鐵芯的鐵損的絕對值也充分小的值。與此相對，在壓塊壓力不充分的情況下，即使在使結(jié)晶粒徑為50～250μm(100～200μm)時，也無法充分得到鐵芯的鐵損的絕對值減小的效果。即，若不適當控制結(jié)晶粒徑和壓塊壓力這兩者，則無法得到所期望的效果。

如上所述，結(jié)晶粒徑超過200μm或250μm而變大時，在疊合地進行沖裁加工時殘留在鋼板端部的應變的量增加，鐵芯的鐵損增加量增加。因此，結(jié)晶粒徑的上限設定為250μm、優(yōu)選設定為200μm。另一方面，在結(jié)晶粒徑小于100μm或50μm時，雖然可避免上述那樣的鐵損的劣化，但由于鐵芯的母材本身的磁特性差而導致所制造的鐵芯的鐵損的絕對值差，因此不適合作為高效率電動機用材料。因此，結(jié)晶粒徑的下限設定為50μm、優(yōu)選設定為100μm。

需要說明的是，平均結(jié)晶粒徑根據(jù)鋼板斷面的觀察來確定即可。即，適合的做法是，通過切斷和研磨得到試樣斷面后，利用蝕刻處理使晶界顯現(xiàn)，利用圖像處理對結(jié)晶粒徑進行評價。

平均結(jié)晶粒徑的計算如下進行。首先，計數(shù)觀察面積中存在的晶粒的數(shù)量，用該晶粒數(shù)除以觀察面積，由此求出晶粒在斷面中所占的平均面積。假設晶粒的形狀為圓時，根據(jù)所求出的一個晶粒的平均面積算出平均結(jié)晶粒徑。在利用該方法算出的平均結(jié)晶粒徑為80μm以下的情況下，采用該值作為平均結(jié)晶粒徑。

另一方面，若產(chǎn)生結(jié)晶粒徑粗大的情況、斷面細的晶粒的局部含有或?qū)⒕Ы缛攸c附近切斷的情況，則在上述方法中粒徑的計算中產(chǎn)生誤差。因此，在利用上述方法算出的平均結(jié)晶粒徑超過80μm的情況下，進行利用在斷面內(nèi)觀察到的各個晶粒的面積率進行加權(quán)的計算是適合的。即，將各個結(jié)晶的面積設為s(i)、面積率設為r(i)時，平均晶粒面積以下式(2)表示。通過將晶粒的形狀視為圓，可以由平均晶粒面積以圓當量直徑的方式算出平均結(jié)晶粒徑。

<s>＝s(i)×r(i)…(2)

[電磁鋼板的硬度-維氏硬度(試驗力1kg)150～400]

材料的硬度上升時，伸長率變小，在剪切加工過程中提前發(fā)生被加工材料的斷裂。于是，被加工材料被拉入到?？?中的量減小，加工端部附近的應變的蓄積量減小，因此認為鐵損的劣化得到抑制。如上所述，在將多個鋼板疊合的狀態(tài)下的沖裁加工中，被加工材料(鋼板)被拉入到?？?中的量容易增加，因此，適當控制被加工材料的斷裂的重要度與通常的沖裁加工時相比格外高。

在本發(fā)明中，通過同時優(yōu)化壓塊8的條件和電磁鋼板表面之間的摩擦力，一定程度地提高了電磁鋼板間的約束力，而且通過進一步將材料(電磁鋼板)的硬度設定為適當?shù)姆秶箾_裁加工中的斷裂在適當?shù)奈恢冒l(fā)生，抑制鐵損的劣化。

關(guān)于這種鐵損的劣化抑制效果，如后述的實施例2所示，通過將母材的維氏硬度控制為適當?shù)姆秶?，可以得到顯著的鐵損劣化的抑制效果。但是，將兩張以上的電磁鋼板疊合地進行沖裁時的鐵損劣化率比對一張電磁鋼板進行沖裁時的鐵損劣化率差，今后需要改善。

