汽轮发电机定子叠压筋加工方法和步骤

2023-07-12吴满明

南方农机 2023年14期

吴满明

（湘电集团有限公司电机事业部，湖南湘潭 411101）

1 产品介绍与应用

汽轮发电机是同步发电机的一种，是由汽轮机作原动机拖动转子旋转，利用电磁感应原理把机械能转换成电能的电气设备，主要运用于火力发电厂或核能发电厂。火力发电厂或核能发电厂的汽轮发电机皆采用卧式结构，发电机与汽轮机、励磁机等配套组成同轴运转的汽轮发电机组。汽轮发电机最基本的组成部件是定子、转子、励磁系统和冷却系统。

2 零件分析

2.1 图纸分析

如图1 所示，从图纸尺寸可见工件为细长复杂零件，长2 015 mm、宽75 mm、高97.5 mm、垂直度和平行度0.1 mm，直线度0.05 mm，70°锐角，R3 圆角刀具无法加工，工件六面都要进行加工，工件细长，减少装夹及加工产生的应力变形是加工中需解决的难点。

图1 叠压筋图纸

2.2 工件材料分析

从零件加工图纸可以看出，工件材料为90 mm钢板Q235A，用90 mm厚钢板气切割为2 025 mm×1 100 mm 的毛坯。叠压筋主要在叠压时起到定位和拉紧作用，此型号材料足够能满足使用要求，Q235A 韧性和塑性较好，有一定的伸长率，具有良好的焊接性能和热加工性[1-5]。Q235A 一般在热轧状态下使用，用其轧制的型钢、钢筋、钢板、钢管可用于制造各种焊接结构件、桥梁及一些普通的机器零件，如螺栓、拉杆、铆钉、套环和连杆等[6-10]。

3 工件安装与校正

如图2 所示，通过图纸分析可知，工件形状复杂、容易变形等，选择可以立卧转换的铣床或者镗床加工，工件放在铣床大型等高铁边缘或者直接放在镗床工作台面边缘把加工部位凸出工作台[11-13]，用三块压板固定工件两头及中间位置，利用标准垫块定位，控制工件直线及加工定位，防止工件加工时变形，工作台平面度要保证在0.01 mm，使工件下平面与工作台面定位。

图2 工件装夹与定位

4 工件加工及测量

4.1 毛坯的选择

根据图纸材料要求，工件材料为90 mm 钢板Q235A，选用90 mm厚钢板气切割为2 025 mm×1 100 mm 的毛坯，工件清理打磨各边，上平板校正工件变形在1 mm 内。由于气切割和校正产生内应力，工件属于细长件，考虑加工时变形，安排进行批量去应力退火，在炉中工件要平放，防止变形[14]。去除应力退火在冷却时由于各部位冷却速度不同而产生内应力，金属及合金在冷变形加工中以及工件在切削加工过程中也产生内应力。若内应力较大而未及时予以去除，则常导致工件变形甚至形成裂纹。去除应力退火是将工件缓慢加热到较低温度，钢加热到500℃~650 ℃，保温一段时间，使金属内部发生弛豫，然后缓冷下来。

4.2 刀具的选用

从图纸和工艺可以看出，要加工平面、铣缺口、螺纹孔等，常规刀具可选平面铣刀、钻头、丝锥、玉米铣刀、60°倒角刀等。关键是70°缺口和R3 圆角刀具选用决定了加工效率和质量，R3 圆角处最大刀具直径只能选用3 mm 球头刀具，其对批量产品加工时的效率尤为重要；如果选用合金球头刀加工，粗加工和精加工效率太低，工件比较长，设备也要选择大型设备，大型设备主轴转速和进给速度相对小型数控设备要慢些；从加工数量和设备选择来看，选用球刀加工不是最佳的选择，为了提高效率和质量，考虑选用直径55 mm 的70°非标合金成形铣刀，根据图纸设计非标刀具[15]。如图3 所示，根据实践加工和摸索，不断地改进刀具，通过非标成形铣刀解决了70°和R3 圆角不好加工的难题，采用成形铣刀加工，可以解决工件加工装夹难题，采取上下环绕对称加工，减少了工件变形。如果采用球头刀单边加工到位后，工件翻边加工对边，在实践中发现工件变形较大，两边70°缺口基准难以找正，造成燕尾中心与工件中心不对称，最终检测样板无法通过。

图3 非标刀具

4.3 检测方法的选择

工件外形尺寸宽和高可以用外径千分尺直接进行测量[16]，燕尾形状大小和位置度、角度无法直接测量，加工完成后可以用三坐标测量仪检测，但在加工过程中需要检测，那就要设计专用检测样板，加工过程检测样板如图4所示，完工检测样板如图5所示。

图4 加工过程检测样板

图5 完工检测样板

4.4 粗铣方法

工件粗铣六面要保证工作不变形，保证工件的垂直度和直线度，满足精加工时定位要求，工件粗加工选择一个钢板原本面放置在工作台面上，加工出一个基准面，工件加工方式1 如图6 所示，为了确保四方的平行度和垂直度，把加工好的①面放置在工作台上作为基准面，再加工相邻的两个面②、③平面，最后以②或者③平面为基准加工④平面，四方平面各留1 mm 余量。铣头或者工作台转90°，工件总长对使用要求不高，直接加工到尺寸要求即可，选用直径17.5 mm 钻头加工螺纹底孔深50 mm、孔倒角、攻螺纹35 mm 深。

图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，再进行精加工四方平面，加工时按照粗加工平面顺序进行，加工③平面时，用百分百校正②平面直线度，加工④平面时，用百分百校正①平面直线度，每个平面直接精加工到位后再转边加工第二个平面。最后一个平面加工好，工件不要动，进行燕尾加工。

4.6 粗铣燕尾及倒角

如图7 所示，工件平面加工完后，工件不动，选用Φ40 玉米铣刀找正工件零点，去除余量，选用成形刀具粗加工70°缺口，通过计算留0.5 mm余量。上下环绕对称走刀加工，确保工件受力和去除余量对称才能确保工件不弯曲变形。选用专用60°倒角刀对工件进行倒角，通过计算和检测样板比对，直接加工到位不留余量。

图7 工件加工方式2

4.7 精铣燕尾

精加工时，压板轻压紧即可，选用三刃成形刀具精加工70°缺口和R3 圆角，通过计算分两刀进行精加工，第一刀找正工件75 mm 宽度的中心及控制好定位尺寸24 mm，防止燕尾偏心和工件变形无法满足直线度0.05 mm 的要求，燕尾基于工件中心位置度及对称度的保证，可以确保工件的直线度，使工件形位公差满足图纸要求；第二刀通过检测样板精准测量出余量和数值计算值对比，确定好最终加工刀具定位和轨迹控制尺寸精度及位置，先在工件15 mm 长缺口处试切加工，用检测样板进行检测合格后，再进行最终的加工，确保燕尾的角度、位置、形状、直线等满足图纸各项精度要求。