2.0MW以上發(fā)電機(jī)定子自粘結(jié)端板疊壓工裝與工藝

摘要：2.0MW以上永磁發(fā)電機(jī)需使用自粘結(jié)定子鐵芯——用自粘涂層的沖片通過(guò)疊壓工裝壓制成型的粘結(jié)端板。粘結(jié)端板主要應(yīng)用于發(fā)電機(jī)定子鐵芯上下兩端，上、下各24件圍成整圓，通過(guò)定子拉桿緊固連接。本文主要闡述粘接端板成型時(shí)疊壓工裝與疊壓工藝，并對(duì)制造工藝中常見(jiàn)問(wèn)題進(jìn)行分析和改進(jìn)，提升產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞：自粘漆涂層沖片;疊壓工裝;疊壓工藝;改進(jìn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TB857+.3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）09-0028-02

0 ?引言

永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以在較寬的運(yùn)行范圍內(nèi)，保持較高的功率和效率，同時(shí)免去了齒輪箱這一較高故障率的部件及滑環(huán)裝置，具備低噪音、長(zhǎng)壽命、易維護(hù)、高效率、低電壓穿越能力強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠等優(yōu)點(diǎn)，且隨著風(fēng)力發(fā)電機(jī)的發(fā)展，直驅(qū)永磁風(fēng)力發(fā)電機(jī)生產(chǎn)量逐步增加，其粘接端板的使用量大大增多，這就需要粘結(jié)端板的生產(chǎn)效率更加快捷，質(zhì)量穩(wěn)定。

粘接端板的生產(chǎn)主要采用自粘涂層的定子沖片通過(guò)疊壓工裝在一定的壓力、溫度和時(shí)間下成型，疊壓時(shí)必須保證其剝離強(qiáng)度、不齊度、垂直度、翹曲度、尺寸精度滿(mǎn)足要求。本文就自粘接端板的材料選用，疊壓工裝，工藝方案及制造過(guò)程中常見(jiàn)問(wèn)題的改進(jìn)進(jìn)行了探討。

1 ?疊壓工裝設(shè)計(jì)

1.1 自粘涂層定子沖片材料選用

粘接端板采用自粘涂層的定子沖片疊壓成型，自粘涂層定子沖片材質(zhì)一般為冷軋無(wú)取向電工鋼65W600（δ=0.65mm），性能見(jiàn)表1。

為了保證疊壓質(zhì)量，這就要求鋼帶表面必須光滑、無(wú)劃傷，定子沖片表面平整、干凈清潔，不得有翹曲、變形、生銹等現(xiàn)象。

1.2 疊壓工裝設(shè)計(jì)

疊壓工裝是保證自粘涂層沖片粘接成型為粘接端板的一種工裝模具（見(jiàn)圖1）。疊壓時(shí)首先調(diào)平疊壓工裝的上、下模板，保證平面度符合要求;其次調(diào)直中間定位塊，保證定位塊和下模板垂直不出現(xiàn)歪斜;然后將自粘結(jié)沖片裝入工裝內(nèi)，通過(guò)頂板和中間定位塊的結(jié)合來(lái)定位、校正和頂緊沖片;最后兩端部插入燕尾槽定位塊進(jìn)行二次定位，防止受熱、受壓時(shí)膨脹、滑動(dòng)而產(chǎn)生錯(cuò)位。通過(guò)疊壓工裝的配合來(lái)保證產(chǎn)品成型后不齊度、翹曲度、垂直度、剝離強(qiáng)度滿(mǎn)足使用要求。

疊壓工裝使用起來(lái)簡(jiǎn)單、方便，在生產(chǎn)過(guò)程中可以快速的疊壓，且可以保證各方面性能滿(mǎn)足要求。由于疊壓后整體工裝較為沉重，需配套牛眼桌共同使用，便于疊壓工裝順利滑入設(shè)備中進(jìn)行保溫、保壓、保時(shí)。

2 ?疊壓工藝方案

粘接端板生產(chǎn)除了靠疊壓工裝外，還需要設(shè)計(jì)一套工藝方案來(lái)保證其產(chǎn)品質(zhì)量，工藝方案如下：

首先檢查疊壓工裝的平行度和垂直度，將輔助工具等準(zhǔn)備齊全;將自粘結(jié)沖片疊放在工裝內(nèi)，每件粘接端板一般用20片或40片沖片，使用敲擊塊將沖片整型、校正、對(duì)齊。疊放沖片時(shí)每件粘結(jié)端板之間使用隔離膜進(jìn)行隔離，各定位塊緊固定位，插入燕尾槽定位工裝，蓋上上模板，做好標(biāo)識(shí)，再次檢查不齊度和垂直度，符合要求后放在指定位置，以備開(kāi)模進(jìn)入油壓機(jī)壓制。疊片時(shí)注意將沖片按照方向采取正反疊片方法，以消除沖片長(zhǎng)度方向自身誤差而造成端板尺寸超差。

