汽輪發(fā)電機(jī)定子疊壓筋加工方法和步驟

吳滿明

（湘電集團(tuán)有限公司電機(jī)事業(yè)部，湖南 湘潭 411101）

1 產(chǎn)品介紹與應(yīng)用

汽輪發(fā)電機(jī)是同步發(fā)電機(jī)的一種，是由汽輪機(jī)作原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，利用電磁感應(yīng)原理把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的電氣設(shè)備，主要運(yùn)用于火力發(fā)電廠或核能發(fā)電廠?；鹆Πl(fā)電廠或核能發(fā)電廠的汽輪發(fā)電機(jī)皆采用臥式結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)與汽輪機(jī)、勵(lì)磁機(jī)等配套組成同軸運(yùn)轉(zhuǎn)的汽輪發(fā)電機(jī)組。汽輪發(fā)電機(jī)最基本的組成部件是定子、轉(zhuǎn)子、勵(lì)磁系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。

2 零件分析

2.1 圖紙分析

如圖1 所示，從圖紙尺寸可見工件為細(xì)長復(fù)雜零件，長2 015 mm、寬75 mm、高97.5 mm、垂直度和平行度0.1 mm，直線度0.05 mm，70°銳角，R3 圓角刀具無法加工，工件六面都要進(jìn)行加工，工件細(xì)長，減少裝夾及加工產(chǎn)生的應(yīng)力變形是加工中需解決的難點(diǎn)。

圖1 疊壓筋圖紙

2.2 工件材料分析

從零件加工圖紙可以看出，工件材料為90 mm鋼板Q235A，用90 mm厚鋼板氣切割為2 025 mm×1 100 mm 的毛坯。疊壓筋主要在疊壓時(shí)起到定位和拉緊作用，此型號(hào)材料足夠能滿足使用要求，Q235A 韌性和塑性較好，有一定的伸長率，具有良好的焊接性能和熱加工性[1-5]。Q235A 一般在熱軋狀態(tài)下使用，用其軋制的型鋼、鋼筋、鋼板、鋼管可用于制造各種焊接結(jié)構(gòu)件、橋梁及一些普通的機(jī)器零件，如螺栓、拉桿、鉚釘、套環(huán)和連桿等[6-10]。

3 工件安裝與校正

如圖2 所示，通過圖紙分析可知，工件形狀復(fù)雜、容易變形等，選擇可以立臥轉(zhuǎn)換的銑床或者鏜床加工，工件放在銑床大型等高鐵邊緣或者直接放在鏜床工作臺(tái)面邊緣把加工部位凸出工作臺(tái)[11-13]，用三塊壓板固定工件兩頭及中間位置，利用標(biāo)準(zhǔn)墊塊定位，控制工件直線及加工定位，防止工件加工時(shí)變形，工作臺(tái)平面度要保證在0.01 mm，使工件下平面與工作臺(tái)面定位。

圖2 工件裝夾與定位

4 工件加工及測量

4.1 毛坯的選擇

根據(jù)圖紙材料要求，工件材料為90 mm 鋼板Q235A，選用90 mm厚鋼板氣切割為2 025 mm×1 100 mm 的毛坯，工件清理打磨各邊，上平板校正工件變形在1 mm 內(nèi)。由于氣切割和校正產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，工件屬于細(xì)長件，考慮加工時(shí)變形，安排進(jìn)行批量去應(yīng)力退火，在爐中工件要平放，防止變形[14]。去除應(yīng)力退火在冷卻時(shí)由于各部位冷卻速度不同而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，金屬及合金在冷變形加工中以及工件在切削加工過程中也產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。若內(nèi)應(yīng)力較大而未及時(shí)予以去除，則常導(dǎo)致工件變形甚至形成裂紋。去除應(yīng)力退火是將工件緩慢加熱到較低溫度，鋼加熱到500℃~650 ℃，保溫一段時(shí)間，使金屬內(nèi)部發(fā)生弛豫，然后緩冷下來。

