水轮发电机磁轭压板制造工艺方法分析_陈开霞.pdf

针对传统机加工方式制作水轮发电机磁轭压板存在的工时长、费用高和工艺复杂的缺点，提出采用激光切割加工方法制作磁轭压板。通过对比分析机加工工艺和激光切割工艺的特点，明确激光切割不仅可以满足技术要求，还可以大大缩短磁轭压板的制造周期，提高加工效率，节约加工成本。关键词：磁轭压板机加工激光切割 中图分类号：TM305 文献标志码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-2807.2023.03.016 Abstract:Inviewoftheshortcomingsoflongworkinghour,highcostandcomplicatedprocessofthetraditionalmachiningmethod,lasercuttingprocessisproposedtomanufacturethemagneticyokepressureplateofhydrogen-erator.Byanalyzingandcomparingthecharacteristicsofmachiningprocessandlasercuttingprocess,itisclearthatlasercuttingnotonlymeetsthetechnicalrequirements,butalsogreatlyshortensthemanufacturingperiodofthemag-neticyokepressureplate,improvetheprocessingefficiencyandsavetheprocessingcost.Keywords:magneticyokepressureplatemachiningprocesslasercutting水轮发电机磁轭压板制造工艺方法分析陈开霞上海福伊特水电设备有限公司（200240）Analysis on Manufacture Process of Magnetic Yoke Pressure Plate of HydrogeneratorCHEN KaixiaVoithHydroShanghaiLtd.（200240）近年来，在碳达峰、碳中和的背景下，国内外水电站项目投产规模不断加大。磁轭压板作为水轮发电机转子磁轭部套中的重要组成部分，其传统的制作工艺是采用数控下料及机加工的方法进行制作，而这种加工方法存在工时长、费用高和工艺复杂的缺点。随着激光切割技术的快速发展和日益成熟，本文对应用激光切割技术制造磁轭压板的可行性进行了研究。首先对一块与磁轭压板厚度相同和外形相近的磁轭压板试块进行激光切割，经研究分析，认为试验磁轭压板型线和尺寸公差都能达到技术要求。之后，综合考虑生产效率、制造成本和压板质量等因素，在保障磁轭压板满足设计及使用要求的前提下，提出了比较合理的磁轭压板的制造工艺方案。1 磁轭压板的特点 磁轭压板有上压板和下压板，在磁轭片叠压时，起到固定压紧作用。磁轭片叠压紧后，要求磁轭上、下压板与磁轭片的拉紧螺栓孔位及外形轮廓一致。以某抽水蓄能电站水轮发电机为例，其磁轭上、下压板尺寸形状见图1和图2。图1 磁轭上压板图2 磁轭下压板2023年第3期 63 2 磁轭压板制造工艺2.1 机加工工艺 目前很多发电机部套中的磁轭压板，都是采用传统的数控下料及机加工的工艺加工制造的。基本制造工序为：数控下料（火焰切割）机加工（龙门铣粗加工）机加工（龙门铣精镗）1。火焰切割不仅存在板材利用率低、生产能耗高、污染大和表面质量差的问题，还需要进行粗加工和精加工，才能达到压板型线和尺寸公差精度要求。另外，由于磁轭压板和磁轭片采取了两种不同的加工工艺，并且在不同的供应商处进行加工，故需要协调磁轭片供应商提供磁轭片给磁轭压板供应商。而磁轭压板机加工完成后，还需要等待磁轭片作为样板，利用定制的销钉，对磁轭压板进行比对检测，以确认磁轭压板与磁轭片的孔位是否一致。以上的每一道工序的时间都比较长，一块磁轭压板火焰切割需要1小时，粗加工约3小时，精加工（钻孔+镗孔+精铣）约3小时，而且在数控下料和机加工时，还需考虑压板的加工坐标中心的一致性。泰国某抽水蓄能项目，由于数控下料与机加工时的坐标基准点不一致，导致现场安装时，鸽尾和键槽位置错位，只得在现场重新修磨，严重影响了安装工期。综上所述，传统机加工方法，加工工时长、效率低、成本高，并且容易造成产品质量问题，给现场安装带来不良影响。2.2 激光切割工艺 北方某抽水蓄能项目水轮发电机磁轭压板使用功率15 000 W，行程2.5 m8 m（宽长）的大族激光切割机进行加工，排料图见图3。如磁轭片与磁轭压板基于同一个切割工艺和程序，可以有效保证磁轭压板与磁轭片位置同心度（磁轭螺杆孔、外形轮廓）的一致性，而且加工完成后的检测也无需等待。