吳滿明

（湘電集團有限公司電機事業(yè)部，湖南 湘潭 411101）

1 產(chǎn)品介紹與應(yīng)用

汽輪發(fā)電機是同步發(fā)電機的一種，是由汽輪機作原動機拖動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，利用電磁感應(yīng)原理把機械能轉(zhuǎn)換成電能的電氣設(shè)備，主要運用于火力發(fā)電廠或核能發(fā)電廠?；鹆Πl(fā)電廠或核能發(fā)電廠的汽輪發(fā)電機皆采用臥式結(jié)構(gòu)，發(fā)電機與汽輪機、勵磁機等配套組成同軸運轉(zhuǎn)的汽輪發(fā)電機組。汽輪發(fā)電機最基本的組成部件是定子、轉(zhuǎn)子、勵磁系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。

2 零件分析

2.1 圖紙分析

如圖1 所示，從圖紙尺寸可見工件為細(xì)長復(fù)雜零件，長2 015 mm、寬75 mm、高97.5 mm、垂直度和平行度0.1 mm，直線度0.05 mm，70°銳角，R3 圓角刀具無法加工，工件六面都要進(jìn)行加工，工件細(xì)長，減少裝夾及加工產(chǎn)生的應(yīng)力變形是加工中需解決的難點。

圖1 疊壓筋圖紙

2.2 工件材料分析

從零件加工圖紙可以看出，工件材料為90 mm鋼板Q235A，用90 mm厚鋼板氣切割為2 025 mm×1 100 mm 的毛坯。疊壓筋主要在疊壓時起到定位和拉緊作用，此型號材料足夠能滿足使用要求，Q235A 韌性和塑性較好，有一定的伸長率，具有良好的焊接性能和熱加工性[1-5]。Q235A 一般在熱軋狀態(tài)下使用，用其軋制的型鋼、鋼筋、鋼板、鋼管可用于制造各種焊接結(jié)構(gòu)件、橋梁及一些普通的機器零件，如螺栓、拉桿、鉚釘、套環(huán)和連桿等[6-10]。

3 工件安裝與校正

如圖2 所示，通過圖紙分析可知，工件形狀復(fù)雜、容易變形等，選擇可以立臥轉(zhuǎn)換的銑床或者鏜床加工，工件放在銑床大型等高鐵邊緣或者直接放在鏜床工作臺面邊緣把加工部位凸出工作臺[11-13]，用三塊壓板固定工件兩頭及中間位置，利用標(biāo)準(zhǔn)墊塊定位，控制工件直線及加工定位，防止工件加工時變形，工作臺平面度要保證在0.01 mm，使工件下平面與工作臺面定位。

圖2 工件裝夾與定位

4 工件加工及測量

4.1 毛坯的選擇

根據(jù)圖紙材料要求，工件材料為90 mm 鋼板Q235A，選用90 mm厚鋼板氣切割為2 025 mm×1 100 mm 的毛坯，工件清理打磨各邊，上平板校正工件變形在1 mm 內(nèi)。由于氣切割和校正產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，工件屬于細(xì)長件，考慮加工時變形，安排進(jìn)行批量去應(yīng)力退火，在爐中工件要平放，防止變形[14]。去除應(yīng)力退火在冷卻時由于各部位冷卻速度不同而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，金屬及合金在冷變形加工中以及工件在切削加工過程中也產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。若內(nèi)應(yīng)力較大而未及時予以去除，則常導(dǎo)致工件變形甚至形成裂紋。去除應(yīng)力退火是將工件緩慢加熱到較低溫度，鋼加熱到500℃~650 ℃，保溫一段時間，使金屬內(nèi)部發(fā)生弛豫，然后緩冷下來。

