馮天福

（東方電氣股份有限公司，成都 611731）

東方電氣股份有限公司對汽輪發(fā)電機轉子槽襯加工的原工藝為圓盤鋸加工。因為在加工過程中鋸齒與工件之間存在高速沖擊，而且槽襯為較脆的絕緣層壓板料，所以在加工過程中會產生較大粉塵和噪聲，而且加工精度也難以控制，從而導致加工效率較低。為此，設計了轉子槽襯專用加工設備來解決這些問題。

1 背景介紹

1.1 轉子槽襯加工要求

汽輪發(fā)電機轉子槽襯是厚度約為1.5 mm，長度為6～9 m 米的“L”形超長絕緣板料，如圖1 所示。槽襯毛坯由復合材料壓制而成，在A、B 尺寸方向存在余量毛邊，需根據圖紙要求去除毛邊以滿足尺寸公差要求。

圖1 槽襯尺寸圖

1.2 圓盤鋸加工方式

1.2.1 加工過程

首先，初步加工板料，加工時選擇圓盤鋸片裝卡牢固，然后在平臺上調整、壓緊擋板，開啟設備去除槽襯A、B 高度方向毛邊，并留20～30 mm 加工余量。其次，精加工A、B 高度，加工時先調整擋板位置至產品要求尺寸，然后開啟設備試切削10～20 mm，并測量試切削部分的尺寸，達到圖紙尺寸要求后開始加工整體槽襯。最后，對加工完成后的槽襯進行打磨鉗修處理。加工示意圖如圖2 所示。

圖2 槽襯加工示意圖

1.2.2 主要缺點

第一，加工過程中圓盤鋸片會對產品產生高速沖擊，斷面毛刺多，且易造成斷面分層，同時，加工過程中產生的噪聲大、粉塵多，對職工身心健康影響很大。第二，加工尺寸不易控制，往往需多次校準才能夠保證，調整過程麻煩，耗費工時較長。第三，需要人工送料及引料，操作不便，勞動強度大。第四，加工后工件斷面毛刺多，需進行手工打磨鉗修處理，加工精度一般，如圖3 所示。

圖3 加工斷面示意圖

2 轉子槽襯專用滾剪設備結構

該專用設備主要由滾剪刀盤組、定位導向機構、傳動機構、進給機構、電氣數顯裝置、支撐架體等組成，裝配結構如圖4 所示。

圖4 滾剪設備結構

3 工作原理分析

3.1 滾剪機理

滾剪過程及槽襯變形過程如圖5 所示。加工時，槽襯工件通過兩圓盤滾刀之間時，刀片會給槽襯施一定的擠壓力，使槽襯與刀盤接觸區(qū)域產生變形，隨著切入深度增加，槽襯在接觸區(qū)域的變形量也隨之增加，槽襯工件將先后發(fā)生彈性變形及塑性變形，當變形量達到一定程度時（與槽襯工件材料參數有關，一般為厚度的1/4～3/4），受壓的部分就會從原板上斷裂。兩刀盤間在水平方向及豎直方向均要求有間隙量或者重疊量，該間隙量或者重疊量的大小將對滾剪加工過程產生重要影響。

圖5 剪切過程

3.2 滾剪過程力學分析

在滾剪加工過程中，槽襯會受到刀盤產生的擠壓力N及摩擦力F。壓力N在豎直方向的分力P1起到剪切作用，在水平方向的分力Q起到阻止槽襯進入刀口的作用；摩擦力F在水平方向的分力R會起到對工件自動牽引進料的作用，在豎直方向的分力P2會起到剪切槽襯工件的作用。P1及P2的合力形成了剪切力P。另外，滾刀組軸需要輸入相應滾剪力矩M以驅動整個工作流程。滾剪加工過程中，槽襯受力分析示意圖如圖6 所示。

圖6 槽襯受力分析示意圖

3.3 受力計算

結合圖6（a）可以計算出所需剪切力P'為：

式中：K1為刀刃側向間隙影響系數，取值為1.2～1.4；K2為刀刃磨鈍影響系數取值為1.1～1.3；τ為被剪槽襯材料的剪切抗力；SABCD為四邊形ABCD的面積；α為送料角；h為槽襯厚度；ε為發(fā)生斷裂時，槽襯工件的相對切入深度，該參數與材料相對延伸率有關。

分析可見，剪切力與槽襯送料角、槽襯厚度、刀具性能、刀盤組安裝相對位置及槽襯材料性能參數均有關。在實際工作過程中，由于刀盤重合量x及槽襯厚度h相對于刀盤直徑2r來說很小，故α實際變化量很小，因此所需剪切力P'會隨槽襯厚度h增加而增大。

剪切過程中，槽襯所受摩擦力F為：

式中：μ為刀盤與槽襯之間的摩擦力因素。

理論剪切力P為：

分析可見，能否實現自動牽引送料只與送料角α有關。由于α＜90°，故送料角α應隨刀盤半徑r增大而減小，隨工件厚度h 及上下刀盤豎直方向重疊量x增大而增大。而刀盤與槽襯間的摩擦力因素μ及相對切入深度ε只由材料性能決定，為固定值，因此在槽襯厚度h一定的情況下，可采取增大刀盤半徑及減小刀盤間豎直方向重疊量的方法來保證自動牽引送料成功。