激光切割一块磁轭压板，无需后续切削、钻孔等多道工序，因此压板变形小，切割两边平行并且与表面垂直，能满足压板技术要求。激光切割一块磁钢压板全程只需要1小时。发电机磁轭压板采用激光切割工艺进行加工时，有以下三点要求：（1）板厚不能大于30 mm；（2）切割断面的光洁度（粗糙度）在30 m左右；（3）磁轭压板的孔的孔径公差和垂直度公差均为0.1 mm左右。从磁轭压板与磁轭片安装时的装配关系来看，只要激光切割设备选择合适的光学配置和激光器光束特性2，用激光切割工艺加工的磁轭压板可以达到现有水电站项目磁轭部套的设计安装规范要求。3 机加工工艺和激光切割工艺的比较 综合考虑磁轭压板的质量、生产效率和制造成本等因素，采用激光切割工艺加工了一块厚度为25 mm的磁轭压板，上压板和下压板把合孔直径、外轮廓、磁轭片与磁轭压板把合后销孔位置度均满足加工精度要求。将激光切割工艺和传统机加工工艺进行比较，两者的情况如表1所示。表1 机加工工艺与激光切割工艺比较项目机加工工艺激光切割工艺单件工时10小时1小时排料及材料利用率80%90%工序数控下料+机加工激光切割工装成本压板+等高垫块+辅助工装(连接件：螺栓，螺母等)无整套加工周期 8件10小时8件1小时 由表1可知：传统机加工工艺，工件要在不同的设备间来回搬运，而激光切割工艺只需一台设备即可完成所有工序，减少了磁轭压板周转的次数，工期也大大缩短，材料利用率也高；此外，传图3 磁轭压板排料图单位：mm 64 2023年第3期统机加工机床的总工时成本远远高于激光切割设备的工时成本，且激光切割的能耗和污染都比机加工采用的火焰切割小。随着激光切割技术的快速发展，切割速度越来越快，加工精度越来越高，激光切割设备将会有更广泛的应用领域。但对于厚度超过30 mm的磁轭压板是否能够使用激光切割工艺进行加工，有待进一步验证。4 结语 通过我司项目的实践证明，对于厚度小于等于30 mm、光洁度要求在30 m以下的混流式及抽水蓄能水轮发电机磁轭压板，可采用激光切割工艺进行加工，不仅可以提供可靠的质量保证，还能缩短工期，降低生产成本。但是对于板厚超过30 mm且加工精度要求较高的磁轭压板，机加工工艺仍有明显的优势。参 考 文 献1 周政敏，刘艳明，侯艳森 大功率激光切割工艺的应用J 华东科技，2022（8）：123-1252 孙斌，方亮，吴许祥，等 激光切割在碳钢板（Q345R）加工方面的应用研究J 锻压装备与制造技术，2022，57（6）：58-65（收稿日期：2023-04-19）作者简介：陈开霞，女，1982年9月生，本科，电气工程及其自动化专业，助理工程师，现从事水利水电工作。摘 要：针对定子铁心压圈采用薄壁环形结构的特点，分析了压圈加工的难点。通过设计专用的加工工装，保证了压圈加工的可靠性及尺寸精度。关键词：定子压圈 车削 尺寸精度 中图分类号：TM305 文献标志码：A DOI编码：10.3969/j.issn.1006-2807.2023.03.017 Abstract:Aimedatthestructualfeaturesofstatorcorepressingringwhichpossesscharacteristicsofthin-walledstructure,difficultiesofpressingringprocessingareana-lyzed.Thereliabilityanddimensionalaccuracyofpressingringprocessingareguaranteedbymeansofthedesignofspecialprocessingtooling.Keywords:statorpressingringturningdimension-alaccuracy定子铁心压圈的加工工装设计高福祥安徽皖南电机股份有限公司（242500）Design of the Processing Tooling for Stator Core Pressing RingGAO FuxiangAnhuiWannanElectricMachineCo.,Ltd.（242500）电机是一种高效率、低污染的动力设备，被广泛应用于日常生活和生产中。电机零部件的质量直接影响了电机的性能。电机的定子铁心主要由定子冲片、定子齿压板和定子压圈通过叠压而成，通常定子压圈都是由扁钢卷制而成1，尺寸精度无法控制，且两端不平整，无法满足对加工精度要求较高的客户。因此，对于有严格要求的产品，还是采用加工的方式来保证产品的质量，但是压圈通常薄而窄，装夹及加工变形是加工时最大的难题。为此，本文设计了两套工装，以保证压圈的尺寸精度，提高加工的可靠性。1 现状 图1为定子铁心主要结构示意。压圈位于定子铁心端部，呈圆环形，厚度为12 mm，宽度为