CN102825131B

CN102825131B - 用于发电机护环毛坯的变形强化装置

Info

Publication number: CN102825131B
Application number: CN201210336493.7A
Authority: CN
Inventors: 王黎; 张海英; 王以华; 踞强华
Original assignee: Shanghai Automobile Gear Works
Current assignee: Shanghai Automobile Gear Works
Priority date: 2012-09-12
Filing date: 2012-09-12
Publication date: 2015-08-05
Anticipated expiration: 2032-09-12
Also published as: CN102825131A

Abstract

一种金属塑性延展技术领域的用于发电机护环毛坯的变形强化装置，包括：从上至下依次设置的压力机、上支撑板、锥体、支撑架以及水平滑动设置于支撑架上的滑块，其中：待加工的护环毛坯设置于滑块上，锥体和毛坯之间设有楔块组合，该楔块组合的内表面锥度与锥体的外表面锥度相匹配，具体由8～12个扇形块结构的楔块组成。本发明省却了特制的昂贵的高压泵；原来需要使用的特大型300MN压力机降到50MN压力机。本发明相比液压变形装置省却了复杂的液压密封装置，简化了机械结构。

Description

用于发电机护环毛坯的变形强化装置

技术领域

本发明涉及的是一种金属塑性延展技术领域的装置，具体是一种用于发电机护环毛坯的变形强化装置。

背景技术

近年来，我围电力需求呈现快速增长趋势，发电机功率也越来越大，对发电机锻件的质量要求也越发苛刻。安装在透平发电机转子上的护环用于平衡离心力的作用，防止转子绕组正面的变形。在每一个透平发电机的转子上安装两个护环和两个定中心的环，用在透平发电机上的各种护环尺寸为：外径内径高150～900mm，厚20～100mm，定心环尺寸更小些。

护环除了高的力学负荷，在工作状态下还承受腐蚀作用。为了提高耐蚀寿命并满足25年的使用要求，护环应由无磁性奥氏体钢制造。围内外多使用高锰、高氮钢Mn18Cr18N制造，护环钢的其化学成分见表1。

表1护环钢Mn18Cr18N化学成分

C	Mn	Cr	Si	P	S	N
							0.092	19.4	18.42	0.89	0.25	0.008	0.48

发电机护环制造技术特别复杂。从开式熔炼钢锭制造电极，用电渣重熔这些电极成新的钢锭。随后：用钢锭拔长下料→镦粗冲孔→心轴拔长→芯棒扩孔→粗机械加工5→奥氏体化→二次机械加工5→变形强化→去除残留应力→最终机械加工5→测试零件。其中，变形强化阶段，传统工艺是使用90MN模锻压力机，在心轴上锻辗方法实现。为了降低变形力并提高毛坯塑性，毛坯变形前加热到500～550℃。用这样方法制造的护环流动极限σ0.2可达到950MPa。但是这样的强化方法在整个毛坯体积中存在变形不均匀性，限制了获得护环更高强度的可能性。

现在，对于功率800MW透平发电机的σ0.2必须大于1050MPa。为了强化这些毛坯，采用高压液体作用下的护环变形强化法。如图1所示，毛坯3装于上锥体1和下锥体4之间，锥体由心轴2导向。为了心轴和锥体之间工作型腔的密封，采用特殊结构的密封圈6。用高压泵5向毛坯、锥体和心轴所构成的空间注入高压液体，例如水乳化液，这时毛坯开始液体拉伸变形过程。在此时，上锥体在压力机以规定速度向下力的作用下移动。同时，高压泵以恒定功率，即7.2L/min，300MPa压力供给毛坯型腔高压液体。正如中国专利文献号CN101367104A，公开日2009-02-18中记载的一种“汽轮发电机补液液压胀形强化工艺”，该技术外设高压泵产生的高压液体通过高压缸内的通道，然后经由模具部分中的减力柱内的通道注入固定的上锥模与移动的下锥模及护环形成的封闭空间，使护环在液体压力的作用下发生塑性变形，从而达到强化护环的目的；通过调节低压缸内的液体低压来调节护环与模具接触部分的受力大小，起到密封及调整护环形状尺寸的目的，用位移传感器监测护环胀形尺寸。

