由 卉

(哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040)

0 引言

磁軛沖片是構(gòu)成水輪發(fā)電機(jī)的重要部件，其質(zhì)量直接影響到磁軛沖片疊片質(zhì)量以及機(jī)組運(yùn)行、性能。哈電在某大型機(jī)組首臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)磁軛沖片生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)磁軛沖片個(gè)別螺桿孔有凸點(diǎn)存在。以往針對(duì)該問(wèn)題的解決方案都是在激光切割沖片完成后，沖片運(yùn)輸?shù)焦さ剡M(jìn)行疊片時(shí)，采用人工去除的方式進(jìn)行修整，而隨著用戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的提高，通常合同中會(huì)明確要求不可在工地現(xiàn)場(chǎng)磁軛疊片時(shí)對(duì)磁軛鏜孔，因此迫切需要在生產(chǎn)過(guò)程中解決這個(gè)缺陷問(wèn)題。

1 缺陷產(chǎn)生原因分析

1.1 磁軛沖片螺桿孔凸點(diǎn)缺陷的產(chǎn)生

大型水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子磁軛沖片一般采用厚度為3 mm，屈服強(qiáng)度不低于600 MPa的高強(qiáng)度鋼板材料，沖片結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。因沖片材料抗剪強(qiáng)度高，沖片外弦長(zhǎng)一般在2 500 mm左右，尺寸較大，目前主要的加工方法是采用激光切割機(jī)加工，而不是使用沖模在沖壓設(shè)備上沖制。在哈電承制的某大型水輪發(fā)電機(jī)組項(xiàng)目的首臺(tái)發(fā)電機(jī)磁軛沖片生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)磁軛沖片個(gè)別螺桿孔有明顯凸點(diǎn)缺陷存在，凸點(diǎn)最大處高度約0.1 mm，見(jiàn)圖2。顯然這些凸點(diǎn)將影響沖片螺桿孔的尺寸精度，可能影響工地磁軛裝配時(shí)磁軛拉緊螺桿的順利穿入，進(jìn)而影響磁軛裝配質(zhì)量乃至機(jī)組質(zhì)量。

圖1 磁軛沖片

圖2 螺桿孔切入點(diǎn)處產(chǎn)生的凸點(diǎn)缺陷

1.2 凸點(diǎn)缺陷產(chǎn)生的原因

磁軛沖片材料為高強(qiáng)度鋼板，激光切割磁軛沖片螺桿孔時(shí)，激光切割開(kāi)始和結(jié)束是在同一點(diǎn)，重合處受熱量相當(dāng)于正常切割路徑各處的二倍，于是在螺桿孔切入起始點(diǎn)、終點(diǎn)閉合處易產(chǎn)生過(guò)硬的黏渣，且不易被保護(hù)氣吹除。該黏渣吸附在螺桿孔輪廓上，形成凸起的痕跡，造成尺寸偏差。

為了解決磁軛沖片螺桿孔切入起始點(diǎn)處產(chǎn)生的凸點(diǎn)缺陷問(wèn)題，從產(chǎn)生原因出發(fā)應(yīng)削弱螺桿孔切入起始點(diǎn)處熱量集中?？紤]將孔切入起始點(diǎn)徑向向外移出一個(gè)小位移，采用在螺桿孔切入起始點(diǎn)處切割一個(gè)過(guò)渡小區(qū)域的工藝方法，改善切入起始點(diǎn)斷面質(zhì)量，避免凸起點(diǎn)造成螺桿孔尺寸偏差。

2 激光切割螺桿孔工藝改進(jìn)

2.1 確定切入起始點(diǎn)位置

根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)磁軛應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，確定磁軛沖片上所有螺桿孔切入起始點(diǎn)位置在螺桿孔的切向(低應(yīng)力區(qū))，見(jiàn)圖3，以免機(jī)組運(yùn)行中在磁軛螺桿孔切入起始點(diǎn)處產(chǎn)生應(yīng)力集中。

圖3 額定轉(zhuǎn)速工況下磁軛的綜合應(yīng)力分布圖

2.2 確定最佳螺桿孔切割工藝參數(shù)

