定子扇形叠钢片叠压工艺方法的改进.docx

3定子扇形叠钢片叠压工艺方法的改进张晓红(兰州电机有限责任公司 ,甘肃 兰州 730050 )摘 要 :笔者针对电机定子扇形片叠压过程中存在的铁心内径尺寸公差 、形状位置公差超差 ,叠装后槽形整齐度差 ,易导致绕组匝间或对地绝缘损伤 ,造成绕组破压 ,嵌线质量等问题进行了分析 。并介绍了定子扇形片叠压改 进工艺方案 ,定位基准 、工艺方法及工艺验证和改进后的经济效益 。关键词 :扇形叠钢片 ;定子铁心 ;扇形叠钢片叠压文章编号 : 1007 - 4414 ( 2008) 05 - 0055 - 03中图分类号 : tm 341文献标识码 : aim provem en t of the lam ina t in g proce ss for sta tor segm en t - lam ina t ionzhang x iao - hong(l anzhou electric corpora tion, l anzhou gansu 730050, ch ina)a b stra c t: in th is p ap e r, the nonconfo rm ity of in side d iam e te r d im en sion devia tion, fo rm and po sition to le rance, and slo t edge flu sh of the e lec trica l m ach ine sta to r co re afte r the segm en ts a re lam ina ted ana lyse s the p rob lem of sta to r w ind ing b reakdown due to w ind ing in te rtu rn o r ca rth ing in su la tion dam age wh ich is ea sily cau sed by tho se m en tioned above, and a lso the imp roved p roce ss, loca ting refe rence, p roce ss ve rifica tion and econom ic effec t afte r imp rovem en t a re in troduced.key word s: segm en t - lam ina tion; sta to r co re; segm en t - lam ina tion lam ina ted1 概 述本公司生产制造的中小型同步发电机 ,定子冲片 的材质为 0. 5mm 厚的硅钢板 ,而转子铁心冲片材质 为 q235 - b 钢板 ,由于定转子冲片材质不同 ,不能像 异步电机那样采 用 整圆 冲片 , 定 、转 子片 冲 槽 、分离后 ,分别用于定子铁心和转子铁心 。为提高材料利用 率 ,降低电机工艺制造成本 ,发电机定子铁心只能采 用扇形片结构 。定子扇形片铁心结构的特殊性 ,必须 通过六拼或八拼形式叠装成整圆刚体 。采用怎样的工艺方法才能保证定子铁心的形状公差超差 、内径尺寸公差和槽形整齐度 ,不经修锉槽 工艺处理 ,既能保证安全嵌线又能提高工件清洁度和 劳动生产率是电机工艺人员多年的研究课题 。2 原工艺存在的问题2. 1 原叠片工艺方法以冲片内径 、槽底及叠压胎芯柱外径定位 ; 叠压 胎芯柱外径镶嵌一根斜键 ,通过冲片槽口来保证槽斜率 ;利用槽样棒控制槽形 ,叠压后外径需要整形 。用 油压机轴向压紧 , 再压入机座放 置 弧键 并与 机 座焊 牢 ,整个定子铁心装压完成 。2. 