1 250 MW核電半速汽輪發(fā)電機定子沖片加工工藝

劉福仁，葛慧哲

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱　150040)

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1 250 MW核電半速汽輪發(fā)電機定子沖片加工工藝

劉福仁，葛慧哲

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱150040)

介紹了1 250 MW核電半速汽輪發(fā)電機定子沖片的產品結構及尺寸特點，闡述了其生產工藝及厚度偏差檢測方法，對影響沖片質量的相關因素進行了說明，分析了沖制中可能遇到的模具及沖壓設備等問題， 經過不斷的試驗、分析和工藝改進， 解決了生產過程中面臨的諸多難題，保證了產品質量。

定子沖片；模具；工藝方法

0　引言

定子鐵心是發(fā)電機機電轉換的媒介質，而鐵心需由數(shù)萬張沖片疊制成一個準確幾何形狀，且滿足下線及裝壓要求，所以沖片截面應光滑，沒有毛刺、裂口與裂紋，表面應平坦，還要有準確的位置及尺寸精度，在沖裁后，沖片的導磁性能不能嚴重損害[1]。1 250 MW核電半速汽輪發(fā)電機沖片比普通沖片有著更高的要求，其特點是精度高、尺寸大、拉緊孔及通風孔多、沖裁力大。此沖片在我公司是第一次加工，需通過日本三菱FAI認證合格后方可投入正式生產，能否結束購買核電沖片的歷史，實現(xiàn)核電沖片國產化，保質保量地按時完成任務意義重大。

1　工藝分析及策劃

沖片的質量主要取決于以下三個方面：第一，沖模的間隙是否合理；第二，沖床的結構及精度有無缺點；第三，沖片材料(硅鋼片)本身的特性。1 250 MW核電半速汽輪發(fā)電機定子沖片的弦長達906 mm(如圖1所示)，公差為±0.1 mm。與以往常規(guī)的游標卡尺測量完全不同，為保證測量精度，此次采用三坐標測量儀對沖片整個輪廓逐點測量，由于斷面質量影響三坐標輪廓線構造精度，所以對沖片斷面平整度要求非常嚴格，在生產過程中應對沖片進行抽檢，用光學放大鏡觀察斷裂面，確保輪廓平整無鋸齒或水平毛刺。另外，要求沖制后沖片的毛刺在0.07 mm以內，去毛刺后小于0.03 mm，這對模具、沖床等沖片加工的所有設備及測量等都是一場挑戰(zhàn)。

與以往的發(fā)電機不同的是，該定子采用了軸向通風結構，相應的定子扇形片的結構也有很大的變化，每張定子扇形片上分布著很多軸向通風孔。該定子沖片加工難點可總結為：尺寸大、精度高、孔多、毛刺小、沖裁力大、厚度偏差小。為突破諸項難點，決定采用復式沖裁的工藝方法，即復式落料沖槽一次成型，該方案適用于大批量生產，其設備工裝條件為一臺精密沖床，一套復式高精度、長壽命的沖模。與分步沖裁相比，此方案的優(yōu)點為工序少，周期短，扇形片質量高，產品一致性和穩(wěn)定性好，保證外形及孔的形位公差， 避免由于二次定位產生的誤差。所有冷軋硅鋼卷均存在不同程度的同板差，若不消除同板差，在鐵心疊片時由于鐵心不平可能會發(fā)生“邊浪”或上下波動游走，根據(jù)以往經驗，為了提高材料利用率，解決沖片同板差問題，決定采取正反排料一次沖雙片的工藝方法。

圖1　定子扇形片

2　工藝方法及制造過程

2.1設備選擇及沖模設計

沖片材料為35H230M，厚度為0.35 mm，一般平刃口模具沖裁時，其沖裁力P0可按下式計算[2]：

P0=Fτb=Ltτb

(1)