4 主要結構設計

4.1 刀盤間隙調整結構及調整方式

由上述分析可知，刀盤間豎直方向必須有間隙量或者重疊量，此間隙量或者重疊量需要滿足槽襯工件剪切時相對切入深度的要求，從而使槽襯毛邊料從工件上斷裂；另外，刀盤在豎直方向的相對位置關系量x也會影響到滾剪能否自動進料。由于槽襯為自制材料，無法準確確定其性能參數μ及ε，因此需要保證刀盤在豎直方向的間隙能夠調整，以便在裝配過程中隨時調試x值，使其滿足加工要求。

刀盤水平側向間隙會對滾剪質量產生影響。結合槽襯板材的厚度和強度，若側向間隙過大，剪切時槽襯會產生撕裂現象，且槽襯斷面毛刺較多；若側向間隙過小，又會導致設備超載、刀刃磨損快等問題。因此，刀盤間隙的調整對該專用滾剪設備非常重要，間隙的大小將直接影響刀盤的使用壽命、剪切質量及設備運行情況等。槽襯專用滾剪設備剪切部分的結構如圖7 所示。

圖7 槽襯專用滾剪設備剪切部分的結構

豎直方向重疊量調整方式：第一，改變兩滾刀盤的直徑可以直接調整兩刀盤在豎直方向的重疊量或間隙量；第二，在上下軸支架之間增加調整墊片，通過調整墊片厚度能夠調整上下軸的間距，從而調整滾刀盤的重疊量或間隙量；第三，拉開或者縮小上下軸的間距會對齒輪的傳動造成影響，但由于槽襯厚度很薄，在刀盤豎直方向調整量需求不大，故采用負變位齒輪，配湊偏小的中心距，以滿足少量的軸距調整要求。第四，除在上下支架之間加調整墊片之外，還可以在下軸承座下加調整墊片，也可以起到調整軸距的作用。水平方向側向間隙量調整方式：修磨上滾刀刀柄盤或下滾刀刀柄盤能夠起到調整一對滾刀側向間隙的效果。

因為在實際使用過程中，槽襯工件厚度變化很小，所以在一次調整完成后，就能夠適應長期槽襯滾剪加工要求，刀盤在各方向相對位置關系量的調整也只需在設備安裝調試過程中一次調整完成即可，不需頻繁調整。因此經過以上調整環(huán)節(jié)已可以滿足該加工條件對設備的要求，且設備結構簡潔，無需另設專門的間隙調整機構。

4.2 導向輪組間隙調整結構

除滾剪加工執(zhí)行機構之外，槽襯工件定位導向機構也是該設備的關鍵結構之一。定位導向機構的設計將影響槽襯通過滾剪刀口的穩(wěn)定性，從而影響加工后工件斷面的直線度，這一直線度將反映為工件尺寸A、B 的公差。而尺寸A、B 的公差正是該專用設備需要滿足的關鍵控制要求。導向機構的結構設計如圖8所示。

圖8 導向機構的結構

為使槽襯能夠穩(wěn)定定位導向，槽襯工件需要在導向輪中盡量夾緊。然而，由于槽襯為細長工件，剛性較差，如果被過分夾緊不利于槽襯通過導向通道。雖然配有導向輪，槽襯工件與導向輪之間為滾動摩擦，但過分夾緊仍會影響自動牽引送料的效果，甚至有可能引起槽襯卡阻及彎曲變形等。因此，在該專用設備安裝調試過程中，需要根據實際情況將導向輪之間的間隙量調整到合適的值。另外，因為在水平方向及豎直方向均布置有導向輪組，所以需要在導向塊的水平及豎直方向設計調整環(huán)節(jié)，以滿足安裝調試要求。導向塊調節(jié)環(huán)節(jié)如圖9 所示。

圖9 導向塊調節(jié)環(huán)節(jié)

4 應用效果

該汽輪發(fā)電機轉子槽襯專用滾剪設備能夠通過磁柵尺準確測量加工過程中的加工尺寸，并且能夠通過電氣數顯等方式直觀準確地反映加工過程中的尺寸控制情況。通過導向裝置，能夠使槽襯平穩(wěn)準確地通過滾剪刀口，保證了加工精度，降低了工件送料過程的摩擦力。除此之外，在該圓盤滾剪設備加工過程中，圓盤滾刀能夠對槽襯進行連續(xù)剪切，不存在沖擊，從而消除了噪聲和粉塵，改善了工作環(huán)境，且斷面無毛刺，加工效果較好，加工后的槽襯工件斷面如圖10所示。

圖10 槽襯加工斷面

從圖10 可以看出，通過滾剪專用設備加工后，斷面精度良好，從而免除了打磨工序，極大地提高了加工效率，而且通過該設備能夠自動牽引送料，免除了操作人員手動送料的工作，減輕了勞動強度，提升了裝置的可操作性。

5 結語

汽輪發(fā)電機轉子槽襯專用滾剪設備的設計應用，成功解決了原槽襯加工過程中存在的各種問題，在提升加工精度及效率、改善可操作性及車間工作環(huán)境等方面均取得了良好的應用效果，為優(yōu)化汽輪發(fā)電機轉子槽襯加工工藝起到了很好的推動作用，也為今后汽輪發(fā)電機轉子槽襯高產量、高質量的生產奠定了基礎。