鋼板的硬度可以通過維氏硬度測定進行評價，可以利用載荷1kg下的測定值(hv1)進行限定。在本實施方式中，為了得到上述的鐵損的劣化抑制效果，使電磁鋼板的硬度為維氏硬度150以上。如后述的實施例2所示，維氏硬度為190以上的鋼板是特別適合的。另外，鋼板的維氏硬度超過400時，在模具3的損傷等方面變得不利，因此限定為400以下。

[電磁鋼板表面之間的靜摩擦系數(shù)-0.3以上、與電磁鋼板接觸的拉模板表面與電磁鋼板之間的靜摩擦系數(shù)以及壓塊表面與電磁鋼板之間的靜摩擦系數(shù)-0.3～0.8]

如上所述，在本發(fā)明中，在對疊合的多個鋼板同時進行沖裁時，利用通過提高鋼板間的約束力而得到的效果。這樣的效果通過提高鋼板表面的靜摩擦系數(shù)而得到。即，需要對疊合地進行沖裁加工的電磁鋼板的表面之間的靜摩擦系數(shù)進行控制。在使用不同的電磁鋼板的情況下，在電磁鋼板的被疊合的表面之間對靜摩擦系數(shù)進行評價即可。

另外，為了防止在沖裁加工時鋼板被拉入到模孔6中，需要同時提高與進行沖裁加工的電磁鋼板接觸的拉模板7表面和壓塊8表面中特別是沖頭4附近的摩擦力。為此，需要使電磁鋼板表面與上述的模具3構(gòu)件的表面的靜摩擦系數(shù)為0.3以上。為了得到這樣的效果，需要控制模具3的?？?附近的約10mm以上的區(qū)域的靜摩擦系數(shù)。即，對于?？?附近的寬度約10mm以上的區(qū)域、或與電磁鋼板接觸的壓塊8和拉模板7的整個面，可以利用變更粗糙度等對策來得到上述效果。

需要說明的是，在精密沖裁加工中，也采取通過在壓塊8上設置凸形狀并使其咬入材料中來提高沖裁加工時的約束力的方法。但是，在電動機、發(fā)電機用的鐵芯原材料的沖裁加工中，這樣的向凸形狀中的咬入會使鐵芯的磁特性劣化，因此不優(yōu)選。

在本實施方式中，基于后述的實施例3，鋼板表面之間的靜摩擦系數(shù)設定為0.3以上、且鋼板表面與所接觸的模具構(gòu)件表面的靜摩擦系數(shù)設定為0.3以上。另外，在進行沖裁加工的電磁鋼板的表面與所接觸的模具表面的摩擦系數(shù)過高的情況下，電磁鋼板在模具3內(nèi)的搬運無法順利進行，沖裁后的鐵芯的鐵損劣化，因此，靜摩擦系數(shù)限定為0.8以下。

[電磁鋼板的鋼成分-si：0.5～6.6％、al：2.5％以下、mn：0.1～3.0％]

在本實施方式中，基于后述的實施例4，作為成為鐵芯的母材的電磁鋼板的鋼成分，使si、al、mn的含量以質(zhì)量比率計分別為0.5～6.6％、2.5％以下、0.1～3.0％。由此，形成滿足材料的維氏硬度為150以上的基體，并且促進鋼中的夾雜物的形成。在此，維氏硬度所帶來的效果如上所述。另外，對于鋼中夾雜物的效果，在后文進行說明。

si是通過增加鋼的電阻率而使渦流損耗降低、從而有助于降低鐵損的元素。該添加量(含量)以質(zhì)量比率計不足0.5％時，即使添加其他成分(al、cr等)，也難以使維氏硬度增加到150以上而不伴有材料的鐵損劣化。因此，si的含量限定為0.5％以上。另外，在si的含量以質(zhì)量比率計超過6.6％的情況下，由于母材的脆化而難以進行在將兩張以上疊合的狀態(tài)下的沖裁加工，因此，以質(zhì)量比率計限定為0.5～6.6％。