其次將疊壓好的工裝推入油壓機(jī)內(nèi)，采用分段加壓方式，即剛進(jìn)入油壓機(jī)采用較低的壓力，在此壓力下沖片和疊壓工裝升溫，并對(duì)沖片表面自粘涂層進(jìn)行加熱，待疊壓裝置整體升溫至150℃左右時(shí)，油壓機(jī)施加第二次壓力，在此壓力下保溫一定時(shí)間使自粘涂層受壓后開(kāi)始熔融，然后施加較高壓力為最終壓力，再次保溫、保壓一定時(shí)間使片間充分粘結(jié)和固化，保證片間不會(huì)出現(xiàn)分層和開(kāi)裂。

最后待疊壓工裝冷卻至40℃以下時(shí)打開(kāi)疊壓工裝，拔出定位塊，取出粘接端板，放置在平臺(tái)上直至冷卻至室溫，清理膠粒和毛刺，檢查合格后交出。

3 ?疊壓工裝制作及改進(jìn)

疊壓工裝各配件制作完成后進(jìn)行組裝，保證裝配后的各個(gè)平行度、平面度、垂直度、位置度的要求，并用三坐標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，符合要求后投入使用。但是在生產(chǎn)過(guò)程中由于是多層疊壓、沖片翹曲等方面的問(wèn)題導(dǎo)致產(chǎn)品在生產(chǎn)中容易出現(xiàn)厚度超差、不齊度超差、粘結(jié)不牢固分層、翹曲度超差等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和效率，因此在生產(chǎn)過(guò)程中加以改進(jìn)。

3.1 厚度超差

在壓制過(guò)程中容易出現(xiàn)厚度超差，主要是因?yàn)槎ㄗ記_片的數(shù)量超差，出現(xiàn)多片或少片現(xiàn)象。生產(chǎn)中片數(shù)主要通過(guò)操作人員一片一片點(diǎn)數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)，人員隨意性大，在任務(wù)量較大、長(zhǎng)期點(diǎn)數(shù)時(shí)就容易出現(xiàn)錯(cuò)數(shù)現(xiàn)象，為了避免此問(wèn)題發(fā)生，制作數(shù)片工裝卡規(guī)，卡規(guī)一端為數(shù)量正確時(shí)上偏差尺寸，一端為數(shù)量正確時(shí)下偏差尺寸。

使用數(shù)片卡規(guī)檢測(cè)，若沖片數(shù)量多，則卡規(guī)進(jìn)不去，達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)尺寸的刻度線;若沖片數(shù)量少，則卡規(guī)松動(dòng)，超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)尺寸刻度線;數(shù)量正確時(shí)卡規(guī)正好可以進(jìn)去，這樣可以保證產(chǎn)品厚度符合要求，減少操作人員的失誤，減輕勞動(dòng)負(fù)擔(dān)。

3.2 不齊度超差、凸片

在粘接端板生產(chǎn)中主要靠頂板、中間定位板和燕尾槽定位塊共同作用來(lái)定位和對(duì)齊，但是由于沖片槽寬存在一定的公差，且沖片本身存在翹曲，沖片面積大，長(zhǎng)度約660mm，壓制時(shí)兩邊不能充分延展，就可能會(huì)造成粘接端板上、下各一張沖片在受熱和受壓下出現(xiàn)輕微滑動(dòng)，導(dǎo)致兩端槽內(nèi)凸片和不齊度超差，影響線圈嵌線時(shí)嵌線質(zhì)量。

為了解決此問(wèn)題，疊壓工裝的中間定位塊和燕尾槽定位塊須根據(jù)定子沖片槽寬和燕尾槽尺寸進(jìn)行配做，且使用高強(qiáng)度耐磨模具鋼制作，另外在疊壓前檢驗(yàn)工裝尺寸有無(wú)磨損并進(jìn)行定期更換，減少因長(zhǎng)期使用磨損而產(chǎn)生間隙，影響定位效果。