式中：P0為沖裁力，kN；F為剪切斷面面積，mm2；τb為材料抗剪強度，MPa；L為沖裁件周長，mm；t為材料厚度，mm。

考慮到模具刃口的磨損、間隙的波動、材料力學性能的變化以及材料厚度偏差等因素，實際所需沖裁力還需增加30%，所以選擇沖床時，實際沖裁力P應為：P=1.3P0=1.3Fτb=LtτbkN

最終計算得：P≈3 148 kN

若沖裁力超出設備范圍，通常的解決辦法是采用斜刃口、階梯沖制和波浪刃口三種方法。但該沖片的外形尺寸大，面積達到4 553 cm2，一次落雙片，模具的外形就超出了我公司現(xiàn)有沖壓設備能力，為了圓滿完成核電沖片任務，我公司經過多方面考察，購買了高剛度、高精度的程控400 t沖壓設備，解決了這一問題。

凸、凹模間隙對沖片質量、沖裁力、模具壽命都有很大的影響，但是分別從質量、精度、沖裁力等方面考慮，其各自確定的合理間隙并不是同一個數(shù)值，故合理間隙通常是一個適當?shù)姆秶?。為保證沖片的斷面質量好、所需沖裁力小、模具壽命高，考慮到生產過程中磨損使間隙增大，設計和制造新模具時要采用最小合理間隙值Zmin。根據(jù)經驗確定法計算[2]：

Zmin=Kt

(2)

式中：K為材料性質有關系數(shù)；t為材料厚度。

根據(jù)材料性質，K取0.086，t=0.035 mm，得到模具間隙值Zmin=0.03 mm。

2.2沖制過程

卷料由送料機構自動送入沖床，送料方向平行于材料軋制方向，垂直于沖片槽中心線方向，硅鋼片卷料一次進給的步距為1 496 mm，每次沖制后，廢料極易與機械手或上模相撞，通過反復調整機床參數(shù)，最終確定行程次數(shù)為12次/min。為了在沖制過程中減小磨損、增加模具壽命，加大了噴涂沖壓油的量，為加快沖壓油蒸發(fā)速度避免污染，安裝了吹風設備，同時還能起到去除表面灰塵等雜物的作用。沖制后沖片隨凹模與滑塊上升至上死點時，沖片由打料裝置打落至自動機械手上，與機械手同步退出模具，并由磁性傳送帶送至指定位置，完成一次沖制過程，沖床配有自動計數(shù)器，達到預設數(shù)量后沖床自動停車，生產效率達到24片/min。

2.3去毛刺

沖裁件斷面存在三個區(qū)域，即圓角帶、光亮帶與斷裂帶，毛刺存在于斷裂帶，在金屬纖維拉斷時產生。毛刺過大會導致鐵心片間短路，增大鐵損和溫升[3]，精確有效的控制沖片毛刺高度對保證產品質量非常重要。

毛刺高度用GR2型光學裝置毛刺檢測儀檢測(陰影法)，沖制后沖片的毛刺在0.07 mm以內，去毛刺后毛刺小于0.03 mm。設備選用荷蘭砂帶去毛刺機，由橡膠輥與砂帶相對運動打磨掉毛刺，可控制砂帶對沖片的磨削壓力和磨削深度，沖片有毛刺的一面應與砂帶相對方向送入，經測量沖片上的剩余毛刺均滿足質量要求。由于橡膠棍較軟，不會損壞沖片上的絕緣層，一條砂帶可加工沖片20萬片左右。

2.4涂漆

定子沖片去毛刺后，兩面涂水溶性漆V-160-50，單面漆膜厚度平均2.0～5.0 μm，層間電阻100 Ω·cm2以上，涂漆設備采用德國Hymmen公司生產的自動涂漆生產線，為保證漆膜質量，反復調節(jié)涂漆爐兩膠輥間隙、上下膠輥鐵棍間隙、上下鐵棍轉速、冷熱鏈子速度和漆的粘度等參數(shù)，最終確定了合理的涂漆參數(shù)。除使用漆膜測厚儀測量漆膜厚度外，還做了如下試驗和檢驗。