al與si同樣是通過增加鋼的電阻率而有助于降低鐵損的元素。另外，al在鋼中形成aln、al2o3等夾雜物，如后所述有助于促進沖裁加工中的斷裂。但是，過度添加時，鋼中析出物量過大，鐵損劣化，因此，含量以質(zhì)量比率計限定為2.5％以下。

mn具有增加鋼的電阻率、并且防止熱軋時的紅熱脆化的作用。另外，mn在鋼中形成mns，如后所述有助于提高沖裁加工性。為了得到這些效果，mn的含量需要以質(zhì)量比率計設定為0.1％以上。另外，mn的含量以質(zhì)量比率計超過3.0％時，磁通密度的降低變得顯著，因此以質(zhì)量比率計限定為0.1～3.0％。

除了上述元素以外，為了形成滿足本發(fā)明的條件的析出物，在鋼中存在s、se、cu、ti、nb、n作為鋼中添加元素或雜質(zhì)是有效的。另外，從不會降低本發(fā)明的鐵損的劣化抑制效果、進一步改善鐵損的觀點出發(fā)，也推薦想要降低鐵損而在鋼中添加sb、sn、cr、p等。

[鋼中夾雜物個數(shù)-粒徑為0.1～3.0μm的夾雜物1000～8000個/mm²]

在本實施方式中，在將多個鋼板疊合的狀態(tài)下進行沖裁加工的情況下，除了上述條件之外，基于后述的實施例4，使鋼中的粒徑為0.1～3.0μm的夾雜物的個數(shù)為1000～8000個/mm²。由此，可降低沖裁加工后的鐵芯的鐵損。這是因為，與上述的對于鋼板的硬度的考察同樣，在沖裁加工中鋼板被拉入到?？?中并斷裂時，夾雜物成為裂紋產(chǎn)生的基點，在沖裁加工過程的早期發(fā)生鋼板的斷裂，殘留于沖裁加工后的鐵芯中的應變的量降低。

粒徑為0.1～3.0μm的夾雜物的個數(shù)少于1000個/mm²時，無法得到上述效果，超過8000個/mm²而存在時，會導致鋼板本身的磁特性的劣化。另外，充分確保粒徑為0.1～3.0μm的夾雜物時，能夠在將鋼板的磁特性的劣化抑制為最小限度的同時得到上述效果。根據(jù)這些要求，將夾雜物的粒徑和個數(shù)限定為上述的范圍。

關(guān)于析出物的含有率，進行母材鋼板的斷面(板厚1/4附近)觀察，對觀察視野內(nèi)的夾雜物的粒徑和個數(shù)進行計數(shù)，用與粒徑范圍一致的夾雜物的個數(shù)除以觀察視野的面積，由此，可以算出析出物含有率。

需要說明的是，已知通過調(diào)整電磁鋼板中的析出物的量來改善沖裁性、切削性的技術(shù)，但均是意在改善工具的磨損的技術(shù)，對于磁特性的劣化抑制沒有研究。另外，還公開了其他在煉鋼階段對夾雜物分散進行優(yōu)化、結(jié)果作為制品顯示出良好特性的鋼板，但均不涉及本發(fā)明那樣在將多個鋼板疊合的狀態(tài)下的沖裁加工后的鐵損改善。

[層疊鐵芯的制造方法]

將通過滿足以上條件的沖裁加工處理得到的鐵芯坯片層疊并使其一體化，由此制造電動機、發(fā)電機用的層疊鐵芯。

使多個鐵芯坯片一體化的方法有如下方法(所謂的模具內(nèi)鉚接)：在模具3內(nèi)部進行沖裁加工后，從母材分斷出鐵芯坯片，然后利用沖頭4的下降在模具3內(nèi)部進行鉚接。該方法在制造性的方面是優(yōu)良的。作為其他方法，也可以采用如下方法：在模具3內(nèi)的沖裁加工工序中僅進行鉚接用的合型銷的形成，在沖裁加工后利用與沖裁用的模具3分開的裝置施加按壓而進行鉚接。另外，也可以在模具3內(nèi)部僅進行沖裁加工，在模具3外通過焊接或利用螺栓的固定或者膠粘劑的涂布或膠粘性的涂層的應用來使多個鐵芯坯片一體化。除此之外，代替在模具3內(nèi)部實施鉚接，也可以在本發(fā)明中應用在電磁鋼板表面涂布膠粘劑、將鐵芯坯片彼此膠粘并進行沖裁的方法。

