摘 要:文章主要介紹工業(yè)用30MW四級發(fā)電機定子線棒錐體模(整形、膠化、固化一體模)加工技術(shù)攻關(guān)項目,包括設(shè)計上的改進、選配合適的加工刀具、改進工藝方法等。
關(guān)鍵詞:發(fā)電機;定子線棒錐體模;三維建模;數(shù)控編程
30MW發(fā)電機組功率高、電流大、電壓等級高,是我廠至今生產(chǎn)容量最大的機組。這給發(fā)電機定子線圈的設(shè)計與制造提出了較高的要求。對于定子線圈,其中加工最復(fù)雜部分為端部弧段,與電機軸線成30度角,和鼻部連接的線圈有效部分還有一個S形升高,再加上扭曲傾角,形成了一個空間扭曲。除了形狀不規(guī)則外,裝入定子的線圈要保證線圈主絕緣厚度的均勻,在轉(zhuǎn)角與升高處不能發(fā)偏,否則會在絕緣薄弱處形成擊穿點,構(gòu)成質(zhì)量的不安全因素。線圈型線吻合度要好,防止在嵌線時出現(xiàn)因線圈間的空隙不均勻而造成端部相碰的問題。
制造精度高、復(fù)雜程度高的定子線圈,滿足其條件必須靠較之要求更細的模具來保證。我廠傳統(tǒng)上模具整體采用木結(jié)構(gòu),雖然其結(jié)構(gòu)簡單、制造廉價,但是也有缺點:
(1)對模具中重要零部件如端部復(fù)雜的空間曲線配合面等,都
靠工人參照二維圖紙進行手工研磨,難以保證制造精度。
(2)利用木模制造出的定子線圈型線吻合度較差,在嵌線時出現(xiàn)因線圈間的空隙不均勻而造成端部相碰的問題。木質(zhì)結(jié)構(gòu)使用過程極其容易被磨損,磨損后型線吻合度更差,必須重新更換。
(3)生產(chǎn)過程中,端部型線部分通??繖C床去除大部分余量后留余量靠工人研磨。機床操作者都是手動編程。對于復(fù)雜的型面,編程數(shù)據(jù)量大,輸入速度極慢,準確率難保證。
針對上述的缺點,我做出以下三點改進:
1 改進模具設(shè)計
模具采用鋼材,耐磨,使用壽命高。設(shè)計的結(jié)構(gòu)保證每組結(jié)構(gòu)基本相似,通用性強,制造方便,盡可能降低制造成本。零部件獨立,更換操作方便、靈活。根據(jù)定子線圈結(jié)構(gòu)及使用要求,新設(shè)計的模具結(jié)構(gòu)分上、下層,上下層有兩個端部,分別對應(yīng)汽端和勵端,所以一套模具共有4組,分別對應(yīng)各個端部。每組結(jié)構(gòu)基本相同,模具型腔就是定子線圈端部部分。材料為常見的Q235A,價格低廉。該套模具結(jié)構(gòu)簡單,過程加工,工序間模具的調(diào)整、更換部件操作方便、靈活。如圖1所示。
2 采用3D建模
模具設(shè)計表達一般用二維圖紙,對線圈的實際生產(chǎn)指導(dǎo)作用有限,不可避免的出現(xiàn)設(shè)計、工藝與生產(chǎn)的脫節(jié)現(xiàn)象,造成材料的浪費。因此對于復(fù)雜零件必須引入三維模型,可以直觀的看到模具的裝配效果,檢查與其他零部件的干涉情況,提高設(shè)計、加工效率。運用UG現(xiàn)代三維軟件成功對定子線圈及模具進行實體建模和數(shù)控編程,直觀地看到模具的裝配效果。通過修改三維數(shù)據(jù)尺寸,解決了線圈型線吻合度較差的問題,保證了線圈厚度的均勻性。
