1 250 MW核电半速汽轮发电机定子冲片加工工艺

2016-11-09刘福仁葛慧哲

上海大中型电机 2016年3期

关键词：冲片冲裁漆膜

刘福仁，葛慧哲

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨　150040)

1 250 MW核电半速汽轮发电机定子冲片加工工艺

刘福仁，葛慧哲

(哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨150040)

介绍了1 250 MW核电半速汽轮发电机定子冲片的产品结构及尺寸特点，阐述了其生产工艺及厚度偏差检测方法，对影响冲片质量的相关因素进行了说明，分析了冲制中可能遇到的模具及冲压设备等问题，经过不断的试验、分析和工艺改进，解决了生产过程中面临的诸多难题，保证了产品质量。

定子冲片；模具；工艺方法

0　引言

定子铁心是发电机机电转换的媒介质，而铁心需由数万张冲片叠制成一个准确几何形状，且满足下线及装压要求，所以冲片截面应光滑，没有毛刺、裂口与裂纹，表面应平坦，还要有准确的位置及尺寸精度，在冲裁后，冲片的导磁性能不能严重损害[1]。1 250 MW核电半速汽轮发电机冲片比普通冲片有着更高的要求，其特点是精度高、尺寸大、拉紧孔及通风孔多、冲裁力大。此冲片在我公司是第一次加工，需通过日本三菱FAI认证合格后方可投入正式生产，能否结束购买核电冲片的历史，实现核电冲片国产化，保质保量地按时完成任务意义重大。

1　工艺分析及策划

冲片的质量主要取决于以下三个方面：第一，冲模的间隙是否合理；第二，冲床的结构及精度有无缺点；第三，冲片材料(硅钢片)本身的特性。1 250 MW核电半速汽轮发电机定子冲片的弦长达906 mm(如图1所示)，公差为±0.1 mm。与以往常规的游标卡尺测量完全不同，为保证测量精度，此次采用三坐标测量仪对冲片整个轮廓逐点测量，由于断面质量影响三坐标轮廓线构造精度，所以对冲片断面平整度要求非常严格，在生产过程中应对冲片进行抽检，用光学放大镜观察断裂面，确保轮廓平整无锯齿或水平毛刺。另外，要求冲制后冲片的毛刺在0.07 mm以内，去毛刺后小于0.03 mm，这对模具、冲床等冲片加工的所有设备及测量等都是一场挑战。

与以往的发电机不同的是，该定子采用了轴向通风结构，相应的定子扇形片的结构也有很大的变化，每张定子扇形片上分布着很多轴向通风孔。该定子冲片加工难点可总结为：尺寸大、精度高、孔多、毛刺小、冲裁力大、厚度偏差小。为突破诸项难点，决定采用复式冲裁的工艺方法，即复式落料冲槽一次成型，该方案适用于大批量生产，其设备工装条件为一台精密冲床，一套复式高精度、长寿命的冲模。与分步冲裁相比，此方案的优点为工序少，周期短，扇形片质量高，产品一致性和稳定性好，保证外形及孔的形位公差，避免由于二次定位产生的误差。所有冷轧硅钢卷均存在不同程度的同板差，若不消除同板差，在铁心叠片时由于铁心不平可能会发生“边浪”或上下波动游走，根据以往经验，为了提高材料利用率，解决冲片同板差问题，决定采取正反排料一次冲双片的工艺方法。

图1　定子扇形片

2　工艺方法及制造过程

2.1设备选择及冲模设计

冲片材料为35H230M，厚度为0.35 mm，一般平刃口模具冲裁时，其冲裁力P0可按下式计算[2]：

P0=Fτb=Ltτb

(1)

式中：P0为冲裁力，kN；F为剪切断面面积，mm2；τb为材料抗剪强度，MPa；L为冲裁件周长，mm；t为材料厚度，mm。

考虑到模具刃口的磨损、间隙的波动、材料力学性能的变化以及材料厚度偏差等因素，实际所需冲裁力还需增加30%，所以选择冲床时，实际冲裁力P应为：P=1.3P0=1.3Fτb=LtτbkN

最终计算得：P≈3 148 kN

若冲裁力超出设备范围，通常的解决办法是采用斜刃口、阶梯冲制和波浪刃口三种方法。但该冲片的外形尺寸大，面积达到4 553 cm2，一次落双片，模具的外形就超出了我公司现有冲压设备能力，为了圆满完成核电冲片任务，我公司经过多方面考察，购买了高刚度、高精度的程控400 t冲压设备，解决了这一问题。

凸、凹模间隙对冲片质量、冲裁力、模具寿命都有很大的影响，但是分别从质量、精度、冲裁力等方面考虑，其各自确定的合理间隙并不是同一个数值，故合理间隙通常是一个适当的范围。为保证冲片的断面质量好、所需冲裁力小、模具寿命高，考虑到生产过程中磨损使间隙增大，设计和制造新模具时要采用最小合理间隙值Zmin。根据经验确定法计算[2]：

