1 200 MW定子沖片沖制工藝研究

唐群花

(上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240)

0 引言

1 200 MW定子沖片為扇形結(jié)構(gòu)，如圖1所示。沖片上分布的通風(fēng)孔特別多，且沖片外形尺寸特別大，徑向?qū)挾?28 mm，外圓弦長(zhǎng)達(dá)1 094 mm，是上電歷史上至今最大的多孔型結(jié)構(gòu)定子扇形片，單張沖片沖壓力超過(guò)2 000 kN，根據(jù)公司現(xiàn)有的沖壓工藝和沖壓設(shè)備，流水線生產(chǎn)沖壓力不夠，手工操作安全性差，此設(shè)備的生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題難以解決，需要我們開(kāi)發(fā)新思路，研究新工藝。

圖1 定子沖片示意圖

1 工藝方案分析確認(rèn)

方案1 在進(jìn)口4 000 kN流水線沖壓設(shè)備上進(jìn)行自動(dòng)沖制

雙片排料：經(jīng)計(jì)算雙片沖制的沖壓力超過(guò)設(shè)備名義壓力4 000 kN，雙片模一次沖制，模具制造難度極大，模具制造及修磨成本極高，而且在流水線生產(chǎn)中，通風(fēng)孔廢料的清除困難重重。排料方式如圖2所示。

單片排料：無(wú)論哪一種單片排料方式，都會(huì)產(chǎn)生三角形廢料區(qū)，原材料利用率極低，經(jīng)計(jì)算與雙片排料對(duì)比，一臺(tái)1 200 MW沖片需增加消耗130 t硅鋼板，極大地增加了原材料成本。排料方式如圖3所示。

圖2 雙片排料方式

圖3 單片排料方式

方案2 在舒樂(lè)3 150 kN沖壓設(shè)備上進(jìn)行手工操作

參照1 000 MW定子扇形片沖制工藝，將坯料剪成平行四邊形，如圖4所示，然后手工送片(平行四邊形坯料)，機(jī)械手接沖片，同時(shí)手工接余下的坯料并堆垛整齊，如圖5所示。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)模擬操作試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)沖制第一張沖片時(shí)送料距離太長(zhǎng)，坯料準(zhǔn)確送至定位銷(xiāo)位置難度極大，而且操作時(shí)存在一定的安全隱患。此方案利用余下的坯料沖制第二張沖片，原材料利用率與雙片沖制一樣，模具制造難度及修磨成本由于是單片沖制，相對(duì)較低，但一次送料到位難度極大，安全性差。

圖4 平行四邊形坯料

圖5 余下的坯料

方案3 在梯形坯料上單片沖制

增添剪刀車(chē)設(shè)備，先剪成雙向單片梯形坯料，再在沖壓設(shè)備上增添全自動(dòng)上下料設(shè)備進(jìn)行單片沖制，如圖6所示。此工藝方案需增添新設(shè)備，周期緊技術(shù)難度大；但可解決舒樂(lè)3 150 kN沖壓設(shè)備的生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題；充分利用呆滯的捷邁4 000 kN沖壓主機(jī)，用活固定資產(chǎn)，并可推廣至百萬(wàn)級(jí)等所有特大型沖片的沖制。

圖6 梯形坯料單片沖制示意圖

綜合分析各個(gè)方案，我們認(rèn)為從經(jīng)濟(jì)、安全及生產(chǎn)能力的提高等各個(gè)方面考慮，方案3為首選方案；方案2作為備案，全方位保證生產(chǎn)任務(wù)的完成。

2 方案的實(shí)施

2.1 新設(shè)備市場(chǎng)調(diào)研

經(jīng)調(diào)研，西門(mén)子公司的剪刀車(chē)設(shè)備呈X方向搖擺自動(dòng)交替剪切，如圖7所示，剪成雙向梯形坯料，國(guó)內(nèi)無(wú)此類(lèi)功能的剪刀車(chē)。西門(mén)子公司沖制定子扇形片的自動(dòng)上、下料原理及方向，如圖8所示，此類(lèi)大尺寸沖片機(jī)械手自動(dòng)上、下料沖制流水線難度極大，經(jīng)調(diào)研國(guó)內(nèi)也無(wú)此類(lèi)沖制流水線。

