直线电机定子背板加工变形分析

直线电机定子背板加工变形分析

乔鹏 任鹏远

哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040

摘要：公司近年来大力开发新产业新产品，承包了直线电机的项目，直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。本文重点介绍了直线电机定子背板的加工，分析定子背版的结构以及相关加工难点，重点分析了加工变形并提出解决方法，保证产品的加工精度和加工效率，为产品转型升级储备技术打下坚实的基础。

关键词：直线电机；定子背板；加工变形；

引言

公司为了开拓市场转型升级首次承包军工直线电机项目，其中定子背板为关键部件，结构负责数量多并且加工难度大，其加工任务是否能圆满完成关系到整个项目周期和交货节点。从结构上看定子背版属于薄壁镂空件，形状复杂，以往没有加工过该类型的产品，缺少该类型薄板工件的加工经验，如果按照以往的加工经验进行加工，加工表面光洁度差并且平面变形大达到1mm，变形较大尺寸无法保证，难以保证最终产品质量。为了保证项目顺利完成、提高产品质量，我们必须攻克定子背版的各种加工难点。

1分析定子背版的加工难点

对于直线电机定子背版，其结构设计不仅厚度薄，而且要求形位公差严格，尺寸精度高。在满足使用性能的前提下，为了减轻重量，其厚度尽可能的薄。在这类薄壁零件的制造过程中，通常较难用铸造等整体成形方法实现，同时由于其尺寸精度高。对此类零件，一般采用铣削加工成形。刀具常采用立铣刀，工件材料为轧制钢板，加工后的厚度最小处10mm，工件外形尺寸600x450mm。由于使用钢板加工时材料去除量大，厚度薄，在加工后常出现相当大的变形。若没有有效的措施，零件将因翘曲而精度降低，甚至无法使用。对于此类零件，在制定工艺方案时，应重点考虑控制变形问题。对于不同的零件，分析变形的特点，找到相应措施，经过多次的加工实验，总结一套解决该技术难题的工艺方法。关于定子背版其产生变形的主要因素可分为以下三种，若没有有效的控制措施，零件将因翘曲而精度降低，甚至无法使用。

1.1定子背版毛坯采用40厚不锈钢板材料进行加工，材质为06Cr19Ni10奥氏体不锈钢，在加工时最薄的位置达到10mm，同时有很多方形通孔，因此在加工时工件材料去除量大，由于材料存在内应力，在去除大量材料后内应力得到释放后会出现较大变形；

1.2由于产品结构设计原因，工件最终厚度很薄，随着加工不断去除余量，工件越来越薄，由于装夹力的原因会引起工件的变形，因此如果装夹力度过大、装夹方式不当也会产生较大变形；

1.3工件在切削过程中会受到切削力，由于刀具与工件挤压摩擦会引起工件产生应力变形，而工件因加工去除材料变薄后的强度无法抗衡切削变形应力，因此会造成工件上拱变形。

2制定定子背版的加工方案

对该零件经过分析可知，薄板件的加工变形是绝对存在的，但是采取一定措施可以减小，以至于最大限度地予以控制。在制定加工工艺方案时，应重点考虑变形问题，分析变形特点，针对每一个变形因素，从技术上制定相应解决措施。

2.1装夹方式的选择

取消原有的压板装夹加工方式，由于工件厚度薄采用压板装夹在松开压板时会产生向上变形，因此分析工件结构，在装夹时从侧面受力效果会更好，所以我们采用侧面两点挤压工件的方法，需要根据工件结构设计制造相关胎具包括挤板、压板、螺杆和垫片等。在工件装夹的时候需要将垫块放好，工件自然放置垫块上，打表检测四边的平面度，变形小于0.1mm即合格，之后装压板，缓慢轻轻逐个螺钉分多次拧紧，力度适中，打表检测四边同一位置，变形小于0.1mm无问题后进行开槽粗加工，减小切深和进给，粗加工切深降低到0.2-0.3mm左右，粗加工之后打表检测相关位置，变形0.1mm以内即合格（视情况决定，粗加工后松压板，检测自然状态的变形，找出变形原因，重新装夹），若有问题不可进行加工，与以上检测结果对比，进行分析。在装夹时必须注意：装夹时垫块垫实悬空部位塞实，加工过程中检测变形并监控，降低加工参数减小加工变形，发现问题时及时停止加工，消除问题后加工。采用挤压法的方式能够保证工件平面加工的整体性和一致性，没有接刀存在，同时设计一套绝缘垫板，配合薄铜皮的使用，将工件悬空部位垫实，能够有效的消除加工中的颤动，使加工过程更加平稳，保证了表面加工质量和图纸要求。

2.2工艺方案的制定

为了控制减小变形，生产出合格的产品，对以往原有工艺措施进行改进，利用反应变原理，采用反复翻面铣削，将铣削过程分为粗铣-半精铣-精铣三个阶段，要求采用4到6次翻身、反复拆卸装夹释放内应力和反复翻面铣削的方式，以达到两面最终基本平衡，在这个过程中逐步控制减小变形，以至于最终消除变形，最终保证工件平面度等形位公差，达到图纸要求。

2.3优化加工参数

在加工过程中需要对首件进行完整监测，记录每一步的加工参数和加工状态，并且根据加工工件的状态进行实时调整，检测工件尺寸和形变结果，在保证质量的前提下，不断优化参数并且提高加工效率。

2.4关于原材料的选择

工件采用不同的材料其加工状态会大不相同，因此原材料的选择对加工影响很大，常规来说选择材料要求本身轧制残余应力小，这样就能够一定程度上减小加工变形，同时要考虑材料的纹向，在加工时铣刀的进给方向和材料的纹向也影响零件的变形，最后也可根据分厂的生产条件可采用加工过程中退火或自然时效等方式。

3结论

定子背版切削加工变形的问题，通过以上工艺措施基本可以得到有效控制。采用改进后的工艺技术措施，解决了加工上的问题，克服了难点，加工过程更加平稳，达到控制减小变形的目的，有效地将变形控制在极小范围内，保证其平面度和尺寸精度，极大程度降低了报废率。同时经过多次的加工实验，总结出了解决该技术难题的工艺方法，形成标准化的加工参数，提高了加工效率，保证了直线电机项目的生产周期，为项目后续开展工作赢得时间，具有重要意义。今后针对不同的零件类型，应该采取不同的方法。对于个别工艺上难以控制变形的零件，则应考虑改进其结构设计，使之满足使用而又不变形，改进后结构应有利于控制变形。

作者简介：乔鹏（1988-），男，工程师，从事水轮机模型加工工艺研究、相关工装夹具设计工作。

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