3.3 粘接不牢固、片間分層

在沖片疊壓時(shí)，每模需疊片200張沖片，由于沖片厚度存在一定的誤差，造成200張累積起來(lái)誤差會(huì)非常大。假如每張沖片在660mm長(zhǎng)的方向上左邊和右邊的厚度差為0.005mm，那么200片沖片累積誤差在極限值會(huì)達(dá)到1mm，這就會(huì)造成疊片后沖片左邊和右邊的整體厚度偏差很大。在疊壓工裝進(jìn)入油壓機(jī)進(jìn)行壓制時(shí)，油壓機(jī)先壓住尺寸偏大的一端，故此端受壓力大，而尺寸偏小的一端則壓不住，故受壓力小，存在虛壓現(xiàn)象。因此造成受壓大的區(qū)域粘接牢固，受壓小的區(qū)域虛粘，在受外力影響時(shí)片間容易分層，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

為了解決分層問(wèn)題，在生產(chǎn)前校平油壓機(jī)上、下工作臺(tái)，保證平行度≤0.1mm。為了消除累積公差，在疊片時(shí)將一半沖片方向朝左放置，另一半沖片方向朝右放置，即正反疊片，減少其累積誤差造成偏薄部位出現(xiàn)虛壓、粘接不牢固現(xiàn)象。

3.4 翹曲度超差

自粘結(jié)沖片使用成卷的鋼帶進(jìn)行沖制成型，因此存在一定的翹曲，且越到鋼帶卷芯翹曲度越大，造成粘結(jié)端板在油壓機(jī)下受壓時(shí)平整無(wú)翹曲，但在泄壓冷卻后內(nèi)部的應(yīng)力釋放出現(xiàn)回彈，造成粘結(jié)端板開(kāi)始變形和翹曲，影響電機(jī)定子裝配后整體效果。

針對(duì)翹曲問(wèn)題，我們進(jìn)行以下改進(jìn)，1是沖片使用的鋼帶在下料后首先進(jìn)行校平，然后進(jìn)行沖裁，減少?zèng)_片翹曲。2是增加保壓時(shí)間，是粘接端板在保壓時(shí)間內(nèi)充分釋放應(yīng)力，避免冷卻過(guò)程中再次產(chǎn)生翹曲。3是粘接端板脫模后，必須將產(chǎn)品碼放在平臺(tái)上，且碼放整齊，壓制在重物下，使其在重物壓力下自然冷卻，減少冷卻后收縮回彈變形。

4 ?效果驗(yàn)證及推廣

通過(guò)制作和改進(jìn)疊壓工裝、油壓機(jī)、自粘涂層沖片和壓制工藝，粘接端板的合格率提升到95%以上，提升產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率1.5倍。

通過(guò)自粘涂層沖片疊壓工裝并改進(jìn)其成型工藝有效保證了定子鐵心粘結(jié)端板的成型，其性能為片間剝離強(qiáng)度4.9N，不齊度<0.1mm，垂直度≤0.1mm，翹曲度≤0.2mm，厚度尺寸精度達(dá)到±0.1mm公差，成品疊壓系數(shù)99.2%，完全滿(mǎn)足客戶(hù)的裝配要求。

通過(guò)本次疊壓工裝與工藝設(shè)計(jì)，生產(chǎn)的產(chǎn)品完全可以滿(mǎn)足各功率永磁發(fā)電機(jī)的定子裝配要求，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于2.0MW、2.5MW、3.0MW、4.0MW、4.5MW、5.0MW等各類(lèi)永磁直驅(qū)發(fā)電機(jī)機(jī)型，市場(chǎng)前景應(yīng)用廣闊。

5 ?結(jié)論

近年來(lái)，新興市場(chǎng)的發(fā)電機(jī)發(fā)展迅速。在國(guó)家政策支持和能源供應(yīng)緊張的背景下，中國(guó)風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)也迅速崛起，已經(jīng)成為全球市場(chǎng)最為活躍的場(chǎng)所。因此粘接端板的應(yīng)用也越來(lái)越大，因此我們必須提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升生產(chǎn)效率，滿(mǎn)足逐漸擴(kuò)大的市場(chǎng)需求。

參考文獻(xiàn)：

[1]張曉紅.定子扇形疊鋼片疊壓工藝方法的改進(jìn)[J].機(jī)械研究與應(yīng)用，2008（05）.

[2]張兆強(qiáng).MW級(jí)直驅(qū)永磁發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)[D].上海：上海交通大學(xué)，2007.

[3]方日杰.電機(jī)制造工藝學(xué)[M].北京;機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

作者簡(jiǎn)介：姚飛（1986-），男，山西運(yùn)城人，工程師，本科，研究方向?yàn)闄C(jī)械加工制造、工裝模具設(shè)計(jì)及電機(jī)絕緣材料加工。