专利名称：发电机磁极精锻成形的方法
技术领域：
本发明涉及一种发电机磁极精锻成形的方法。
背景技术：
磁极是发电机的关键，磁极需要在保证发电机输出较大功率的前提下，尽量减轻质量。磁极形状复杂，其六个极爪几何精度要求严格，不允许有差错。磁极的传统成形方法主要有铸造成形和普通锻造成形。其中，铸造成形工艺生产的发电机磁极，内部组织存在疏松、缩孔、偏析等缺陷，降低了磁极的电磁性能，难以满足性能质量要求。而普通锻造成形方法制造磁极的工艺过程是1).下料，2).加热，3).镦粗，4).预锻，5).终锻，6).切毛边，7).机械加工，这种方法虽然大大改善了磁极内部组织和性能质量，但是仍然存在制造工序长、生产成本高等缺点。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于提供一种生产工艺简单、发电机磁极性能质量和产品合格率高的发电机磁极精锻成形的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是发电机磁极精锻成形的方法，其特征是按如下步骤实现a)原材料下料将原材料切成料段，按照公式Db＝Dp-C确定料段直径，其中，Db为料段直径，Dp为磁极凸台的直径，C＝0～20毫米，料段的轴向高度H的尺寸由料段体积与磁极锻件体积相等条件确定；b)预锻将料段投入加热炉内加热至预定温度1000～1200℃，在预锻模内进行预锻成预锻件，料段在加热炉内加热时间为30～90秒；预锻件的下部为圆柱体，预锻件的上部为圆锥体，预锻件的下端外径D＝D0-B，D0为磁极的下端外径；预锻件的下端外径D＝D0-B，B＝3～5毫米，预锻件的上端外径Dq＝0.6D，角度θ为44-46°；c)将预锻件在闭式精密热锻模一次锻造成锻件，锻造温度为1150℃～950℃，锻造时间4～10秒；d)锻件切边；e)机械加工为发电机磁极产品。
本发明原材料下料采用公式Db＝Dp-C确定料段直径，料段的轴向高度H的尺寸由料段体积与磁极锻件体积相等条件确定；减少了原材料的浪费，降低了生产成本，同时也提高了磁极的成形精度和产品合格率。本发明根据磁极塑性成形规律设计了合理的预锻件，预锻件的下部为圆柱体，预锻件的下部为圆锥体，由有限元软件分析计算的结果，此种形状的锻件更有利于毛坯的流动和型腔的充满；预锻件的上部为圆锥体，下部为圆柱体，预锻件的下端外径D＝D0-B，D0为磁极的下端外径，B＝3～5毫米；预锻件的上端外径Dq＝0.6D，角度θ为45°，角度θ为预锻件的圆锥体的锥面与水平面之间的夹角；预锻件的形状和尺寸，经计算机成形数值模、优化设计拟和生产实践证明，有利于预锻件在闭式精密热锻模中的成形，其成形精度和产品合格率得到了很大提高，效果显著。将常规工艺中的镦粗与有预锻合二为一，节省了工序数量，提高了生产率。
采用加热后预锻工艺成形出预锻件，再经闭式精密热模锻成形出磁极精密锻件。本发明的预锻和精密模锻二工步精密成形的工艺方法，不仅减少了一个锻造工步，而且显著地改善了材料在模具中的塑性流动条件，避免了锻件上产生折叠或充不满现象，提高了磁极的内部质量和电磁性能以及产品合格率，缩短了磁极生产工艺流程，简化了生产工艺，减少了后续机加工。
本发明的闭式精密热锻模模型腔的底面有六个均匀分布的凸台，与之对应的凸模也有六个凸台，六个凸台的尺寸形状与磁极零件的六处凹槽一致，如图1所示的六处R；模具结构的这种独特设计使金属更加易于充满凸模的六个齿槽型腔。即冲头与凹模型腔上制造的相互对应的六个凸台，在改善材料在模具中的塑性流动条件的同时，减薄了锻件上连皮的厚度，减少了原材料的消耗。这种模具结构生产的锻件，在切边工序避免了一般厚连皮切边时对锻件外形的破坏，不对锻件外形产生影响，提高了锻件的几何形状精度，降低了切边工序的冲压力。金属在闭式精密热锻模中的塑性流动更加合理，提高了锻件质量，并最大限度的减少了锻件连皮的厚度。由于减少了锻件连皮的厚度，使锻件的原材料消耗更少，较现在一般结构的模具更加节省原材料，也使闭式精密热锻模的模具寿命更长，同时降低了锻件切边时的切边力、并使切边定位准确。
本发明的有益效果是生产工艺简单、发电机磁极性能质量和产品合格率高。
图1为发电机磁极产品的结构2是图1的A向视3是图1的沿B-B线剖视4为本发明的锻件的结构5为本发明的料段的结构6为本发明的预锻件的结构7为闭式精密热锻模具结构8为上模的结构示意9为将预锻件在闭式精密热锻模一次锻造成锻件示意中1-限位套，2-导套，3-导柱，4-上模座，5-上垫板，6-上模压圈，7-冲头，8-锻件，9-凹模，10-下模压圈，11-下垫板，12-顶杆，13-下模座，14-预锻件。
具体实施例方式
下面结合图1-9对本发明作进一步的阐述。
