50MW汽輪發電機轉子線圈沖孔模優化設計

轉子線圈作為發電機的核心，其加工製造是汽輪發電機生產製造中一個重要的環節，它直接影響汽輪發電機的運行工況及性能參數。我公司首次製造的50MW汽輪發電機轉子線圈每根銅排上有雙排30mm×3mm腰形通風孔達1 940個，加工難度較大，需採用模具沖孔的方式完成，所以通風孔沖孔模的結構設計及加工成為了此次轉子線圈通風孔製造的關鍵點。

原模具結構存在的問題

轉子線圈銅排厚度為5mm，通風孔是尺寸為30mm×3mm的腰形孔，孔的組數最大52組，銅排最大長度達到3m（轉子銅排見圖1），帶細長孔的長工件，常規設計的通風槽孔沖孔模在使用中存在以下問題。

圖1 轉子銅排

（1）沖頭特別容易折斷，基本上是沖制一根銅排需換5～7次沖頭。

（2）沖裁間隙按標準取值後沖制的工件毛刺大，故沖裁間隙難確定。

（3）銅排厚度5mm，孔長30mm，寬3mm，又窄又長，故卸料力較大，普通彈簧卸料力達不到，

所以需要新型的卸料方式。

原模具結構問題分析

常規設計的模具結構沖頭斷裂主要問題在上模裝配上（見圖2），原因分析如下：

圖2　原上模裝配

1.彈簧 2.上鑲板 3.上模座　4.沖頭 5.卸料板

（1）沖頭斷裂在過渡段R處，分析得過渡段可能在熱處理時產生了應力集中，

又加上卸料力不夠，斷裂就發生在此處。

（2）沖頭有時候斷在工件中，並且沖頭入工件不垂直，分析得沖頭受到了側向力，側向力的來源可能是彈簧卸料力的不一致，導致卸料板不平穩。

（3）沖頭探出鑲板部分偏長，加之又細，存在剛性不足的問題。

模具結構的優化改進設計

根據上述幾點，我們對模具的結構做如下幾點改進優化：

（1）原沖頭（見圖3），為異形件，材料為鍛Cr12MoV，熱處理硬度為58～62HRC。由於尺寸精度要求很高，加工工藝性較差，只能採用線切割加工，先按圖3中俯視圖線切割，再按主視圖線切割，由於第二次加工的找正（定位）誤差，使工件很難達到圖樣要求。現將原來沖頭１件改為2件（見圖4），分別單獨加工。先按俯視圖線切割，再按主視圖放量線切割，然後通過磨削加工接平原線切割面，從而達到零件加工精度要求。

圖3　原沖頭

圖4　改進後沖頭

（2）沖頭尾部與上模座之間增加了一個淬火墊板。同時將上鑲板局部增厚，縮短了沖頭探出鑲板的長度，提高了沖頭的剛性。

（3）增加兩個小導柱，小導柱與卸料板的間隙很小，

最大為0.04mm，小導柱的增加可以減少卸料板在卸料過程中移動時將沖頭碰斷的可能性。

（4）由於工件較厚，試模時普通的彈簧不能將工件卸下來，考慮到矩形彈簧的卸料力較大，選用矩形彈簧卸料，卸料力大但衝擊力也大，大的衝擊力傳遞在卸料板上，卸料板不平穩也有可能將沖頭折斷，所以加上聚氨脂橡膠，墊在鑲板與卸料板之間，達到平穩卸料。改進後上模裝配如圖5所示。

圖5　改進後上模裝配

1.彈簧 2.上鑲板 3.墊板 4.上模座 5.沖頭 6.聚氨酯 7.卸料板

另外沖頭間隙的取值更是一個關鍵問題：間隙大了，毛刺大；間隙小了，沖頭易折斷。本次沖裁物件為5mm厚的銅排，查資料得出沖裁間隙約為0.5mm左右，事實上查表（按軟銅）得出的結論就是模具雙邊間隙0.40～0.50mm，根據經驗資料測得（粗測）這種模具雙邊間隙為0.16～0.20mm，沖裁出的廢料光亮帶達到了3/4。對於沖裁模具來說，合理間隙其光亮帶的範圍理論上為1/3左右。從光亮帶的長度可以看出沖裁間隙過小，所以對模具間隙先取了兩種間隙值0.28～0.32mm，0.38～0.42mm。凹模尺寸在滿足工件尺寸的情況下固定其設計尺寸，用沖頭來配間隙，根據兩種間隙設計的沖頭試沖後，最後確定用0.38～0.42mm間隙，沖裁品質好，沖頭也不易折斷。

通過以上分析我們優化設計出了汽輪發電機轉子銅排通風孔沖孔模圖（見圖6）。

圖6　優化後轉子銅排通風孔沖孔模

1.矩形彈簧 2.聚氨酯橡膠 3.沖頭 4.小導柱

結語

通過對模具結構的優化改進，解決了沖頭易斷裂的問題，同時降低了沖頭加工難度，優化改進後的轉子線圈通風孔沖孔模經實踐驗證非常成功，沖裁效果非常好，為產品的順利生產提供了保障。