中国专利文献号CN201918820U，公开日2011-08-03，记载了一种“无磁钢电机护环”，该技术在电机护环2的环内装入用于低温冷变形加工的下模4与上模1，在上模1与下模4之间装有保护层3，保护层3为一次性实用的辅料，每次冷压变形操作后再更换一个新的保护层。下模4是由若干个模块拼接而成的环形体，环形体的外环为圆形内环为多边形，环形体的外环与电机护环2的内表面配合，环形体的内环与保护层的外表面配合，保护层的内表面与上模的外表面配合。该保护层可将下模与上模隔离开，且在挤压的过程中起到了辅助润滑的作用，这样即可以顺利快捷的将护环进行冷变形强化，提高低温塑性变形的变形量。

但上述现有技术的不足之处包括：1)需要模锻设备吨位大；2)需要专用高压泵和复杂密封装置；3)成形锥体数量太少，且内部向外传力是六棱柱体，导致护环胀形受力不均匀，这样变形也就不均匀，造成性能各向异性，使产品合格率大幅下降，所能强化力学性能σ0.2只能达到950MPa，而800MW发电机所需护环的σ0.2必须大于1050MPa；4)在变形过程中，强化圈内外表面出现不圆柱度偏差而增加了机械加工余量，并且该技术中的护环底部与压机台面如何接触未表明，所制护环精度很难有效控制。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种用于发电机护环毛坯的变形强化装置，精简了昂贵的高压泵和复杂的液压密封装置，同时提高了护环尺寸精度；本发明所制护环的对外径重量860kg内外表面机械加工余量共为6mm；表面粗糙度Ra＝2～3.2；直径偏差不超过0.3％直径；母线精度±1.5mm。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：从上至下依次设置的压力机、上支撑板、锥体、支撑架以及水平滑动设置于支撑架上的滑块，其中：待加工的护环毛坯设置于滑块上，锥体和毛坯之间设有楔块组合，该楔块组合的内表面锥度与锥体的外表面锥度相匹配。

所述的滑块与支撑架之间设有复位弹簧。

所述的楔块组合与护环毛坯的内表面相贴合且为环向均匀分布，该楔块的高度大于护环毛坯的高度。

所述的楔块组合由8～12个扇形块结构的楔块组成。

所述的锥体以及楔块的表面光洁度为R_a＝0.08～0.16。

所述的滑块与支撑架相接触的接触面的表面光洁度为R_a＝0.16～0.08。

所述的锥体以及楔块的材质为硬度大于50HRC并且抗拉强度σ_b＞1200MPa的高强度合金钢，为配合锥体与楔块之间的接触表面能够承载350MPa的压力。

有益效果

1.本发明省却了特制的昂贵的高压泵；原来需要使用的特大型300MN压力机降到50MN压力机。

2.本发明相比液压变形装置省却了复杂的液压密封装置，简化了机械结构。

3.本发明使用楔模变形强化能够提供高毛坯精度，因此，比液压胀形强化减少了机械加工余量。内外表面机械加工余量共为6mm；表面粗糙度R_a＝2～3.2；直径偏差不超过0.3％直径；母线精度±1.5mm。

4.相比现有技术中σ_0.2只能达到950MPa，不能满足800MW发电机护环σ_0.2必须大于1050MPa的要求；本发明的方法完全达到护环的力学性能要求。

附图说明

图1为现有技术液压胀形强化装置示意图。

图2为本发明的装置剖视图。

图3为本发明楔块组合立体示意图；

图中：a)为组合状态结构示意图；b)单个楔块示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图2所示，本实施例包括：从上至下依次设置的压力机(未示出)、上支撑板1、锥体2、支撑架4以及水平滑动设置于支撑架4上的滑块3，其中：待加工的护环毛坯5设置于滑块3上，锥体2和毛坯5之间设有楔块组合，该楔块组合的内表面锥度与锥体2的外表面锥度相匹配。

