CN107790964A - 一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及混合励磁发电机用爪极成形制造技术领域，尤其是一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺，包括如下步骤：1)下料；2)加热；3)热锻；4)热处理；5)去氧化皮处理；6)冷精整；7)切削加工；8)去应力处理，其中，加热、热锻和热处理工序通过总线控制形成连续生产线实现自动化生产，热锻采用多工位高速精密热锻设备，将墩坯、预成形、终成形和切边工序集成化，在保证爪极尺寸形状符合图纸要求的前提下实现了对爪极导磁性能的控制和优化，从而使得爪极的生产质量稳定性大幅度提高，同时有利于促进混合励磁发电机综合性能的进一步提高。

Description

一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺

技术领域

本发明涉及混合励磁发电机用爪极成形制造技术领域，尤其是一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺。

背景技术

混合励磁发电机用爪极是基于汽车交流发电机高功率轻量化发展起来的一种新型结构的爪极，参见说明书附图，其与常规爪极的不同之处在于在爪极两侧面留有磁铁镶嵌槽，装配使用时在磁铁镶嵌槽中可镶嵌永磁体，从而可以使得交流发电机在不增加体积的情况下大幅度增加输出功率。

常规爪极早期制造工艺包括了铸造成形、板料冲压成形和冷挤压成形，其中铸造成形工艺由于铸造组织有锁孔和疏松，易漏磁，这种方法已日趋淘汰；板料冲压成形只能制造无磁轭爪极；冷挤压成形工序繁多、设备投资大，大批量生产经济性差，目前这两种方法也使用也不广泛。当前常规爪极的制造工艺主要采用锻造工艺，如江苏龙城精锻有限公司在中国专利文献中公开了一种汽车发电机用爪极及其制造工艺[公开号：CN1772413],其工艺步骤为a.下料；b.加热；c.镦粗；d.预锻；e.精锻；f.切边；g.磁性退火；h.冷整形；武汉理工大学在在中国专利文献中公开了一种发电机磁极精锻成形的方法[公开号：CN1935408A],其步骤为a.原材料下料；b.预锻；c.精锻；d.切边；e.机械加工；西安交通大学在中国专利文献中公开了一种汽车用发电机爪极成形工艺[公开号：CN102179464A],其步骤为a.下料；b.加热；c.径向镦挤；d.反挤；e.机加工；太仓久信精密模具有限公司在中国专利文献中公开了一种发电机爪极温冷联合成形工艺[公开号：CN103071978A]，其步骤为(1)下料；(2)整形；(3)墩头；(4)径向挤压；(5)切边；(6)磷皂化；(7)冷折弯；(8)冷整形；(9)压线槽；(10)冲孔；台州职业技术学院在中国专利文献中公开了一种汽车发电机爪极及其制造工艺，其步骤为a.毛坯成型；b.热处理；c.整形；d.磷皂化；e.冷整形一；f.冷整形二；g.精加工。

而混合励磁发电机用爪极由于两侧面的磁铁镶嵌槽精度要求较高，目前该位置主要采用切削加工或冷挤压的方式制造。如江苏龙城精锻有限公司在中国专利文献中公开了两种混合励磁发电机用爪极制造工艺[公开号：CN103386586A、CN105024503A],其中专利CN103386586A公开的步骤为毛坯成形-磁性退火-冷精整-钻内孔-精镗内控-车磁轭端面-铣磁铁镶嵌槽；专利CN105024503A公开的步骤为下料-加热-锻造-切边--冷挤-钻内孔-精镗内控-车磁轭端面。

现有技术的缺陷和不足：1、目前爪极的各种制造工艺中采用了很多技术手段来控制爪极的形状能符合图纸要求，达到了控形的目标。但是现有的技术手段都忽略了爪极不仅尺寸结构要符合图纸要求，而且对于导磁性能有着严格的要求，因此仅仅控形是不够的。对于常规爪极来说，由于现有的制造工艺基本已经基本能满足相应的导磁性能需要，因而并没有关注制造工艺对于爪极导磁性能的影响程度，更没有采用特殊技术手段去控制爪极的导磁性能，但是混合励磁发电机对于发电机高功率轻量化要求更高，进一步提高混合励磁发电机爪极的导磁性能能够在显著减小爪极体积的同时不降低发电机输出，这对于混合励磁发电机的发展意义很大；2、现有的混合励磁发电机用爪极制造工艺未考虑残余应力对于爪极导磁性能的影响，在毛坯基本成形后还增加了冷校正和各种切削工序。经过各种试验测试研究表明，这些额外工序明显的增加了爪极毛坯的残余应力，不仅降低了爪极成品的尺寸稳定性，还明显降低了爪极成品的导磁性能。因此，对于有着较高技术要求的混合励磁发电机来说，通过技术改进使得爪极成品在尺寸形状满足图纸要求的同时使得导磁性能达到最佳是非常有必要的。