圖7 搖擺式剪刀車(chē)

2.2 新設(shè)備技術(shù)溝通及方案選定

流水線剪刀車(chē)：與相關(guān)專(zhuān)業(yè)制造剪刀車(chē)設(shè)備的公司進(jìn)行了技術(shù)溝通，根據(jù)我們的定子扇形片特點(diǎn)及剪切要求，建議制造設(shè)備公司參照西門(mén)子剪刀車(chē)設(shè)備的原理進(jìn)行設(shè)計(jì)制造。但是設(shè)備制造商們認(rèn)為搖擺式剪刀對(duì)設(shè)備的制造精度要求特別高，設(shè)備的剪切精度壽命較短，制造成本又高。經(jīng)充分技術(shù)溝通后，決定參照此原理，選用一種可喇叭口方向擺放的雙剪刀車(chē)流水線方案，此形式同樣能達(dá)到剪梯形的要求，這樣流水線長(zhǎng)度較長(zhǎng)，但設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本較低，剪料尺寸精度完全可以保證，剪料流程示意圖,如圖9所示。

圖9 剪料流程示意圖

與現(xiàn)有設(shè)備配用的自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)：與相關(guān)專(zhuān)業(yè)制造自動(dòng)線的公司進(jìn)行技術(shù)溝通，根據(jù)我們公司捷邁4 000 kN沖壓設(shè)備的現(xiàn)狀，安裝場(chǎng)地位置尺寸及定子扇形片結(jié)構(gòu)、尺寸等情況，雙方共同進(jìn)行可行性分析，并請(qǐng)制造商將設(shè)計(jì)方案通過(guò)動(dòng)畫(huà)模擬形式供我們分析，以保障方案的有效實(shí)施。最后經(jīng)充分溝通、認(rèn)證，選擇的自動(dòng)上下料沖壓流水線示意圖，如圖10所示。

圖10 沖壓流水線示意圖

通用于兩臺(tái)設(shè)備的專(zhuān)用托架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 在專(zhuān)用托架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中， 我們既要考慮托架在2臺(tái)設(shè)備上的定位位置， 保證沖制沖片時(shí)坯料能送至沖制模具的定位位置內(nèi)， 又要考慮將來(lái)大汽發(fā)所有沖片能在此托架上堆垛通用， 并且堆垛時(shí)需有空間位置避開(kāi)設(shè)備上的側(cè)面定位板， 保證沖片堆垛整齊， 托架強(qiáng)度足夠。我們經(jīng)過(guò)反復(fù)推敲， 在常規(guī)方形實(shí)體托架的基礎(chǔ)上作了大量的徹底改進(jìn)， 改進(jìn)后的托架示意圖及實(shí)物， 如圖11所示。

圖11 托架示意圖及實(shí)物

2.3 新設(shè)備試生產(chǎn)中的各種技術(shù)問(wèn)題處理

在流水線剪刀車(chē)的批量試生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)方向的梯形坯料在剛進(jìn)入輸送帶時(shí)會(huì)出現(xiàn)偏移而造成壞片。梯形坯料在托架上堆垛位置每一次不一致，且堆垛起始位置不整齊，影響后工序自動(dòng)上下料沖制。

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察分析后，我們?cè)谳斔蛶霸黾恿艘唤M導(dǎo)向滾輪機(jī)構(gòu)及側(cè)面擋板，如圖12所示，解決了沖片偏移及壞片問(wèn)題。通過(guò)改進(jìn)托架定位結(jié)構(gòu)精度及堆垛側(cè)面定位板位置，如圖13所示，解決了坯料堆垛位置的一致性及堆垛整齊度。

圖12 增加導(dǎo)向滾輪

圖13 改進(jìn)托架定位塊和堆垛側(cè)面定位板

在自動(dòng)上下料機(jī)構(gòu)的批量試生產(chǎn)中，發(fā)現(xiàn)梯形坯料送入模具時(shí)位置難以準(zhǔn)確到位問(wèn)題，沖制后下料機(jī)械手吸片不穩(wěn)定，堆垛不整齊等問(wèn)題。