所述的滑块3与支撑架4之间设有复位弹簧7。

所述的楔块组合与护环毛坯5的内表面相贴合且为环向均匀分布，该楔块组合的高度大于护环毛坯5的高度。

所述的楔块组合由8～12个扇形块结构的楔块6组成。

所述的定位销8与锥体2上端起向下50mm高的锥面过度配合，以给锥体定位。

所述的固定销9横穿锥体突出两耳，并与锥体孔过渡配合，以便把锥体牢牢地固定到上支撑板1上。

本实施例中的护环毛坯5坐落在滑块3上，使护环在受到胀形时向外移动自如，且能够精确控制。

如图3所示，本实施例中所述的楔块6的数量为10个，其材质为硬质合金YG3，硬度91HRA，内外表面光洁度R_a＝0.08～0.10，楔块6锥度为10°；所述的锥体2的材质为Cr12MoV，硬度52～54HRC，外表面光洁度R_a＝0.10～0.12；所述的滑块3底部与支撑架4上表面相接触的一侧表面光洁度为：R_a＝0.12～0.16。

所述的表面光洁度通过高速精磨辅以润滑材料实现。

所述的润滑材料为超细石墨乳和机油喷雾润滑。

本装置通过以下步骤进行具体工作：

第一步、按照要求将组装好的零部件装配到压力机台面上；

第二步、开动压力机，压机滑块下行，推动上支撑板下压锥体2，锥体2再将力传给楔块6，楔块向外径方向扩展毛坯5达到规定变形尺寸。

第三步、护环毛坯达到规定尺寸要求后，压机滑块回程，取出护环毛坯5。

使用时，实施例安装在50MN的压力机上。将2次机械加工后的毛坯5置于滑块3上，滑块3组件底板固定于支撑架4上。在压力机力的作用下，上支撑板1和锥体2向下移动，同时锥体2上的力通过楔块6作用到毛坯5上，使毛坯5的内径扩展到所需值。毛坯5变形扩张完成后，上支撑板1带着锥体2一起向上移动，同时，滑块3在复位弹簧7的作用下也向心轴作径向运动。

经本实施例加工后的护环根据室温下不同性能要求，将强化后力学性能分为3组，详见表2。其中第2组的平均流动极限σ_0.2＝1072MPa＞1050MPa，外径重量860kg。性能和尺寸都满足使用要求。

表2经本装置强化后护环在室温下的力学性能

Claims

1.一种用于发电机护环毛坯的变形强化装置，其特征在于，包括：从上至下依次设置的50MN的压力机、上支撑板、锥体、支撑架以及水平滑动设置于支撑架上的滑块，其中：待加工的护环毛坯设置于滑块上，锥体和毛坯之间设有楔块组合，该楔块组合的内表面锥度与锥体的外表面锥度相匹配，具体由8_~12个扇形块结构的楔块组成；

为配合锥体与楔块之间的接触表面能够承载350MPa的压力，所述的锥体以及楔块的材质为硬度大于50HRC并且抗拉强度σ_b＞1200MPa的高强度合金钢；

所述的锥体以及楔块的表面光洁度为R_a=0.08_~0.16；所述的滑块与支撑架相接触的接触面的表面光洁度为R_a=0.08_~0.16；

所述的楔块为硬质合金YG3，硬度91HRA，内外表面光洁度R_a＝0.08_~0.10，楔块锥度为10°；对应地：

所述的锥体的材质为Cr12MoV，硬度52_~54HRC，外表面光洁度R_a＝0.10_~0.12；

所述的滑块底部与支撑架上表面相接触的一侧表面光洁度为：R_a＝0.12_~0.16。

2.根据权利要求1所述的用于发电机护环毛坯的变形强化装置，其特征是，所述的滑块与支撑架之间设有复位弹簧。

3.根据权利要求1所述的用于发电机护环毛坯的变形强化装置，其特征是，所述的楔块组合与护环毛坯的内表面相贴合且为环向均匀分布，该楔块的高度大于护环毛坯的高度。

4.根据上述任一权利要求所述的用于发电机护环毛坯的变形强化装置，其特征是，所述的表面光洁度通过高速精磨辅以润滑材料实现。

5.根据权利要求4所述的用于发电机护环毛坯的变形强化装置，其特征是，所述的润滑材料为超细石墨乳和机油喷雾润滑。

6.根据权利要求1所述的用于发电机护环毛坯的变形强化装置，其特征是，所述的楔块的数量为10个。