Zmin=Kt

(2)

式中：K为材料性质有关系数；t为材料厚度。

根据材料性质，K取0.086，t=0.035 mm，得到模具间隙值Zmin=0.03 mm。

2.2冲制过程

卷料由送料机构自动送入冲床，送料方向平行于材料轧制方向，垂直于冲片槽中心线方向，硅钢片卷料一次进给的步距为1 496 mm，每次冲制后，废料极易与机械手或上模相撞，通过反复调整机床参数，最终确定行程次数为12次/min。为了在冲制过程中减小磨损、增加模具寿命，加大了喷涂冲压油的量，为加快冲压油蒸发速度避免污染，安装了吹风设备，同时还能起到去除表面灰尘等杂物的作用。冲制后冲片随凹模与滑块上升至上死点时，冲片由打料装置打落至自动机械手上，与机械手同步退出模具，并由磁性传送带送至指定位置，完成一次冲制过程，冲床配有自动计数器，达到预设数量后冲床自动停车，生产效率达到24片/min。

2.3去毛刺

冲裁件断面存在三个区域，即圆角带、光亮带与断裂带，毛刺存在于断裂带，在金属纤维拉断时产生。毛刺过大会导致铁心片间短路，增大铁损和温升[3]，精确有效的控制冲片毛刺高度对保证产品质量非常重要。

毛刺高度用GR2型光学装置毛刺检测仪检测(阴影法)，冲制后冲片的毛刺在0.07 mm以内，去毛刺后毛刺小于0.03 mm。设备选用荷兰砂带去毛刺机，由橡胶辊与砂带相对运动打磨掉毛刺，可控制砂带对冲片的磨削压力和磨削深度，冲片有毛刺的一面应与砂带相对方向送入，经测量冲片上的剩余毛刺均满足质量要求。由于橡胶棍较软，不会损坏冲片上的绝缘层，一条砂带可加工冲片20万片左右。

2.4涂漆

定子冲片去毛刺后，两面涂水溶性漆V-160-50，单面漆膜厚度平均2.0～5.0 μm，层间电阻100 Ω·cm2以上，涂漆设备采用德国Hymmen公司生产的自动涂漆生产线，为保证漆膜质量，反复调节涂漆炉两胶辊间隙、上下胶辊铁棍间隙、上下铁棍转速、冷热链子速度和漆的粘度等参数，最终确定了合理的涂漆参数。除使用漆膜测厚仪测量漆膜厚度外，还做了如下试验和检验。

2.4.1富兰克林试验

试验片进行双面表面电阻测试，每个面测3点；要求平均值﹥100 Ω·cm2/片；最小值﹥30 Ω·cm2/片；部分检验结果见附表1、图2。

表1　富兰克林试验结果

图2　富兰克林试验

2.4.2耐溶剂性试验

用一块白布丙酮擦拭被测试片的双面，目测漆膜，在经过5次擦拭后，均没有露出基材，试验合格。

2.4.390°弯曲试验

试验片尺寸为200 mm×30 mm，将其沿半径为5 mm的圆棒弯曲90°，目测漆膜，目测没有出现明显的涂层开裂和剥落现象，试验合格。

2.4.4涂层硬度试验

用2H硬度铅笔以45°角划试片的双面，手持铅笔用力划。目测漆膜，涂层没有被2H铅笔破坏，试验合格。

2.4.5涂层附着性试验

用一组刀片(11个刀片，间距1 mm)将试片的

双面的涂层划出划痕；每个面横竖划两次，使划痕形成100个正方形；在划痕处贴透明胶带，然后撕下胶带，目测漆膜；一个试片的双面划痕(200个正方形)范围内剥离面积应小于2个正方形，检查10片透明胶带，无任何剥落现象，试验合格。

2.5冲片厚度偏差检查

为了确保整台冲片的漆膜均匀性，涂漆后的冲片不仅要单片漆膜厚度达到标准还要求进行叠装检测，即模拟铁心装压，在测量点处加压的同时测量该点的叠片厚度。百万核电测厚仪是一个三轴数控测量装置，将需要测量点的X、Y坐标值通过操作台的触摸屏输入，测量头按此坐标自动找到测量点并将重陀下移进行测量读出Z轴坐标值(叠片厚度)，将此数据传输到外部工控机的显示器上。设备将自动记录并存储测量数据，按照程序要求绘制每条测量线的叠片厚度曲线图，并且根据计算公式自动算出齿部和背部应插入的补偿片数量，将曲线及数据显示在输出显示器上，此结果可以保存并可随时输出(见图3)。涂漆过程中，每托盘(1 200片)抽取4片作为试样，16托盘为一组，共进行10组取样，进行漆膜均匀性试验，检测的同时为下序装压使用垫片的数量提供依据。