銅條轉子外徑非切割加工工藝應用

李洪有，李志新

(1 佳木斯防爆電機研究所，黑龍江佳木斯154005;2 佳木斯電機股份有限公司，黑龍江佳木斯154002)

0 引言

高壓電機產品中有很大一部分采用銅條轉子結構，一般單面氣隙在1.5-2.8mm 左右。原轉子加工工藝為轉子焊接完端環后在臥車上車削轉子外徑，由于加工量較大，同時受硅鋼片材料特性的影響，導致刀具磨損嚴重;同時槽口產生搭接的堅硬毛刺，不易清除，增加了鐵耗;而分段銅條轉子通風道車削后產生變形，不易修復，影響通風效果，直接影響了產品的溫升和效率，因此需要找出解決這一問題的有效方法。

1 改進方法

1.1 模具結構設計

采用轉子沖片直接沖切出氣隙的工藝，對模具、設備、操作方法的要求較高，需要解決模具的結構、設備調整、轉子鐵心裝壓等問題。

對于直接沖出氣隙的要求，模具的凸凹模形狀必須采用槽形切刀一體的結構，根據轉子的外徑尺寸和公差要求，確定切刀尺寸。切刀的結構有兩種可以選擇，一種為“T”字形結構，外形對稱，壓力中心在正中，對設備的影響小，但切出的外徑有接刀痕，外觀質量不好;另一種結構為鐮刀形，設計時選擇切刀寬度a 時，計算轉子外徑相鄰槽口之間的距離，切刀寬度選擇為相鄰槽口中心線距離加上1 ～2mm，這種設計可以將接刀痕留在槽口位置，沖下一槽時將帶接刀痕的槽形廢料沖掉，因此可以消除外徑上的接刀痕，保證轉子外徑光滑的外觀。但由于壓力中心不在槽形中心線上，對設備有一些影響，考慮該設備為高速沖槽機，滑塊和導軌之間配合為過盈配合，在壓力中心偏移的承受范圍之內。通過對這兩種凸凹模結構的對比，考慮外觀質量的重要性，因此選擇這種鐮刀形結構的凸凹模形狀(見圖1)。

圖1 凸凹模形狀簡圖

由于鐮刀形凸模的結構，加上轉子外徑公差帶為h7，公差帶僅為0.07 ～0.08mm 左右，因此模具安裝時槽形中心線與沖片軸線重合度對外徑尺寸有很大影響，必須在模具模柄兩側設置定位鍵，定位鍵與沖槽機的鍵槽配合為H7/h6，在模具設計時對定位鍵與槽形凸模中心線的垂直度要求小于0.03mm，保證了操作者在安裝模具時無須對槽形找正即可滿足要求，縮短了操作者的調整時間，提高了生產效率。

由于該模具的使用設備為高速沖槽機，滑塊和導軌之間配合為過盈配合，其導向精度非常高，完全可以替代模具上的導向結構，即模具可以不帶導柱、導套，同時模具的上、下模座采用通用結構，即模座的螺孔和銷孔與固定板、凹模等零件配作，換號時只需更換固定板、卸料板、凹模等3 件，減少了零件數量，縮短了制造周期。

我們針對風力發電機設計了一套無定位柱結構驗證模具，模具制造完成后在沖剪車間試用，經過調試，基本可以達到使用要求。但是部分結構還需要進一步改進，主要缺點是模具安裝時相對復雜，合模間隙不易調整，必須將卸料板頂到凸模以上，凸模露出3-5mm，凸凹模合模后調整間隙合適再固定模具，固定好模具之后再將卸料板松開到高出凸模1-2mm，熟練工人安裝一套無定位柱結構簡易沖切模需要1h 以上。

1.2 模具結構改進

經過對模具的初步試用及與使用車間的交流，針對第一套模具的不足作了相應的改進，改進后的模具采用定子沖切模的簡易沖切模結構，主要改進的結構如下。

(1)為方便模具的安裝及間隙調整，在模具左右兩側各增加一個定位柱，定位柱與固定板、凹模墊板為小間隙配合，配合間隙小于0.005mm，加工保證公差尺寸及互換性，安裝時必須保證垂直度。

(2)卸料彈簧安裝前將矩形截面彈簧的上下兩平面磨平;彈簧內增加4 個套管，調整4 個固定彈簧的螺栓長度相同，保證卸料板的平行度。

新結構模具在安裝前，先合模后插入兩個定位柱，用插銷旋轉定位柱，使定位柱在固定板和凹模墊板內自由旋轉，手感無間隙和阻滯現象，就可以將模具安裝到沖槽機上。調整設備閉合高度，調整合模深度1-2mm，用螺栓和專用壓板將上下模分別固定在壓力機的上滑塊、下臺面上，再次旋轉左右定位柱，確定合模間隙均勻，就可以將定位柱提升，脫離凹模墊板一定的距離，用插銷固定，完成模具的安裝調試過程，可以進行沖制。