工序集成化难点在于每一种精锻产品的多工位连续生产时节拍及锻后温度的要求都不同，对于混合励磁爪极采用多工位连续生产时的生产节拍和锻后温度需要花费很长时间摸索和试错才能获得，而且由于每一种产品在不同锻后温度下的组织和性能不同，需要相匹配的锻后热处理工艺参数及去应力处理设置才能获得理想的力学性能和导磁性能。简而言之就是综合运用不同技术手段时若干技术参数条件匹配下的最优参数获取很难，试验样本很多，工作量很大且现场试验成本很高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了解决现有的混合励磁发电机用爪极制造工艺在毛坯基本成形后需增加冷校正和各种切削工序，明显的增加了爪极毛坯的残余应力，进而明显降低了爪极成品的尺寸稳定性和导磁性能问题，本发明提供了一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺，包括如下步骤：1)下料；2)加热；3)热锻；4)热处理；5)去氧化皮处理；6)冷精整；7)切削加工；8)去应力处理，其中，加热、热锻和热处理工序通过总线控制形成连续生产线实现自动化生产，热锻采用多工位高速精密热锻设备，将墩坯、预成形、终成形和切边工序集成化，在保证爪极尺寸形状符合图纸要求的前提下实现了对爪极导磁性能的控制和优化，从而使得爪极的生产质量稳定性大幅度提高，同时有利于促进混合励磁发电机综合性能的进一步提高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺，包括如下步骤：1)下料；2)加热；3)热锻；4)热处理；5)去氧化皮处理；6)冷精整；7)切削加工；8)去应力处理，

其中，加热、热锻和热处理工序通过总线控制形成连续生产线实现自动化生产，热锻采用多工位高速精密热锻设备，将墩坯、预成形、终成形和切边工序集成化。

优选地，热处理采用在热锻生产线后连接网袋式热处理生产线或保温箱进行锻后余热等温正火。

优选地，热锻后温度800±10℃,等温正火温度450-600℃,正火保温时间5-8h。

优选地，采用机械压力机为爪极无需切削加工的面进行冷精整工序。

优选地，采用数控车床为爪极关键装配面进行切削加工工序。

优选地，对爪极进行去应力处理,其中,退火温度为300-500℃,退火时间为2-4h。

优选地，下料采用精密剪床或锯床下料，原材料为含碳量低于0.1％的低碳钢及超低碳钢。

优选地，加热采用感应加热炉加热，其中，加热温度1100-1300℃。

爪极无需切削加工的面：如爪极的磁铁镶嵌槽、槽口、爪极侧面、爪极外圆面等；

爪极关键装配面：如爪极的中孔、磁轭外圆面等。

本发明的有益效果是：

(1)本发明提供了一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺，包括如下步骤：1)下料；2)加热；3)热锻；4)热处理；5)去氧化皮处理；6)冷精整；7)切削加工；8)去应力处理，其中，加热、热锻和热处理工序通过总线控制形成连续生产线实现自动化生产，热锻采用多工位高速精密热锻设备，将墩坯、预成形、终成形和切边工序集成化，本发明解决了背景技术中爪极制造工艺只控形不控性的缺陷，在现有技术基础上综合运用多工位连续生产、锻后余热等温正火、去应力处理等技术手段提出了一种控形控性制造工艺，在保证爪极尺寸形状符合图纸要求的前提下实现了对爪极导磁性能的控制和优化，从而使得爪极的生产质量稳定性大幅度提高，同时有利于促进混合励磁发电机综合性能的进一步提高；

(2)采用集成化避免相邻工序间的低效传送，也可省略昂贵的中间存放环节，热锻后爪极基本成形，部分尺寸已经达到成品要求；

(3)热处理采用在锻造生产线后连接网袋式热处理生产线或保温箱进行锻后余热等温正火，消除锻后零件的组织缺陷，均匀化晶粒，提高爪极的导磁性能且大幅度提高了生产效率；

(4)采用机械压力机为爪极后续无需切削加工的面进行冷精整工序，如爪极的磁铁镶嵌槽、槽口、爪极侧面、爪极外圆面等；；

(5)采用数控车床对爪极的关键装配面进行切削加工工序，保证关键部位尺寸精度符合图纸要求，如爪极的中孔、磁轭外圆面等；

(6)对爪极进行去应力处理，退火温度300-500℃，退火时间2-4h，消除零件中的残余应力，进一步稳定尺寸并提高爪极的导磁性能。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是采用本发明工艺制成的混合励磁发电机用爪极的实施例的主视结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图2中爪极指的B-B剖视图；

