利用可拆卸芯軸解決大型電機轉子鐵心裝壓的工藝探索

李文珍

【摘 要】隨著國民經濟的發展，大型電機的生產規模日益增長，而大電機的制造亦不斷受到設備加工能力的桎梏。本文通過一種可拆卸芯軸工裝的使用，對解決大型轉子鐵心裝壓與壓機設備開檔不夠的矛盾，進行了有益的工藝探索。

【關鍵詞】可拆卸芯軸；轉子鐵心；裝壓；脫胎

交直流電機制造中，轉子鐵心的裝壓是非常重要的工藝步驟，而油壓機是裝壓工序的關鍵設備。隨著大型電機生產規模的不斷增長，很多凈長1m以上的大型轉子鐵心的加工與現有壓機開檔不夠的矛盾愈發凸顯出來。2011年，公司得到了制造一臺YKS1000-4 15000KW 10KV大型交流電機的訂單。利用現有設備，完成1.8m長轉子鐵心的壓裝加工，成為了這臺我公司迄今生產的最大功率、最長鐵心電機的工藝難題之一。

1. 現行工藝分析

1.1 對于高轉速、大扭矩電機，轉子鐵心與轉軸均采用較大的過盈配合。這種配合選擇的轉子鐵心裝壓時，沖片無法直接與轉軸進行疊裝，需先設計制造一個疊片芯軸（假軸），芯軸與沖片內孔采用小間隙配合，將0.5mm厚硅鋼板經沖制成型的轉子沖片逐片疊裝在疊片芯軸上，經油壓機施以規定壓力壓緊、螺桿緊固后，將帶芯軸鐵心置于長度≥鐵心長度的退胎上，用油壓機壓出芯軸。最后裝壓完成的鐵心經加熱使內孔脹大，與轉軸（真軸）的鐵心檔形成合適的套裝配合間隙，再熱套成帶轉軸鐵心。工藝簡圖見附圖1。

圖11.2 上述工藝特點：

（1）退胎高度≥鐵心凈長，否則芯軸退不出來。

（2）退軸時，芯軸脫離鐵芯后掉落在壓機工作臺面上，對設備造成較大沖擊，甚至傷害。

（3）芯軸加退胎總高度，要小于油壓機工作開檔。

（4）對大型鐵心，芯軸重量可達幾噸重，芯軸與鐵心分離下落時，鐵心仍在退胎上，易造成安全事故發生。

2. 工件及工藝條件分析

2.1 YKS1000-4電機轉子鐵心凈長1.5m，加兩端壓圈，總長1.8m，鐵心外徑1086mm，質量6000Kg，鐵心與轉軸配合過盈量為0.40～0.50mm。因此鐵心需先在假軸（芯軸）上疊壓、緊固后，與真軸熱套成帶軸鐵心。

2.2 通常疊片芯軸為方便沖片套入，設計為間隙配合，但為保證鐵心疊壓精度，該間隙又不能太大，一般設計為0.05～0.10mm左右。由于下列原因：

（1）沖片內孔有橢圓度誤差 。

（2）沖片平面的不平度，在壓裝受力后產生延展變形，也造成內孔不圓度變形。

（3）沖片疊裝后，片與片之間有徑向錯位。

（4）沖片鍵槽與芯軸上定位鍵有位置誤差。

（5）沖片內孔毛刺，等 等。

2.3 裝壓后，芯軸與鐵心間產生很大箍緊力，使得退出芯軸必須在壓機上進行。疊壓該鐵心的芯軸設計結構長度為2.3m，每端長出鐵心250mm。公司最大油壓機工作開檔為3.2m。那么：鐵心長度1.8m + 一端芯軸長出鐵心的0.25m+退胎長度至少1.5m = 3.55m>油壓機工作開檔3.2m。

圖2 2.4 由于最大壓機工作開檔只有3.2m，小于該鐵心壓裝后退胎所需的3.55m以上開檔要求，將導致鐵心疊裝完成后無法退出芯軸。經對各種工藝方案討論，相對尋求外協加工、購買設備、改變產品設計結構等等方案，我們認為改變常規工藝思路，研究一種能順利退出鐵心的可拆卸芯軸結構，不失為解決問題的一個經濟、便捷的首要選項。

3. 采取措施

（1）既然不能借助外力將芯軸退出，那么如何設計一個能拆卸的芯軸（我們稱之為活胎），壓裝后，通過拆卸的方法將芯軸取出來呢？經反復研究，確定了斜楔式可拆卸芯軸結構，其示意圖見附圖2。

（2）該工裝是將我們常用的整體式結構芯軸的六個幅板，沿軸向進行斜面剖分（為了便于工裝的二次使用，特意將其中銑定位鍵槽的一根筋板不做剖分，由于對側筋板可分，所以并不影響方案的實行），在徑向用沉頭固定螺栓予以裝配，并將上端面的筋板合縫處點焊牢固，形成整體后再加工外圓定位面，這樣工裝表面結構和加工精度都與原整體式結構工裝相同。在使用時，按附圖3方式將鐵心進行疊裝，當沖片高度逐漸疊至固定螺栓處時，先拆除該處一圈螺栓。逐步疊片，逐步拆除，直至鐵心疊完。

圖3（3）當鐵心裝配完成，需要退胎時，只需打磨開上端筋板合縫處焊點，用行車提拉胎具心軸，由于鐵心自重較大，工裝筋板內外斜面發生軸向錯位、芯軸直徑收縮，即可輕易地將芯軸的胎心部分由鐵心內部提出，再取出外圈分離的筋板，就完成了鐵心壓裝、退胎過程。當鐵心自重還不足以克服筋板斜面摩擦力以使芯軸提出的特殊情況下，只需用榔頭向下敲擊外沿筋板，即可使胎具分離。

4. 結語

（1）可拆卸式芯軸成功的解決了大型轉子鐵心的裝壓、脫胎受制于設備高度的問題，滿足了生產的需要。

（2）胎具結構簡單；工藝安全、可靠。

（3）當拆開楔形筋板，在斜面間加薄墊片，重新裝配、加工外圓后，該胎具可多次反復利用，經濟性好。