4.2 刀具的選用

從圖紙和工藝可以看出，要加工平面、銑缺口、螺紋孔等，常規(guī)刀具可選平面銑刀、鉆頭、絲錐、玉米銑刀、60°倒角刀等。關(guān)鍵是70°缺口和R3 圓角刀具選用決定了加工效率和質(zhì)量，R3 圓角處最大刀具直徑只能選用3 mm 球頭刀具，其對(duì)批量產(chǎn)品加工時(shí)的效率尤為重要；如果選用合金球頭刀加工，粗加工和精加工效率太低，工件比較長，設(shè)備也要選擇大型設(shè)備，大型設(shè)備主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度相對(duì)小型數(shù)控設(shè)備要慢些；從加工數(shù)量和設(shè)備選擇來看，選用球刀加工不是最佳的選擇，為了提高效率和質(zhì)量，考慮選用直徑55 mm 的70°非標(biāo)合金成形銑刀，根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)非標(biāo)刀具[15]。如圖3 所示，根據(jù)實(shí)踐加工和摸索，不斷地改進(jìn)刀具，通過非標(biāo)成形銑刀解決了70°和R3 圓角不好加工的難題，采用成形銑刀加工，可以解決工件加工裝夾難題，采取上下環(huán)繞對(duì)稱加工，減少了工件變形。如果采用球頭刀單邊加工到位后，工件翻邊加工對(duì)邊，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)工件變形較大，兩邊70°缺口基準(zhǔn)難以找正，造成燕尾中心與工件中心不對(duì)稱，最終檢測樣板無法通過。

圖3 非標(biāo)刀具

4.3 檢測方法的選擇

工件外形尺寸寬和高可以用外徑千分尺直接進(jìn)行測量[16]，燕尾形狀大小和位置度、角度無法直接測量，加工完成后可以用三坐標(biāo)測量儀檢測，但在加工過程中需要檢測，那就要設(shè)計(jì)專用檢測樣板，加工過程檢測樣板如圖4所示，完工檢測樣板如圖5所示。

圖4 加工過程檢測樣板

圖5 完工檢測樣板

4.4 粗銑方法

工件粗銑六面要保證工作不變形，保證工件的垂直度和直線度，滿足精加工時(shí)定位要求，工件粗加工選擇一個(gè)鋼板原本面放置在工作臺(tái)面上，加工出一個(gè)基準(zhǔn)面，工件加工方式1 如圖6 所示，為了確保四方的平行度和垂直度，把加工好的①面放置在工作臺(tái)上作為基準(zhǔn)面，再加工相鄰的兩個(gè)面②、③平面，最后以②或者③平面為基準(zhǔn)加工④平面，四方平面各留1 mm 余量。銑頭或者工作臺(tái)轉(zhuǎn)90°，工件總長對(duì)使用要求不高，直接加工到尺寸要求即可，選用直徑17.5 mm 鉆頭加工螺紋底孔深50 mm、孔倒角、攻螺紋35 mm 深。

圖6 工件加工方式1

4.5 精加工四方平面

工件粗加工后要放置24 h以上，再進(jìn)行精加工四方平面，加工時(shí)按照粗加工平面順序進(jìn)行，加工③平面時(shí)，用百分百校正②平面直線度，加工④平面時(shí)，用百分百校正①平面直線度，每個(gè)平面直接精加工到位后再轉(zhuǎn)邊加工第二個(gè)平面。最后一個(gè)平面加工好，工件不要?jiǎng)樱M(jìn)行燕尾加工。

4.6 粗銑燕尾及倒角

如圖7 所示，工件平面加工完后，工件不動(dòng)，選用Φ40 玉米銑刀找正工件零點(diǎn)，去除余量，選用成形刀具粗加工70°缺口，通過計(jì)算留0.5 mm余量。上下環(huán)繞對(duì)稱走刀加工，確保工件受力和去除余量對(duì)稱才能確保工件不彎曲變形。選用專用60°倒角刀對(duì)工件進(jìn)行倒角，通過計(jì)算和檢測樣板比對(duì)，直接加工到位不留余量。

圖7 工件加工方式2

4.7 精銑燕尾

精加工時(shí)，壓板輕壓緊即可，選用三刃成形刀具精加工70°缺口和R3 圓角，通過計(jì)算分兩刀進(jìn)行精加工，第一刀找正工件75 mm 寬度的中心及控制好定位尺寸24 mm，防止燕尾偏心和工件變形無法滿足直線度0.05 mm 的要求，燕尾基于工件中心位置度及對(duì)稱度的保證，可以確保工件的直線度，使工件形位公差滿足圖紙要求；第二刀通過檢測樣板精準(zhǔn)測量出余量和數(shù)值計(jì)算值對(duì)比，確定好最終加工刀具定位和軌跡控制尺寸精度及位置，先在工件15 mm 長缺口處試切加工，用檢測樣板進(jìn)行檢測合格后，再進(jìn)行最終的加工，確保燕尾的角度、位置、形狀、直線等滿足圖紙各項(xiàng)精度要求。

5 結(jié)語

綜上所述，通過理論分析和數(shù)據(jù)計(jì)算、實(shí)際加工摸索等方式，論證了汽輪發(fā)電機(jī)定子疊壓筋加工工藝和方法。解決了幾個(gè)關(guān)鍵難點(diǎn)：工件安裝夾具問題、檢測難題、加工方法和工藝、工件彎曲變形、加工刀具、質(zhì)量和效率低。