哈尔滨电机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨150040
摘要：发电机组功率高、电流大、电压等级高，是我厂至今生产容量最大的机组。这给发电机定子线圈的设计与制造提出了较高的要求。除了形状不规则外，装入定子的线圈要保证线圈主绝缘厚度的均匀，在转角与升高处不能发偏，否则会在绝缘薄弱处形成击穿点，构成质量的不安全因素。线圈型线吻合度要好，防止在嵌线时出现因线圈间的空隙不均匀而造成端部相碰的问题。
关键词：小型汽轮发电机；锥体模性能；改进；
传统的线棒端部成形模设计制造工艺复杂、周期长、成本高，而目前市场上需求的是品种多、批量小、有特色的线棒端部，传统的制造技术已满足不了符合顾客要求和功能的产品需求。借鉴多点成形原理及多点柔性模具实时快速地根据目标件的形状调整模具的结构，而模具的结构通过上下可调的柔性杆（或称基本体）球头的包络面调整，所以改变柔性杆高度也就相当于更换新的成形模。
一、缺点
我厂传统上模具整体采用木结构，虽然其结构简单、制造廉价，但是也有缺点：(1)对模具中重要零部件如端部复杂的空间曲线配合面等，都靠工人参照二维图纸进行手工研磨，难以保证制造精度。(2)利用木模制造出的定子线圈型线吻合度较差，在嵌线时出现因线圈间的空隙不均匀而造成端部相碰的问题。木质结构使用过程极其容易被磨损，磨损后型线吻合度更差，必须重新更换。(3)生产过程中，端部型线部分通常靠机床去除大部分余量,后留余量靠工人研磨。机床操作者都是手动编程。对于复杂的型面，编程数据量大，输入速度极慢，准确率难保证。
二、小型汽轮发电机锥体模性能与改进
1.结构特点。锥体和锥体过渡部分的作用是使定子线棒渐开线能够成形。端部成型模具渐开线部分由锥体支架、锥体和锥体过渡部分构成，如图3所示。锥体支架起着支撑锥体、锥体过渡部分和线棒的作用。锥体支架主要由支撑脚，支撑骨架构成。每个锥体支架有高度相同的支撑脚，安装固化模时，用膨胀螺栓将支撑脚固定在地面上。支撑骨架使用方钢焊接而成，支撑脚均布于支撑骨架的四个角，支撑脚与支撑骨架采用焊接连接方式。焊接应保证锥体支架的整体刚度。锥体支撑骨架两侧焊接侧翼，每个侧翼需安装孔，用螺栓将锥体固定板与侧翼连接，固定板起着衔接锥体支架和锥体的作用。锥体由锥体底板，锥体侧支撑板和锥体板构成，锥体的锥度为0.712。定子线棒端部成型固化工艺过程中需要用铜锤敲打C型夹和斜楔，锥体板会间接受到冲击力。因此锥体板的厚度应不小于20mm，防止锥体板变形。锥体的各结构采用焊接连接方式。锥体底板与固定板采用螺栓连接，方便拆卸更新锥体。
2.改进模具设计。模具采用钢材，耐磨，使用寿命高。设计的结构保证每组结构基本相似，通用性强，制造方便，尽可能降低制造成本。零部件独立，更换操作方便、灵活。根据定子线圈结构及使用要求，新设计的模具结构分上、下层，上下层有两个端部，分别对应汽端和励端，所以一套模具共有4组，分别对应各个端部。每组结构基本相同，模具型腔就是定子线圈端部部分。材料为常见的Q235A，价格低廉。该套模具结构简单，过程加工，工序间模具的调整、更换部件操作方便、灵活。