2 原叠片方法的缺点( 1 ) 不能使冲片之 间 互相 锁紧 , 仅 靠轴 向 力压 紧 ,片间实存压力 。( 2 ) 不能均匀分布扇形片凹陷部分和凸出部分的设计公差 ,造成铁心叠压后槽形不整齐 。( 3 ) 机座 (薄壁结构 ) 的变形 , 而使叠压好的铁 心 ,冲片发生蠕动变形 、位移 ,而造成定子铁心内径超差 、形状公差超差 、槽形不整齐 。以上是造成定子铁心叠压内径超差 、形状公差超 差 ,槽形不整齐的主要原因 ,为防止定子绕组破压 ,匝 间短路和对地绝缘损伤的对地短路 ,铁心叠装后需花费大量的人力物力修锉槽形 ,因此会带来因锉槽而残 存在铁心中的铁粉等导电物 , 不 仅影 响电 机 的清 洁 度 ,还会给电机安全正常运行带来隐患 。3 工艺现状分析3. 1 冲片如何分布才能保证槽形整齐度从图 1 可以看出 ,结构上在冲片两侧边缘有一凸 出部分 ,称作舌片 。在另一侧有一凹陷部分 ,称之缺 口 ,片间 (片 1和片 2 )靠片舌和缺口相连接 。若要保证槽形整齐 ,尤其保证两片接缝处的两个半槽形 ,形 成一个整槽形 ,必须保证在同一平面 、同一圆周内的 片间接缝处 , 按拼片数均匀分布间隙在 0. 25mm , 方 能保证同一平面内槽形整齐 。而在整个铁心长度内 各层的槽形一致性均好 。必须选择合理的定位基准 ,有效控制片与片间的间隙达到均 匀分 布 , 并 使其 固 定 ,而不会因吊装转运或继续加 工而 发生 扇 形片 蠕 动 ,就会有效保证槽形尺寸公差 。3 收稿日期 : 2008 - 09 - 26作者简介 :张晓红 ( 1956 - ) ,女 ,陕西志丹人 ,工程师 ,主要从事电机制造工艺及技术管理方面的工作 。55vo l 21 no 52008 210机械研究与应用m echan ical r esearch & a ppl ica t ion第 21 卷第 5 期2008 年 10 月3. 3 定子铁心在压力状态下的受力分析( 1 ) 压入机座前受力分析通过工艺验证 ,铁心 叠成后 ,外径经整形 ,此时实测铁心外径尺寸 ,然后放在油压机下沿轴向施加压力 ,在铁心外圆上放置千分表观察冲片沿径向位移情况 ,当达到工艺规定的压力 时 ,实测此时铁心外径最大处可增大 0. 2 0. 5mm , 如图 4所示 。由于铁心径向附加位移 l 使铁心外径与机座内径 间 的 最 大 过 盈 量 超 出 图 纸 标 称 , 如 图所示 。5图 1 扇形片图3. 2 片舌与缺口配合间隙带来的误差片舌与缺口配合中间隙反映在两个方向 : 径向 间隙 ,径向间隙为 0. 524mm; 切线方向间隙 , 切线 方向间 隙 为 0. 40mm , a - a = 0. 40mm , b - b= 0.524mm。如图 2所示 。图 2 扇形片片舌与缺口间隙图铁心叠片基准是以扇形片内径为基准 ,扇形片与定位芯柱有一定间隙 ,为保证铁心内径尺寸公差势必 将误差移至铁心外圆 ,加至在两个方向均存在间隙 , 片与片之间在圆周方向无法锁紧 ,片子位移的规律是奇数片若向外移动 ,偶数片向里移动 ,现工艺方法虽 然对铁心外径进行整形 ,但整形方法不是全形 (整个圆周同时整形 ) , 当敲击奇数片使其向内移动时 , 由于片舌的牵动 ,造成偶数片沿径向向外移动 ,结果同 一层冲片外径形状呈现梅花瓣形 。所以合理的整形方法也是保证铁心内心尺寸公差 、形状公差 、槽形公 差的关键 。如图 3所示 。( 2 ) 压入机座后受力分析由于铁心在压力状态下是定型的 ,这时 ,铁心压的又很紧 ,以一个刚体的形势压入机座 ,机座内径所承受的正压力远远超过许 用应力和强度极限 ,导致机座破裂 。机座变形随着配 合过盈量及径向压力的增大而增大 ,从铁心压入机座 工况看 ,尺寸大的先压入 ,然后靠机座内径整形 ,铁心外径尺寸逐渐向内收缩而减小 ,直至铁心压入机座 , 机座铁心内径变形为上端大 ,下端小 a 大于 b ,如 图 6所示 。