實施例

以下，對本發(fā)明的實施例進行說明。需要說明的是，以下所示的實施例中滿足本發(fā)明的條件的是本發(fā)明例，不滿足本發(fā)明的條件的是比較例。

[實施例1]

作為母材鋼板，準備兩根將在鋼中以質(zhì)量比計含有si：3.0％、al：0.8％、mn：0.7％、p：0.03％的板厚為0.25mm的電磁鋼板卷材切割加工為160mm寬而得到的沖裁加工用的鋼帶卷材。使用圖1所示的沖裁加工裝置10，對這兩張鋼帶卷材(c1、c2)同時進行沖裁加工(加工方法：兩張重疊沖裁)。在模具3內(nèi)對沖裁出的鐵芯坯片實施鉚接，制造圖2所示的無刷dc電動機用定子鐵芯(電動機芯)。

使沖裁加工時的間隙(單側(cè))a相對于兩張電磁鋼板的合計板厚0.50mm在2～15％的范圍內(nèi)變化。另外，使壓塊8對模具3內(nèi)的電磁鋼板施加的壓力(壓塊壓力)在0.05～1.0mpa的范圍內(nèi)變化。所使用的電磁鋼板的維氏硬度(試驗力1kg)為195、平均結(jié)晶粒徑為80μm、鋼板之間的靜摩擦系數(shù)為0.2、鋼板與模具3(壓塊8、拉模板7)之間的靜摩擦系數(shù)為0.25。

作為參考例，除了板厚為0.50mm之外，將與上述本實施例(發(fā)明例)相同條件的電磁鋼板在不疊合的情況下以一張進行沖裁(加工方法：一張重疊沖裁)。另外，為了對沖裁加工所致的鐵損的劣化率進行評價，利用線切割制作相同尺寸的電動機芯(加工方法：線切割)。

為了簡單地對所制造的電動機芯的鐵損(鐵芯鐵損)進行評價，如圖3所示，在鐵芯背部纏繞勵磁用初級線圈b1和磁通測定用次級線圈b2而形成磁電路，進行磁測定來評價鐵芯鐵損。表1示出上述的條件和鐵芯鐵損的評價結(jié)果。

圖4是表示沖裁加工用的模具3的間隙a與上述式(1)所表示的鐵損劣化率的關(guān)系的圖。如圖4所示可知，在一張重疊沖裁的情況下，隨著間隙a的減少，鐵損劣化率得以抑制。另一方面可知，在兩張重疊沖裁的情況下，使間隙a為兩張電磁鋼板的合計板厚的3.5～7％時，鐵損劣化率顯著降低。但是，可知即使為上述的條件，在兩張重疊沖裁的情況下，相對于一張重疊沖裁的情況，鐵損劣化率也稍高，今后仍留有問題。

另外，圖5是表示壓塊壓力與鐵損劣化率的關(guān)系的圖。如圖5所示，在一張重疊沖裁的情況下，鐵損劣化率幾乎不依賴于壓塊壓力。另一方面可知，在兩張重疊沖裁的情況下，在將壓塊壓力控制為0.10mpa以上(優(yōu)選為0.30～0.80mpa)的范圍的情況下，鐵損劣化率降低。

[實施例2]

作為母材鋼板，準備將改變鋼中的si、al、mn、p的含量而使結(jié)晶粒徑不同的板厚為0.35mm、0.25mm、0.20mm、0.15mm的電磁鋼板卷材切割加工為160mm寬而得到的沖裁加工用的鋼帶卷材。其中，對于改變了組合的兩張鋼帶卷材(c1、c2)，使用圖1所示的沖裁加工裝置10同時進行沖裁加工。將沖裁出的鐵芯坯片的外周部焊接，制造無刷dc電動機用定子鐵芯(電動機芯)。沖裁加工時的間隙(單側(cè))a設定為25μm(兩張合計板厚的5％)、壓塊8對模具3內(nèi)的材料施加的壓力(壓塊壓力)設定為0.35mpa。