我們從上料的源頭開(kāi)始觀察、分析，提出在地面軌道上增加止動(dòng)塊，使升降臺(tái)及托架得到初定位。然后在送料第一步位置在梯形坯料兩側(cè)增加氣動(dòng)活絡(luò)夾頭，使梯形坯料初定位中心位置。坯料送入模具后，由于沖片質(zhì)量大，慣性大，不容易保證沖片的準(zhǔn)確定位，提出在機(jī)床邊緣增加氣動(dòng)推塊，增加輔助推力將梯形坯料送入模具，解決了梯形坯料在模具中的準(zhǔn)確定位問(wèn)題。改進(jìn)后結(jié)構(gòu)如圖14所示。

圖14 上料改進(jìn)后結(jié)構(gòu)

下料機(jī)械手吸片不穩(wěn)定及堆垛不整齊問(wèn)題，我們觀察后發(fā)現(xiàn)機(jī)械手強(qiáng)度不夠，嚴(yán)重的抖動(dòng)影響了吸片穩(wěn)定性。堆垛時(shí)由于沖片尺寸大，下料速度快，靠定位板機(jī)械定位難以控制定位精度。提出增強(qiáng)機(jī)械手自身強(qiáng)度并增加連接板與沖壓設(shè)備固定，堆垛時(shí)增加氣動(dòng)推塊來(lái)進(jìn)一步提高堆垛整齊度。改進(jìn)后結(jié)構(gòu)如圖15所示。

沖制后沖片上的通風(fēng)孔小廢料清除問(wèn)題，成為了自動(dòng)流水線生產(chǎn)的一大難題。手工清除小廢料由于空間有限極其不方便，生產(chǎn)效率低。生產(chǎn)中自動(dòng)清除，由于沖壓設(shè)備廢料孔尺寸不夠大，均布在沖片上的通風(fēng)孔廢料無(wú)法掉落在設(shè)備廢料孔中。如何將廢料自動(dòng)掉落到設(shè)備廢料孔中，是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。

圖15 下料改進(jìn)后結(jié)構(gòu)

由于沖壓設(shè)備封閉高度及模具下模座支撐筋高度空間有限，安裝斜面鋼板無(wú)法使廢料自動(dòng)滑下來(lái)。我們絞盡腦汁，想到了高頻振動(dòng)原理，在斜面鋼板下安裝高頻電機(jī)帶動(dòng)鋼板高頻振動(dòng)，使鋼板上的小廢料在高速振動(dòng)中沿著斜面逐漸下落。模擬支撐筋空間高度及單位時(shí)間里沖制的廢料數(shù)量，進(jìn)行了小型試驗(yàn)，在一定坡度下，此高頻振動(dòng)裝置滿足我們的期望，單位時(shí)間里廢料完全能從斜面鋼板的頂端高速抖動(dòng)下落至下平面。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，我們修改了沖壓模具，在每個(gè)支撐筋空間里安裝了若干個(gè)高頻振動(dòng)裝置，解決了沖制過(guò)程中自動(dòng)清除沖片沖制后的通風(fēng)孔小廢料問(wèn)題，保證了流水線生產(chǎn)的正常進(jìn)行，又提高了生產(chǎn)效率。小廢料自動(dòng)清除示意圖如圖16所示。

圖16 小廢料自動(dòng)清除示意圖

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工藝攻關(guān)，全部方案得到了有效實(shí)施，不僅完成了我們公司歷史上最大的1 200 MW汽輪發(fā)電機(jī)超大結(jié)構(gòu)定子扇形片的生產(chǎn)任務(wù)，而且解決了剪沖分廠陳舊的舒樂(lè)3 150 kN沖壓設(shè)備長(zhǎng)期來(lái)的生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題，為完成大汽發(fā)的沖片沖制任務(wù)提高了設(shè)備產(chǎn)能和安全保障，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率，積累了自動(dòng)化設(shè)備改進(jìn)的成功經(jīng)驗(yàn)。