2 生產驗證

2.1 沖片制造

轉子沖片沖槽切外圓工序在16t 高速沖槽機上進行，在安裝好模具之后，進行樣片試沖。檢測外徑槽形尺寸、槽形對稱度，正反片疊片后檢查軸線與槽形中心重合度。由于國產沖槽機調整沖片軛部尺寸為手輪進給，無進給尺寸顯示，調整精度不高，轉子外徑公差帶僅為0.07-0.08mm，操作者依靠手感調整手輪很難達到恰好在公差帶內，需反復調整，耗時費力。為提高調整效率和精度，軛部調整時采用百分表調整。將百分表吸在縱向導軌上，百分表探頭頂在分度箱體上，根據沖片檢測外徑尺寸與圖紙要求的差距按百分表指針進行精確調整，大大提高設備調整效率，調整軛部尺寸時間由30-40min 以上縮短為5-10min 左右。

2.2 轉子鐵心制造

為驗證非切割轉子片對鐵心裝壓的影響，在不同結構的轉子鐵心和不同裝壓方法的幾種情況下進行了試驗。

首先在風力發電機YFFS 450-4p 上進行試驗。此產品轉子鐵心為不分段結構，轉子沖片與軸配合為過盈配合，過盈量最小0.088mm，最大0.20mm，分別進行了熱套裝壓和冷裝熱套的工藝試驗。一臺進行了熱套裝壓工藝試驗，沖片加熱后直接套裝在軸上，邊裝邊整理槽形，但實際裝壓過程中出現了沖片套到軸上后整理困難的問題，經分析為實心軸與熱片全接觸，受熱后膨脹，導致加熱的沖片與軸配合變為過渡甚至過盈。其余臺份的風力發電機全部采用冷裝熱套工藝，沖片在常溫狀態下在胎上疊片，兩個槽樣棒定位，邊裝邊用楔形槽樣棒整理槽口，沖片外徑有損傷的片必須挑出，達到規定鐵心長后在壓緊狀態下用6 個長螺桿穿過通風孔將兩端壓板拉緊，使沖片成為一個整體后退出胎芯，將帶壓板的鐵心在加熱爐中加熱到150℃～200℃，在油壓機上將軸壓入鐵心。轉子鐵心制造完成后，槽形整齊度非常好，轉子鐵心外徑光滑整齊，完全滿足了產品圖紙的設計要求。

在帶徑向通風道結構的轉子鐵心進行實驗，軸的結構為焊筋軸，沖片與軸為過盈配合，疊片工藝YPT 630-4p 采用冷裝熱套工藝，YPT 710-6p 采用熱裝工藝，對比這兩種鐵心裝壓工藝的效果，外徑尺寸及表觀質量均能達到產品的要求。但槽形質量有一點差別，冷裝熱套工藝的槽形相對好于熱裝工藝的槽形質量。主要原因為冷裝時隨時可以整理槽形，保證槽形質量，而熱裝時必須在短時間內完成疊片，否則沖片溫度降低后疊片困難，沖片整理時間有限，整理不充分時會出現槽形不齊的問題，裝壓完成后即使發現有單片也無法挑出，因此沖片非切割加工的轉子鐵心裝壓最好采用冷裝熱壓的工藝。

為避免轉子鐵心在穿銅排的過程中磕碰轉子外徑，轉子鐵心穿銅排時軸兩端架在滾輪架上進行操作，存放時放在清潔無鐵屑的橡膠板上，在焊接完端環后對轉子鐵心進行修整，用墊塊、手錘、銼刀將變形部分修好，達到通風道無變形，無倒片、外徑無高點方可，然后按工藝規程表面噴漆。

3 結語

通過上述幾種規格的電機進行沖片非切割加工的實驗，取得了非常好的效果，完全可以滿足產品的質量要求。首先解決了車削后片間毛刺搭接問題，有效降低了雜散損耗，提高了高壓電機效率;其次解決了通風道結構銅條轉子車削后易出現通風道變形問題，提高通風效果，降低電機溫升，提高效率為高壓增安型電機的產品質量的提高奠定了基礎。

［1］ 孟大偉.電機制造工藝學.機械工業出版社，2011.

［2］ 肖景榮，姜奎華.沖壓工藝學.機械工業出版社，1999.