作為比較例，為了對沖裁加工所致的磁特性(鐵損)的劣化進行評價，利用線切割制作與本實施例(發(fā)明例)相同尺寸的電動機芯(加工方法：線切割)。

所制造的電動機芯的鐵損(鐵芯鐵損)使用圖3所示的磁電路簡單地進行磁測定來進行評價。表2示出上述的條件和鐵芯鐵損的評價結(jié)果。

圖6是表示電磁鋼板的硬度與電動機芯的鐵損劣化率的關(guān)系的圖。另外，圖7是表示電磁鋼板的結(jié)晶粒徑與電動機芯的鐵損劣化率的關(guān)系的圖。需要說明的是，圖6和圖7中的鐵損劣化率是指，本實施例的電動機芯的鐵損(鐵芯鐵損)相對于利用線切割制作的電動機芯的鐵損(線切割鐵芯鐵損)的增加率。

如圖6和圖7所示可知，在硬度和結(jié)晶粒徑滿足上述實施方式的條件的情況下(發(fā)明例)，鐵損劣化率降低，鐵損的增加(劣化)得到了抑制。另一方面可知，在不滿足本實施方式的條件的情況下，鐵損劣化率超過17％。

另外，對電磁鋼板和加工方法等同的表2的編號10、14、37、50所示的例子進行比較時，可知與板厚為0.35mm的情況相比，板厚為0.25mm、0.20mm、0.15mm時兩張重疊沖裁中的鐵損劣化率減小。因此可以說，在應用本發(fā)明的技術(shù)的基礎上使用板厚為0.25mm以下的電磁鋼板是有利的。

另外可知，在將不同板厚的電磁鋼板(鋼帶卷材)組合而進行沖裁加工的情況下，通過使間隙a為最小板厚的7％以上且為合計板厚的7％以下，抑制了沖裁加工所致的鐵損的增加。

[實施例3]

使在鋼中以質(zhì)量比率計含有si：3.0％、al：0.8％、mn：0.7％、p：0.03％的維氏硬度(1kg載荷測定)為195、結(jié)晶粒徑為100μm、板厚為0.10mm的電磁鋼板卷材的表面的靜摩擦系數(shù)發(fā)生變化。靜摩擦系數(shù)通過改變鉻酸-樹脂系涂層的組成(樹脂配合率、蠟添加量)來改變。由這樣的電磁鋼板卷材準備三根160mm寬的鋼帶卷材(c1～c3)。使用圖1所示的沖裁加工裝置10，對三根同時進行沖裁加工(加工方法：沖裁)。在模具3內(nèi)對沖裁出的鐵芯坯片實施鉚接，制造無刷dc電動機用定子鐵芯(電動機芯)。沖裁加工時的間隙(單側(cè))a設定為15μm(合計板厚0.35mm的4.3％)、壓塊壓力設定為0.06～0.5mpa。

在沖裁加工用的模具3中，通過變更拉模板7的與電磁鋼板接觸的部分(模具表面1)和壓塊8的與電磁鋼板接觸的部分(模具表面2)的粗糙度來改變模具3與電磁鋼板之間的靜摩擦系數(shù)。