图4是图2中爪极指的C-C剖视图；

图5是前后爪极装配后的结构示意图；

图6是图5的D-D剖视图。

图中：1.爪极本体；1-1.定位键槽；2.爪极指；2-1.磁铁镶嵌槽；2-11.槽口；2-2.爪极侧面；3.中孔；4.爪极外圆面；5.磁轭端面；6.爪极指中心线；7.磁轭外圆面；8.底平面；9.内斜面；10.风扇平面；11.永磁体。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

本发明采用数值模拟软件结合工艺验证的手段来解决现有技术中存在的工序集成化难点，采用控制变量法，即先固定某几个技术参数，比如说锻造生产节拍10件/min和锻后温度750℃，然后改变去应力处理温度和保温时间来获得相应的产品和性能参数，获得最优产品性能下的退火温度400℃。接着采用相同的方法获得其它优化的工艺参数。

在试验过程中，因技术参数变化区间比较大，而技术参数匹配和最终产品性能之间没有明显的关联规律。我们对技术参数的变化区间进行了更小的划分，现有技术中一般采用的温度变量是700℃，750℃，800℃，而我们将变量划分为每20℃一个区间，进行更小区间内的变量试验研究。

经过大量试验研究，我们对残余应力和导磁性能之间的关系作出了定性研究分析结果，通过对不同状态的爪极零件测试其导磁性能，证明了爪极零件残余应力越大，产品的磁导率和饱和磁感应强度越高，矫顽力越低。

经过试验，加热温度1180-1150℃，锻后热锻后温度800±10℃，等温正火温度450-600℃，去应力退火温度300-500℃温度区间内爪极的形状和性能能达到一个完美的平衡，试验数据表明采用本技术发明消除了零件残余应力后，爪极的服役要求的饱和磁感应强度(B₅₀₀₀)平均值提高了0.2mt，超过原有技术饱和磁感应强度(B₅₀₀₀)平均值(1.6mt左右)的10％，起到了预料不到的技术效果。

一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺，包括如下步骤：

1)下料，其中下料采用精密剪床或锯床下料，原材料为含碳量低于0.1％的低碳钢及超低碳钢；

2)加热，采用感应加热炉加热，其中，加热温度1100-1300℃；

3)热锻；

4)热处理，热处理采用在热锻生产线后连接网袋式热处理生产线或保温箱进行锻后余热等温正火，热锻后温度800±10℃,等温正火温度450-600℃,正火保温时间5-8h；

5)去氧化皮处理；

6)冷精整，采用机械压力机为爪极无需切削加工的面进行冷精整工序，如爪极的磁铁镶嵌槽2-1、槽口2-11、爪极侧面2-2和爪极外圆面4等；

7)切削加工，采用数控车床为爪极关键装配面进行切削加工工序，如爪极的中孔3、磁轭外圆面7等；

8)去应力处理，对爪极进行去应力处理,其中,退火温度为300-500℃,退火时间为2-4h，

其中，加热、热锻和热处理工序通过总线控制形成连续生产线实现自动化生产，热锻采用多工位高速精密热锻设备，将墩坯、预成形、终成形和切边工序集成化。

优选地，去氧化皮处理可选用抛丸，也可采用其他手段诸如抛沙或超声波处理等。

优选地，去应力处理可采用真空去应力退火，也可采用其他手段共振处理等。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (8)

1.一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺，其特征在于：包括如下步骤：1)下料；2)加热；3)热锻；4)热处理；5)去氧化皮处理；6)冷精整；7)切削加工；8)去应力处理，

其中，加热、热锻和热处理工序通过总线控制形成连续生产线实现自动化生产，热锻采用多工位高速精密热锻设备，将墩坯、预成形、终成形和切边工序集成化。

2.如权利要求1所述的一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺，其特征在于：热处理采用在热锻生产线后连接网袋式热处理生产线或保温箱进行锻后余热等温正火。

3.如权利要求2所述的一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺，其特征在于：热锻后温度800±10℃,等温正火温度450-600℃,正火保温时间5-8h。

4.如权利要求1所述的一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺，其特征在于：采用机械压力机为爪极无需切削加工的面进行冷精整工序。

5.如权利要求1所述的一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺，其特征在于：采用数控车床为爪极关键装配面进行切削加工工序。

6.如权利要求1所述的一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺，其特征在于：对爪极进行去应力处理,其中,退火温度为300-500℃,退火时间为2-4h。

7.如权利要求1所述的一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺，其特征在于：下料采用精密剪床或锯床下料，原材料为含碳量低于0.1％的低碳钢及超低碳钢。

8.如权利要求1所述的一种混合励磁发电机用爪极的控形控性制造工艺，其特征在于：加热采用感应加热炉加热，其中，加热温度1100-1300℃。