此时 ,叠压芯柱尚未退出机座对铁心的正图 3 扇形片拼装位移图56 1994-2013 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 第 21卷第 5期2008年 10月机械研究与应用m echan ical r esearch & a ppl ica t ionvo l 21 no 52008 210压力 f 与铁心对机座的正压力 n 处于平衡状态 1 。当芯柱退出作用于铁心外径的正压力大于铁心片间 的实存压力 ,加之冲片不是整圆而是扇形片 ,片间又无自锁能力 ,使铁心冲片沿轴向向径向收缩或外伸 ,直至铁心片间力与对铁心径向正压力平衡为止 。4 新工艺方案要点通过上述技术分析解剖 ,找出影响内径形状公差 与尺寸公差的原因 ,以及槽形不整齐的原因 ,也就找 出了解决问题的对策 。4. 1 重新确定铁心叠压工艺基准 2 ( 1 ) 由原以冲片内径和叠压芯柱外径及斜键定 位改为冲片内径和叠压芯柱及冲片槽口定位 。( 2 ) 由原芯柱一根斜键改为在芯柱上镶嵌与冲 片相等的斜键 ,叠压时冲片槽口与键相配合 ,这样可保证冲片在同一平面以至整个轴向长度内冲片在空 间位置均布 ,有效保证拼片间隙均布 ,铁心叠片由轴 向套片改为径向插片 ,以达到保证槽形整齐 ,同时提 高生产效率的目的 。( 3 ) 芯柱外径尺寸与铁心内径配合尺寸为 - 0.06mm ,保证铁心内径尺寸公差 ,使铁心成型后定子铁 心内径公差在图纸要求范围内 。4. 2 确定铁心外径全形整形 3 ( 1 ) 铁心叠片后压入机座前首先预压为额定压 力的 70 % ,制作整形胎放在机座止口上 ,整形与铁心压入机座同步进行 。铁心通过整形胎整形后逐步压 入机座 ,这样大大减少了因铁心外径引起的附加过盈 量 ,有效防止了机座的止口变形 。如图 7所示 。( 2 ) 为防止铁心压入机座后冲片蠕动位移 ,铁心整形后在压力状态下 ,按冲片拼片数在铁心长度范围 内均布焊接 ,使其成为一整体 。4. 3 通槽棒结构改进通过吸收消化 a eg引进技术的方法来改进通槽 棒结构 。5 工艺验证及推广应用5. 1 验证项目对定子铁心进行扇形片铁心叠压的工艺改进验 证 :槽型是否整齐 ;定子铁心内径是否符合图纸要求 ;机座止口加工后 ,压入铁心后对止口的变形情况 ; 工作效率等 。经过先后对中心高 h180 355 二十六台定子铁 心的工艺验证 , 效 果良 好 。不 仅 大大 提高 了 产品 质量 ,而且又有明显的经济效益 ,为中小型同步电机产 量再上一个台阶提供了可靠的工艺手段 。现中小型 同步发电机定子铁心叠压胎全部采用了新工艺基准 的设计 ,已实现了全面推广应用 。5. 2 经济效益分析( 1 ) 叠 压 的 定 子 铁 心 槽 型 整 齐 , 通 槽 棒 顺 利 通过 。( 2 ) 嵌线前不需要修锉槽 ,减轻工人劳动强度 , 提高工件清洁度 ,有效消除因槽形不整齐 ,冲片有夹 角造成的损坏槽绝缘而造成的绕组对地短路 。( 3 ) 在定子铁心叠片 、整形序可提高工效 2 4 倍 ,减轻工人劳动强度 ,由轴向套片改为径向插片提 高工效 、降低劳动强度为采用自动叠片新工艺创造了 条件 。6 结论通过工艺分析 、方案制定及工艺验证证明该工艺方法切实可行 ,达到了工艺方案预期效果 ,解决了扇 形片定子铁心叠压的质量问题 ,杜绝因槽形不齐造成的匝间短路等质量隐患 。同时提高了产品清洁度及 质量 ,而且对提高生产效率 、降低工人劳动强度及节 约材料 有 着 明 显 的 经 济 效 益 与 社 会 效 益 , 可 推 广 应用 。参考文献 : 1 2 3 卢德馨. 大学物理