為了得到好的切割斷面質(zhì)量，在螺桿孔激光切入起始點(diǎn)處設(shè)計(jì)了直線和圓弧兩種過(guò)渡方式，進(jìn)行切割試驗(yàn)，圖4是過(guò)渡區(qū)域?qū)挾葹? mm，深度為0.2 mm螺桿孔切入起始點(diǎn)處切割效果放大10倍圖?？梢钥闯鰣D4b圓弧型過(guò)渡斷面比圖4a直線型過(guò)渡斷面要圓滑舒緩些，但從圖中看出切割斷面仍有黏渣。為此，進(jìn)一步優(yōu)化兩種方式過(guò)渡區(qū)域參數(shù)進(jìn)行切割試驗(yàn)，過(guò)渡區(qū)域參數(shù)及切割效果見(jiàn)表1。

圖4 螺桿孔切入點(diǎn)處切割效果圖(放大10倍)

表1 過(guò)渡區(qū)域參數(shù)及切割效果

通過(guò)對(duì)比直線和圓弧過(guò)渡方式以及每種方式采用多種參數(shù)的切割效果，最終確定采用圓弧過(guò)渡小區(qū)域方式，效果最好的最佳工藝參數(shù)為圓弧過(guò)渡小區(qū)域?qū)挾? mm，深度0.2 mm，切割效果圖(螺桿孔切入起始點(diǎn)區(qū)域放大10倍)見(jiàn)圖5，實(shí)際螺桿孔照片見(jiàn)圖6。

圖5 圓弧寬3 mm深0.2 mm切割效果

圖6 實(shí)際螺桿孔照片

2.3 切入起始點(diǎn)處圓弧過(guò)渡區(qū)域的繪制方法

繪制磁軛沖片螺桿孔起始點(diǎn)(終點(diǎn))過(guò)渡圓弧時(shí)，采用效果最佳的參數(shù)，圓弧過(guò)渡小區(qū)域?qū)挾? mm，深度0.2 mm，見(jiàn)圖7。根據(jù)圓弧范圍采用三點(diǎn)畫圓法將過(guò)渡圓弧畫出，并且與原螺桿孔相交處用半徑為2 mm的相切圓弧相連接，保證了螺桿孔造型及螺桿孔切割起始點(diǎn)(終點(diǎn))過(guò)渡圓弧。

圖7 圓弧范圍參數(shù)

3 技術(shù)效果及經(jīng)濟(jì)效益

此工藝方法已經(jīng)應(yīng)用于哈電多個(gè)大型水輪發(fā)電機(jī)項(xiàng)目的磁軛沖片螺桿孔的激光切割加工。這些項(xiàng)目的磁軛沖片材料包括磁軛沖片常用材料規(guī)格，其中白鶴灘右岸水輪發(fā)電機(jī)磁軛沖片材料為屈服強(qiáng)度不小于750 MPa的3 mm厚高強(qiáng)度鋼板，大藤峽水利樞紐工程左岸廠房水輪發(fā)電機(jī)磁軛沖片材料為屈服強(qiáng)度不小于700 MPa的4 mm厚高強(qiáng)度鋼板。實(shí)踐證明，材料厚度為3～4 mm，螺桿孔直徑尺寸為φ30～φ45 mm，應(yīng)用效果均良好。磁軛沖片在工地疊片時(shí)不再需要對(duì)磁軛鏜孔，節(jié)省工地磁軛疊片工時(shí)、工具費(fèi)用及人工成本，提高磁軛疊片質(zhì)量及安裝效率，提高公司產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，此工藝方法可推廣應(yīng)用于大型水輪發(fā)電機(jī)磁軛沖片及磁極沖片螺桿孔的激光切割加工，長(zhǎng)期可為公司帶來(lái)更大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)論

此磁軛沖片螺桿孔激光切割工藝方法，較好地解決了激光切割閉合輪廓在起始點(diǎn)(終點(diǎn))處易形成凸起痕跡的問(wèn)題，提高沖片切割斷面質(zhì)量及尺寸精度，可應(yīng)用于含有孔的磁軛沖片、磁極沖片等零部件的激光切割加工。