发电机磁极精锻成形的方法，按如下步骤实现1)原材料下料将原材料(棒材)切成料段，按照按照公式Db＝Dp-C确定料段直径，其中磁极凸台的直径为Dp，料段直径为Db，C＝0～20毫米，料段的轴向高度H的尺寸由毛坯体积与磁极体积相等条件确定；如图1、图2、图3、图5所示，由凸台直径Dp为Φ52毫米，确定料段直径Db为Φ45毫米，其中C取7毫米；按锻件图计算出锻件的体积，根据锻件体积与料段体积相等的原则，计算出料段高度为111毫米。
2)预锻将料段投入加热炉内加热至预定温度1000～1200℃，加热时间为30～90秒，在预锻模内进行预锻成预锻件，如图6。预锻件的上部为圆锥体，下部为圆柱体，预锻件的下端外径D＝D0-B＝105-3～5mm毫米，D0为磁极的下端外径，B＝3～5毫米；预锻件的上端外径Dq＝0.6D，角度θ为45°，角度θ采用45°为最佳方案，其成形精度和产品合格率最好，角度θ的公差为±1°。预锻件的高度H1可根据预锻件的体积与料段的体积相等条件确定，预锻件的圆锥体的高度H0可由角度θ确定。
3)闭式精密热模锻成形a)闭式精密热模锻模具的准备如图7、图8、图9，闭式精密热模锻模具，它包括上模、下模、上模座4、上垫板5、上模压圈6、下模压圈10、下垫板11、顶杆12、下模座13、导向机构。上模座4的两端与下模座13的两端由导向机构相连接，上模部分为上垫板5与上模座4由螺栓固定连接，带有六个凸台的冲头7嵌入上垫板5中，冲头外周围套有上模压圈6，上模压圈由螺栓与上垫板固定连接；下模部分为下垫板11与下模座13由螺栓固定连接，凹模9嵌入下垫板11中并压紧，凹模外周围套有下模压圈10，下模压圈由螺栓与下垫板固定连接，凹模9、下垫板11、下模座13上开有通孔，其通孔在制造时应保证轴心线的同轴度，顶杆12位于通孔内；导向机构由限位套1、导套2、导柱3组成，限位套固定在下模座13上，当锻件成形至尺寸时，限位套1与上模座4相接触，保证了锻件的轴向尺寸精度。
闭式精密热锻模的凹模的底面有六个均匀分布的凸台，与之对应的冲头也有六个凸台，六个凸台的尺寸形状与磁极零件的六处凹槽一致，如图1所示的六处R；模具结构的这种独特设计使金属更加易于充满凸模的六个齿槽型腔。同时，成形了磁极零件上的六个R凹槽，只留下3～5毫米的连皮。冲头和凹模凸台的高度均为H4，H4＝1/3H3；H3的高度如锻件图中的图4的所示。
在磁极锻件的闭式精密模锻过程中，很难使料段体积与闭式锻模型腔体积刚好相等，应在上模的极爪部分顶端设置补偿空间以容纳多余的材料。还要考虑型腔内封闭空气的排放，其极爪的型腔高度比正常高度高3～5毫米，这样既保证了磁极极爪的成形，又避免了毛坯体积的波动造成模具的损坏。冲头与凹模，顶杆与凹模间要有适当间隙，冲头和凹模间隙值取0.5～1.0毫米。顶杆和凹模间按IT8精度配合。
b)将成形的预锻件迅速放入闭式精密热锻模的凹模型腔中，压力机滑块带动冲头进入下模，磁极材料沿四周径向流动并向上直至充满冲头的六个极爪型腔，通过闭式精密热锻模具锻造成形；锻造成形后，在压力机滑块带动下冲头向上离开凹模，顶杆将留在凹模内的磁极锻件顶出。
4)锻件切毛边以锻件在闭式精密热锻模中成形出的六个凹槽定位，切除锻件上的连皮。
5)机械加工成磁极产品为常规工艺。
权利要求
1.发电机磁极精锻成形的方法，其特征是按如下步骤实现a)原材料下料将原材料切成料段，按照公式Db＝Dp-C确定料段直径，其中，Db为料段直径，Dp为磁极凸台的直径，C＝0～20毫米，料段的轴向高度H的尺寸由料段体积与磁极锻件体积相等条件确定；b)预锻将料段投入加热炉内加热至预定温度1000～1200℃，在预锻模内进行预锻成预锻件，料段在加热炉内加热时间为30～90秒；预锻件的下部为圆柱体，预锻件的上部为圆锥体，预锻件的下端外径D＝D0-B，D0为磁极的下端外径；预锻件的下端外径D＝D0-B，B＝3～5毫米，预锻件的上端外径Dq＝0.6D，角度θ为44-46°；c)将预锻件在闭式精密热锻模一次锻造成锻件，锻造温度为1150℃～950℃，锻造时间4～10秒；d)锻件切边；e)机械加工为发电机磁极产品。
全文摘要
本发明涉及一种发电机磁极精锻成形的方法。发电机磁极精锻成形的方法，其特征是按如下步骤实现a)原材料下料将原材料切成料段；b)预锻将料段投入加热炉内加热至预定温度1000～1200℃，在预锻模内进行预锻成预锻件，料段在加热炉内加热时间为30～90秒；预锻件的下部为圆柱体，预锻件的上部为圆锥体；预锻件的下端外径D＝D
文档编号B21J1/06GK1935408SQ20061012467
公开日2007年3月28日 申请日期2006年9月30日 优先权日2006年9月30日
发明者华林, 赵玉民, 毛华杰, 贾耿伟 申请人:武汉理工大学