我公司設(shè)計的線圈模具是由一個錐體和附著在其上的壓鐵組成。錐體為標準部件,建模相對簡單,只需按圖紙尺寸,運用UG建模環(huán)境下的特征造型和平面切割,就可以準確地做出。壓鐵構(gòu)造同樣在UG建模環(huán)境下進行,首先做一個與錐體相切的展開平面再按圖紙在平面內(nèi)構(gòu)造展開曲線并附著到錐體,最后運用草圖指令和掃掠指令構(gòu)造出壓鐵大概輪廓。最后,利用橋接曲線及縫合命令將轉(zhuǎn)角R部分順滑起來。
3 改進加工方法
徹底改變老一派制造模具的慣用模式,采用國際上最先進的三維軟件編程代替以往手動輸入編程的模式。與時俱進,大大降低了工人的勞動強度,保證編程輸入的準確率。
根據(jù)線圈模具的實際使用及加工要求,結(jié)合我公司當前設(shè)備的運行情況,選用五面體加工中心,該設(shè)備自帶USB輸入接口。為滿足機床特性及加工要求,提高加工效率,利用UG三維軟件進行編程與后置處理,解決手動輸入的老大難問題。壓鐵部分為主要數(shù)控加工部位,其余量分布情況極為復(fù)雜。因端部壓鐵有一個S形升高,再加上扭曲傾角,形成了一個空間扭曲。在加工方法上,為保證加工精度,先后選用了多齒銑刀、球頭銑刀等分別對配合面、非配合面進行加工。由于壓鐵內(nèi)腔毛坯余量不均勻,所以極易引起加工時切削力不均,造成切削振動,使工件發(fā)生加工變形。因此工作面必須進行粗銑、半精銑,為最后精加工留少許余量分層切削,精加工一次性不間斷走刀完成。頂面及側(cè)面非貼合部分為自由曲面,只進行粗精加工。程序數(shù)量多達228個。最后進行程序校驗,利用UG設(shè)定參數(shù),生成加工程序并利用3D動態(tài)模擬功能進行刀位三維仿真,以消除刀具與加工表面之間的干涉情況,并計算是否有刀具過切現(xiàn)象。
經(jīng)校驗無誤后,選擇與機床控制系統(tǒng)相對應(yīng)的后置文件進行程序后置處理,得到機床能執(zhí)行的代碼文件及加工程序,拷入機床系統(tǒng)進行加工。
4 結(jié)束語
利用該模具做出來線棒圓角過渡圓滑,保證線圈主絕緣厚度的均勻,在轉(zhuǎn)角與升高處不發(fā)偏,保證質(zhì)量安全系數(shù)。線圈型線吻合度好,解決了在嵌線時出現(xiàn)因線圈間的空隙不均勻而造成端部相碰的問題。這使得汽輪發(fā)電機線棒模采用數(shù)控加工成為現(xiàn)實,徹底改變老一派制造錐體模的慣用模式,大大降低了工人的勞動強度,填補了我公司在現(xiàn)代科技生產(chǎn)制造加工技術(shù)方面上的空白,成為實現(xiàn)公司創(chuàng)效爭優(yōu)的宏偉目標路上的一大革新。
參考文獻
[1]田汝坤.330MW空冷汽輪發(fā)電機定子線棒端部成型固化模設(shè)計與制造[J].上海大中型電機,2015(1):49-52.
[2]吳紹群.高壓電機定子線棒主絕緣熱壓成型模具技術(shù)[J].機電技術(shù),2013(4):97-99.
[3]張于,張麗.汽輪發(fā)電機定子線圈模型的建立[J].東方電機,2006(3):39-41.
作者簡介:張俊添(1988-),男,201
2年至今擔任廣州廣重企業(yè)集團有限公司機械生產(chǎn)制造工藝技術(shù)人員,助理工程師,主要負責工業(yè)用汽輪發(fā)電機組的核心零部件的生產(chǎn)制造工藝開發(fā)與改進。