3.设备技术方案实施。决定定子线棒形状尺寸的参数主要包括端部渐开线的基圆半径、仰角、轴向长度及直线长度，为了获得合适的参数组合，需要对设备部件进行旋转、位移或简单部件的更换等操作。（1）利用设备组合式结构的可调整性实现多种型号线棒的弯曲成形。线圈的直线部分长度通过可移动式双轨道装置调整基座的相对距离。线棒端部基圆半径通过内弯曲旋转臂上的螺旋升降机构调整定位。端部长度通过螺旋转动机构拖动外立板调整定位，线棒端部渐开线仰角通过内弯曲旋转臂内立板上的出槽口角度调整部件调整定位。线棒端部并头处的接圆半径通过端部径向调节及摆动部件上的螺旋升降机构调整定位，两端锥体分别由锥面连续的数块扇形体拼装而成，扇形体错位联结，凹模采用离散式的夹钳结构，与扇形体通过螺钉连接。不同产品仅需更换扇形体块及钳口辅助工具，然后通过调整设备的各部件，实现不同产品定子线棒的生产。扇形体的组合取决于线棒端部渐开线的基圆半径及端部长度，根据渐开线的计算原理及扇形体的设计特点，可建立相应的数学模型，通过计算确定最小半径扇形体的位置，并依此计算出各扇形体中线与渐开线交点及相邻间的距离，通过调整扇形体间的相对位置确定夹钳的精确位置。（2）机械、液压及电气一体化的操作系统，降低了工作人员的劳动强度，提高了企业生产效率。设备采用10组28个液压缸来完成线棒的定位、夹紧、调整、弯曲等工作，既保证了各线棒弯曲均衡统一，又减轻了操作者的劳动强度。带扩展构成的PLC控制系统，控制汽端和励端2套动力头组成对称分别加工。设置调整与正常2种功能，按程序设置加工顺序，用点步按钮控制步进，通过转换程序段实现排除故障后的继续加工。应用PLC的输出控制三位四通阀，当系统断电时设备能进行临界状态的保护。（3）实施方式。通过程序计算出决定定子线棒形状尺寸的端部渐开线基圆半径、仰角、轴向长度及直线长度等参数的调整数据，用于确定线棒直线部分的长度。设备内立板内侧与外立板中间加工面间距，用于确定线棒出槽口半径圆心与端部半径圆心轴线方向的距离。直线夹口与出槽口模块形成空间的中心面到直线夹口内面的距离，确保线棒直线部分截口的轴线方向的中心面通过发电机定子铁心中线。通过调节出槽口弯曲装置与内立板的相对位置。设备出槽口弯曲装配底板上面到轴线的距离，保证线棒直线底部到定子铁心轴线的相对位置。通过调节内立板装配上的丝杠实现参数的调节。设备线端弯曲装配底板上面到轴线的距离，决定定子线棒引线部分到发电机轴线的半径尺寸，通过调节外立板装配的丝杠可实现对参数的调节。为第一块扇形体中心高度，据此选择本产品所用锥体的第一块扇形体。以上各参数根据不同产品通过相关计算程序算出，通过各种专用工具在设备上予以确定后，用不同方式加以固定，以保证设备在使用过程中参数值不发生变化。使用该设备制造不同的产品线棒需要更换两部分部件，一部分是各钳口辅助工具，另一部分是锥体。
4.在加工方法上，为保证加工精度，先后选用了多齿铣刀、球头铣刀等分别对配合面、非配合面进行加工。由于压铁内腔毛坯余量不均匀，所以极易引起加工时切削力不均，造成切削振动，使工件发生加工变形。因此工作面必须进行粗铣、半精铣，为最后精加工留少许余量分层切削，精加工一次性不间断走刀完成。顶面及侧面非贴合部分为自由曲面，只进行粗精加工。程序数量多达228个。最后进行程序校验，利用UG设定参数，生成加工程序并利用3D动态模拟功能进行刀位三维仿真，以消除刀具与加工表面之间的干涉情况，并计算是否有刀具过切现象。经校验无误后，选择与机床控制系统相对应的后置文件进行程序后置处理，得到机床能执行的代码文件及加工程序，拷入机床系统进行加工。
设备通过机械部分的独特设计，使设备部件的位置可以根据产品需要进行变化，通过部件的不同位置组合形成不同的成形设备，达到了一机多用的目的。设备的研制是对专用成形模的突破，降低了模具的研制费用，缩短了产品的制造周期，提高了企业生产效率。
参考文献：
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