4.2 刀具的選用

從圖紙和工藝可以看出，要加工平面、銑缺口、螺紋孔等，常規(guī)刀具可選平面銑刀、鉆頭、絲錐、玉米銑刀、60°倒角刀等。關(guān)鍵是70°缺口和R3 圓角刀具選用決定了加工效率和質(zhì)量，R3 圓角處最大刀具直徑只能選用3 mm 球頭刀具，其對批量產(chǎn)品加工時的效率尤為重要；如果選用合金球頭刀加工，粗加工和精加工效率太低，工件比較長，設(shè)備也要選擇大型設(shè)備，大型設(shè)備主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度相對小型數(shù)控設(shè)備要慢些；從加工數(shù)量和設(shè)備選擇來看，選用球刀加工不是最佳的選擇，為了提高效率和質(zhì)量，考慮選用直徑55 mm 的70°非標(biāo)合金成形銑刀，根據(jù)圖紙設(shè)計非標(biāo)刀具[15]。如圖3 所示，根據(jù)實踐加工和摸索，不斷地改進(jìn)刀具，通過非標(biāo)成形銑刀解決了70°和R3 圓角不好加工的難題，采用成形銑刀加工，可以解決工件加工裝夾難題，采取上下環(huán)繞對稱加工，減少了工件變形。如果采用球頭刀單邊加工到位后，工件翻邊加工對邊，在實踐中發(fā)現(xiàn)工件變形較大，兩邊70°缺口基準(zhǔn)難以找正，造成燕尾中心與工件中心不對稱，最終檢測樣板無法通過。

圖3 非標(biāo)刀具

4.3 檢測方法的選擇

工件外形尺寸寬和高可以用外徑千分尺直接進(jìn)行測量[16]，燕尾形狀大小和位置度、角度無法直接測量，加工完成后可以用三坐標(biāo)測量儀檢測，但在加工過程中需要檢測，那就要設(shè)計專用檢測樣板，加工過程檢測樣板如圖4所示，完工檢測樣板如圖5所示。

圖4 加工過程檢測樣板

圖5 完工檢測樣板

4.4 粗銑方法

工件粗銑六面要保證工作不變形，保證工件的垂直度和直線度，滿足精加工時定位要求，工件粗加工選擇一個鋼板原本面放置在工作臺面上，加工出一個基準(zhǔn)面，工件加工方式1 如圖6 所示，為了確保四方的平行度和垂直度，把加工好的①面放置在工作臺上作為基準(zhǔn)面，再加工相鄰的兩個面②、③平面，最后以②或者③平面為基準(zhǔn)加工④平面，四方平面各留1 mm 余量。銑頭或者工作臺轉(zhuǎn)90°，工件總長對使用要求不高，直接加工到尺寸要求即可，選用直徑17.5 mm 鉆頭加工螺紋底孔深50 mm、孔倒角、攻螺紋35 mm 深。

圖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，再進(jìn)行精加工四方平面，加工時按照粗加工平面順序進(jìn)行，加工③平面時，用百分百校正②平面直線度，加工④平面時，用百分百校正①平面直線度，每個平面直接精加工到位后再轉(zhuǎn)邊加工第二個平面。最后一個平面加工好，工件不要動，進(jìn)行燕尾加工。

4.6 粗銑燕尾及倒角

如圖7 所示，工件平面加工完后，工件不動，選用Φ40 玉米銑刀找正工件零點，去除余量，選用成形刀具粗加工70°缺口，通過計算留0.5 mm余量。上下環(huán)繞對稱走刀加工，確保工件受力和去除余量對稱才能確保工件不彎曲變形。選用專用60°倒角刀對工件進(jìn)行倒角，通過計算和檢測樣板比對，直接加工到位不留余量。

圖7 工件加工方式2

4.7 精銑燕尾

精加工時，壓板輕壓緊即可，選用三刃成形刀具精加工70°缺口和R3 圓角，通過計算分兩刀進(jìn)行精加工，第一刀找正工件75 mm 寬度的中心及控制好定位尺寸24 mm，防止燕尾偏心和工件變形無法滿足直線度0.05 mm 的要求，燕尾基于工件中心位置度及對稱度的保證，可以確保工件的直線度，使工件形位公差滿足圖紙要求；第二刀通過檢測樣板精準(zhǔn)測量出余量和數(shù)值計算值對比，確定好最終加工刀具定位和軌跡控制尺寸精度及位置，先在工件15 mm 長缺口處試切加工，用檢測樣板進(jìn)行檢測合格后，再進(jìn)行最終的加工，確保燕尾的角度、位置、形狀、直線等滿足圖紙各項精度要求。

5 結(jié)語

綜上所述，通過理論分析和數(shù)據(jù)計算、實際加工摸索等方式，論證了汽輪發(fā)電機定子疊壓筋加工工藝和方法。解決了幾個關(guān)鍵難點：工件安裝夾具問題、檢測難題、加工方法和工藝、工件彎曲變形、加工刀具、質(zhì)量和效率低。