利用可拆卸芯轴解决大型电机转子铁心装压的工艺探索

【摘 要】随着国民经济的发展，大型电机的生产规模日益增长，而大电机的制造亦不断受到设备加工能力的桎梏。本文通过一种可拆卸芯轴工装的使用，对解决大型转子铁心装压与压机设备开档不够的矛盾，进行了有益的工艺探索。

【关键词】可拆卸芯轴；转子铁心；装压；脱胎

交直流电机制造中，转子铁心的装压是非常重要的工艺步骤，而油压机是装压工序的关键设备。随着大型电机生产规模的不断增长，很多净长1m以上的大型转子铁心的加工与现有压机开档不够的矛盾愈发凸显出来。2011年，公司得到了制造一台YKS1000-4 15000KW 10KV大型交流电机的订单。利用现有设备，完成1.8m长转子铁心的压装加工，成为了这台我公司迄今生产的最大功率、最长铁心电机的工艺难题之一。

1. 现行工艺分析

1.1 对于高转速、大扭矩电机，转子铁心与转轴均采用较大的过盈配合。这种配合选择的转子铁心装压时，冲片无法直接与转轴进行叠装，需先设计制造一个叠片芯轴（假轴），芯轴与冲片内孔采用小间隙配合，将0.5mm厚硅钢板经冲制成型的转子冲片逐片叠装在叠片芯轴上，经油压机施以规定压力压紧、螺杆紧固后，将带芯轴铁心置于长度≥铁心长度的退胎上，用油压机压出芯轴。最后装压完成的铁心经加热使内孔胀大，与转轴（真轴）的铁心档形成合适的套装配合间隙，再热套成带转轴铁心。工艺简图见附图1。

图11.2 上述工艺特点：

（1）退胎高度≥铁心净长，否则芯轴退不出来。

（2）退轴时，芯轴脱离铁芯后掉落在压机工作台面上，对设备造成较大冲击，甚至伤害。

（3）芯轴加退胎总高度，要小于油压机工作开档。

（4）对大型铁心，芯轴重量可达几吨重，芯轴与铁心分离下落时，铁心仍在退胎上，易造成安全事故发生。

2. 工件及工艺条件分析

2.1 YKS1000-4电机转子铁心净长1.5m，加两端压圈，总长1.8m，铁心外径1086mm，质量6000Kg，铁心与转轴配合过盈量为0.40～0.50mm。因此铁心需先在假轴（芯轴）上叠压、紧固后，与真轴热套成带轴铁心。

2.2 通常叠片芯轴为方便冲片套入，设计为间隙配合，但为保证铁心叠压精度，该间隙又不能太大，一般设计为0.05～0.10mm左右。由于下列原因：

（1）冲片内孔有椭圆度误差 。

（2）冲片平面的不平度，在压装受力后产生延展变形，也造成内孔不圆度变形。

（3）冲片叠装后，片与片之间有径向错位。

（4）冲片键槽与芯轴上定位键有位置误差。

（5）冲片内孔毛刺，等 等。

2.3 装压后，芯轴与铁心间产生很大箍紧力，使得退出芯轴必须在压机上进行。叠压该铁心的芯轴设计结构长度为2.3m，每端长出铁心250mm。公司最大油压机工作开档为3.2m。那么：铁心长度1.8m + 一端芯轴长出铁心的0.25m+退胎长度至少1.5m = 3.55m>油压机工作开档3.2m。

图2 2.4 由于最大压机工作开档只有3.2m，小于该铁心压装后退胎所需的3.55m以上开档要求，将导致铁心叠装完成后无法退出芯轴。经对各种工艺方案讨论，相对寻求外协加工、购买设备、改变产品设计结构等等方案，我们认为改变常规工艺思路，研究一种能顺利退出铁心的可拆卸芯轴结构，不失为解决问题的一个经济、便捷的首要选项。

3. 采取措施

（1）既然不能借助外力将芯轴退出，那么如何设计一个能拆卸的芯轴（我们称之为活胎），压装后，通过拆卸的方法将芯轴取出来呢？经反复研究，确定了斜楔式可拆卸芯轴结构，其示意图见附图2。

（2）该工装是将我们常用的整体式结构芯轴的六个幅板，沿轴向进行斜面剖分（为了便于工装的二次使用，特意将其中铣定位键槽的一根筋板不做剖分，由于对侧筋板可分，所以并不影响方案的实行），在径向用沉头固定螺栓予以装配，并将上端面的筋板合缝处点焊牢固，形成整体后再加工外圆定位面，这样工装表面结构和加工精度都与原整体式结构工装相同。在使用时，按附图3方式将铁心进行叠装，当冲片高度逐渐叠至固定螺栓处时，先拆除该处一圈螺栓。逐步叠片，逐步拆除，直至铁心叠完。

图3（3）当铁心装配完成，需要退胎时，只需打磨开上端筋板合缝处焊点，用行车提拉胎具心轴，由于铁心自重较大，工装筋板内外斜面发生轴向错位、芯轴直径收缩，即可轻易地将芯轴的胎心部分由铁心内部提出，再取出外圈分离的筋板，就完成了铁心压装、退胎过程。当铁心自重还不足以克服筋板斜面摩擦力以使芯轴提出的特殊情况下，只需用榔头向下敲击外沿筋板，即可使胎具分离。

4. 结语

（1）可拆卸式芯轴成功的解决了大型转子铁心的装压、脱胎受制于设备高度的问题，满足了生产的需要。

（2）胎具结构简单；工艺安全、可靠。

（3）当拆开楔形筋板，在斜面间加薄垫片，重新装配、加工外圆后，该胎具可多次反复利用，经济性好。