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三峡超大型定子扇形片冲模设计制造

[摘要]介绍了超大型高精度水轮发电机定于铁芯冲片复式冲模设计、制造和检测的难点和解决的方案。

关键词 大型水轮发电机 定子冲片 模具结构 工艺 检测

1 引言

三峡水轮发电机组单机容量达700MW，转轮直径达∮10070mm，是当今世界上最大的水轮发电机，而其定子铁芯的外径为∮9310mm、总重量达450t。定子铁芯由无数定子扇形冲片绕转子中心螺旋叠装而成，定子扇形冲片单件重1.47kg(厚度为0.5mm)，一台机组的定子铁芯大约需由30.6万片定子扇形冲片叠装而成。我公司第—期投入2台(分包机组部分部件)水轮发电机，总共需要61.2万片冲片。

2 冲片技术难点分析

三峡定子扇形冲片外径∮19.31±O.15mm；内径∮18.5±1.25mm；槽宽35.45±O.02mm；槽探142±O.02mm；每片9个槽，全圆510槽．由56片冲片绕中心组合而成。相邻两层按正反面叠片(如图1所示)，一台机组的定子铁芯需要叠5430层。由此可见，在设计和制造该冲片冲模的过程中存在以下一些技术难点：①冲片外径太大，公差太小，较难保证；②冲片槽宽、槽深公差太小，较难保证；③定子多层叠片，鸽尾槽和下线槽的位置尺寸精度要求很高；④每台机组所需定子冲片总数量大，对模具强度、刚度、耐磨性等影响寿命的各因素有特定的要求；⑤对模块的热处理工艺有特殊的要求；⑥对模块有互换性要求；⑦对模具整体的导向装置要求很高。

3 解决方案

3.1 冲压工艺方案

采用整体一次性冲裁，以保证冲片各部分相对位置尺寸要求。

3.2 冲裁模结构

3.2.1 上、下模块分块方式

上模槽形部分凹模分块方式有两种：

(1)冲制槽形与冲制内圆的凹模块分开，一槽一个凹模块，冲切内圆的凹模块单独制造，且分成几块(如图2a所示)。

(2)冲制槽形与冲制内圆的凹模块合二为一，一槽一块，槽形部分的凹模块为整体(如图2b所示)。

(3)冲制槽形与冲制内圆的凹模块合二为一，槽形部分分成两截，带尖齿(安放槽楔)部分与冲切内圆部分的凹模块联成一体，同时，分成三槽和两槽两种规格(如图2c所示)。经分析试做，对于超大型、高精度的薄型金属件的冲裁，图2c所示的凹模分块方式比较合理。

由于槽形顶部有圆角要求，且尺寸公差控制较严格(RO.8±0.05mm)，这就决定了凸模分块方式只有一种，如图3所示。

3.2.2 模具导向

采用4根∮100mm的可卸式导柱、导套对整体模具进行导向(如果冲裁质量要求一般，仅仅需要∮80mm的导柱、导套导向即可)，导柱、导套之间采用H6/h5滑动式配合，同时上、下模座厚度相应由80mm增大至100mm，很好地保证了模具冲裁时的动态稳定性。

3.2.3 模具总体结构

模具结构如图4所示。

1可卸导柱 2、4扁螺帽 3可卸导套 5凹模 6凹模固定板 7卸料板 8上模座 9、13、15、17螺栓 10弹簧 11旋转螺帽 22凸模固定板 12、14、16圆柱销 18、19挡块 20外托料板 21凸模 23下模座 24内托料

①凸、凹模模块厚度由常规的30mm增大至35mm；②凸、凹模固定板厚度由常规的25mm增大至30tmm；⑦凸、凹模模块分块线尽量错开，以避免冲片时产生过大的毛刺；④脱料板、顶料板、外顶料板厚度由常规的15mm增大课桌至20mm，以解决卸工件和废料时以上3块板的变形问题，保证冲片的平整度；⑤上、下模块与刃口平行的背面均设置挡块，以消除冲裁产生的侧电磁线向力，避免模块在冲裁过程中发生移位。

3.3 加工工艺

3.3.1 模块加工和热处理

在加工方面，由于冲片的线槽很深，宽深比达1：8，以及线槽出口与内圆弧之间以R圆弧过渡，这两个主要原因就限制了模块的结构和镶拼方式，如何保证其近乎苛刻的模块拼合精度要求，就成为该副棋具加上中的一个难题。针对这一点，我们经过了大量的分析和模拟试验，最后采用了淬火、液氮深冷处理、粗加工后去应力及慢走丝多次线切割精加工的方法，最终解决了模块变形、精度难控制和尺寸不稳定性等问题。

3.3.2 模具装配

该冲模冲制的冲片外径达 19310mm，弦长约1000mm，在拼块众多的情况下，其装配、装配过程的可偿还查和尺寸控制不能按常用模具装配操作规范进行。如何把制造精度和装配精度有机整合在一起，最后达到图纸要求也成为了一个大难题。如果用户只是单纯的做≤12mm的拉伸实验为了满足这一装配要求，我们制造了一套内、外圆孤检测样板和一些必要的二级检查工具，通过反复试装，并将模具放在三坐标测量仪上检测，两种方法相结合，最终装配出了1副合格的冲模。

3.4 模具和冲片检测

科思创公司目前关注的焦点之1是在电动汽车中使用聚碳酸酯塑料3.4.1 模具检测

由于铁芯单层全圆由56片冲片拼合而成，且拼合(正反叠片)后的冲片所组成的圆外径为(∮19310±0.02mm)，所以如何检查该模具外圆的实际尺寸是检测的一个难题。为了保证叠装要求，各槽、槽与槽之间的尺寸公差及位置公差是该模具检测的重点。

针对检测外圆的难题，我们制造了专用的圆弧样板，该样板既可用作装配时的二级工具也能用于模具装配后的检测。鉴于该样板的重要性，准确地检测圆弧样板的圆弧尺寸硅铬铁就能装配和验证模具圆弧的正确性。

采用在专用设备(大圆弧磨床)上加工圆弧样板，用数显坐标镗床(机床精度X、Y为∮0.01/m)测量无数点，将测量所得到的点用电脑处理数据得到实际圆弧尺寸(如图5所示)。

各槽、槽与槽之间的尺寸公差和位置公差，采用了专用圆柱销和千分尺进行模具尺寸测量，其测量示意图如图6所示。

3.4.2 冲片检查

为了更有效地验证模具的精度，我们不试冲冲片进行了尺寸和毛刺的检查，特别设计了一套高精度的检查胎具(如图7所示)，对试冲片(10层)进行检查，以便更快、更经济、更及时地发现模具存在的问题，及时修理。该胎具中设计了7个鸽尾定位块、11个槽形定位块，其材判均为45钢，并经过调质处理以保证定位尺寸的稳定性。

由于该模具所冲的冲片多，我们将首件冲片放在三坐标测量仪上对冲片各槽，槽可根据试件的固定方式如简支与槽之间的尺寸公差和位置公差以及圆弧尺寸进行了进一步的检查，同时，还对冲片进行了全圆叠片检查，确认合格后再进行批量冲制。

4 结束语

该模具冲制520t冲片(约353741片)后，只需刃磨一次，模具的使用效果较好，冲制出来的冲片单片检查和整圆单层、多层叠片完全达到图纸要求。(end)