作為參考例，為了對沖裁加工所致的磁特性(鐵損)的劣化進行評價，利用線切割制作與本實施例(發(fā)明例)相同尺寸的電動機芯(加工方法：線切割)。

所制造的電動機芯的鐵損(鐵芯鐵損)使用圖3所示的磁電路簡單地進行磁測定來進行評價。表3示出上述的條件和鐵芯鐵損的評價結(jié)果。

圖8是表示鋼板之間的靜摩擦系數(shù)與電動機芯的鐵損劣化率的關(guān)系的圖。如表3和圖8所示可知，在本實施例中，對三張鋼板同時進行沖裁，因此，與對兩張鋼板同時進行沖裁的情況相比，鐵損劣化率大，但通過滿足本發(fā)明的條件，抑制了相對于利用線切割制作的鐵芯的鐵損劣化率。特別是如圖8所示可知，通過使鋼板之間的靜摩擦系數(shù)為0.3以上、使鋼板與模具3之間的靜摩擦系數(shù)為0.3～0.8的范圍，鐵損劣化率被穩(wěn)定地抑制為21％以下。

[實施例4]

在制造鋼坯時，通過調(diào)整脫氣處理的時間和鋼水回流速度來調(diào)整鋼中的夾雜物的大小和個數(shù)。接著，通過脫氣處理工序中的成分調(diào)整來調(diào)整si、al、mn、其他元素的含量，然后進行連鑄、熱軋、熱軋板退火、酸洗、冷軋，使板厚為0.15mm。然后，通過最終退火、涂層涂布制造電磁鋼板卷材。由這樣的電磁鋼板卷材準備兩根160mm寬的鋼帶卷材(c1、c2)。

涂層涂布的條件對于任意一個鋼帶卷材均相同，鋼板之間的靜摩擦系數(shù)為0.4、鋼板與模具3(與鋼板接觸的表面)之間的靜摩擦系數(shù)為0.4。對于這些鋼帶卷材c1、c2，考察結(jié)晶粒徑、硬度和鋼中的夾雜物的個數(shù)。

之后，使用圖1所示的沖裁加工裝置10，兩張同時進行沖裁加工(加工方法：兩張重疊沖裁)。在模具3內(nèi)對沖裁出的鐵芯坯片實施鉚接，制造無刷dc電動機用定子鐵芯(電動機芯)。沖裁加工時的間隙(單側(cè))a設定為12μm(兩張鋼板的合計板厚的4％)、壓塊壓力設定為0.40mpa。在此，間隙a相對于最小板厚的鋼板的比率為8％、間隙a相對于合計板厚的比率為4％。

所制造的電動機芯的鐵損(鐵芯鐵損)使用圖3所示的磁電路簡單地進行磁測定來進行評價。表4示出上述的條件和鐵芯鐵損的評價結(jié)果。

如表4所示，確認了：若使鋼中的結(jié)晶粒徑為0.1～3.0μm的夾雜物的個數(shù)為1000～8000個/mm²，則在進行兩張重疊的沖裁加工的情況下，也能夠?qū)㈣F損劣化率抑制為15％以下，可以得到特別優(yōu)良的鐵損的劣化抑制效果。

如以上所說明的那樣，根據(jù)本實施方式的沖裁加工處理，在將多個鋼板疊合地進行沖裁加工時，能夠?qū)㈣F芯的鐵損劣化抑制為最小限度。因此，能夠由板厚薄的電磁鋼板高效地制造電動機、發(fā)電機的高效率旋轉(zhuǎn)機用的層疊鐵芯。

以上，對于應用本發(fā)明人所完成的發(fā)明的實施方式進行了說明，但本發(fā)明并不受本實施方式的成為本發(fā)明的公開的一部分的記述和附圖所限定。即，本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本實施方式完成的其他實施方式、實施例和運用技術(shù)等全部包含在本發(fā)明的范疇內(nèi)。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

如上所述，本發(fā)明的沖裁加工方法、沖裁加工裝置和層疊鐵芯的制造方法在鐵芯中使用的鋼板的沖裁加工和層疊鐵芯的制造中有用，特別是適合于能夠在將鐵損的劣化抑制為最小限度的情況下對疊合的多個電磁鋼板同時進行沖裁的沖裁加工方法、沖裁加工裝置和層疊鐵芯的制造方法。

標號說明

1沖壓機

2夾送輥

3模具

4沖頭

5沖模

6?？?/p>

7拉模板

8壓塊

9施力單元

10沖裁加工裝置

a間隙

c鋼帶卷材(電磁鋼板)