2.4.1富蘭克林試驗

試驗片進行雙面表面電阻測試，每個面測3點；要求平均值﹥100 Ω·cm2/片；最小值﹥30 Ω·cm2/片；部分檢驗結果見附表1、圖2。

表1　富蘭克林試驗結果

圖2　富蘭克林試驗

2.4.2耐溶劑性試驗

用一塊白布丙酮擦拭被測試片的雙面，目測漆膜，在經過5次擦拭后，均沒有露出基材，試驗合格。

2.4.390°彎曲試驗

試驗片尺寸為200 mm×30 mm，將其沿半徑為5 mm的圓棒彎曲90°，目測漆膜，目測沒有出現(xiàn)明顯的涂層開裂和剝落現(xiàn)象，試驗合格。

2.4.4涂層硬度試驗

用2H硬度鉛筆以45°角劃試片的雙面，手持鉛筆用力劃。目測漆膜，涂層沒有被2H鉛筆破壞，試驗合格。

2.4.5涂層附著性試驗

用一組刀片(11個刀片，間距1 mm)將試片的

雙面的涂層劃出劃痕；每個面橫豎劃兩次，使劃痕形成100個正方形；在劃痕處貼透明膠帶，然后撕下膠帶，目測漆膜；一個試片的雙面劃痕(200個正方形)范圍內剝離面積應小于2個正方形，檢查10片透明膠帶，無任何剝落現(xiàn)象，試驗合格。

2.5沖片厚度偏差檢查

為了確保整臺沖片的漆膜均勻性，涂漆后的沖片不僅要單片漆膜厚度達到標準還要求進行疊裝檢測，即模擬鐵心裝壓，在測量點處加壓的同時測量該點的疊片厚度。百萬核電測厚儀是一個三軸數(shù)控測量裝置，將需要測量點的X、Y坐標值通過操作臺的觸摸屏輸入，測量頭按此坐標自動找到測量點并將重陀下移進行測量讀出Z軸坐標值(疊片厚度)，將此數(shù)據(jù)傳輸?shù)酵獠抗た貦C的顯示器上。設備將自動記錄并存儲測量數(shù)據(jù)，按照程序要求繪制每條測量線的疊片厚度曲線圖，并且根據(jù)計算公式自動算出齒部和背部應插入的補償片數(shù)量，將曲線及數(shù)據(jù)顯示在輸出顯示器上，此結果可以保存并可隨時輸出(見圖3)。涂漆過程中，每托盤(1 200片)抽取4片作為試樣，16托盤為一組，共進行10組取樣，進行漆膜均勻性試驗，檢測的同時為下序裝壓使用墊片的數(shù)量提供依據(jù)。

圖3　厚度偏差曲線

3　結語

通過采取以上工藝方法歷時2個月時間，圓滿完成了核電20多萬片沖制、去毛刺、涂漆的生產。首臺核電定子沖片國產化的任務，意味著我公司從此可以結束核電沖片依賴進口的歷史，也積累了很多寶貴的經驗，使沖片制造水平上了一個新的臺階，為核電生產降低成本做出了巨大貢獻。

[1]胡志強. 電機制造工藝學[M].北京: 機械工業(yè)出版社， 2011.

[2]羅大金. 沖壓技術[M].北京：化學工業(yè)出版社， 2009.

[3]肖良瑜，王治國，閆波. 電機鐵心沖片產生毛刺原因分析及預防措施[J].上海大中型電機， 2005， (1):23-24.

劉福仁，1988年生，男，2012年畢業(yè)于哈爾濱工業(yè)大學材料成型及控制工程專業(yè)，哈爾濱電機廠有限責任公司制造工藝部助理工程師，現(xiàn)從事電機沖壓工藝工作。

葛慧哲，1965年生，女，哈爾濱電機廠有限責任公司制造工藝部沖剪組高級工程師，從事電機沖壓工藝與研究。