中小型变压器铁芯叠片打工艺孔案例分析
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中小型变压器铁芯叠片打工艺孔案例分析-机电论文
中小型变压器铁芯叠片打工艺孔案例分析
刘延昭
（特变电工衡阳电气分公司铁芯项目公司，湖南衡阳421007）
摘要：中小型铁芯产品是铁芯项目公司的拳头产品，但随着“十三五”的到来，要想顺利完成公司制定的战略计划，铁芯项目部任重而道远，车间生产仍受各方面制约，诸如生产效率提不上、交货进度经常推迟等一系列问题急需改善，特别是叠片这道工序影响较大。
环观整个行业，目前叠片工序基本上都是纯人工操作，产品的质量及使用性能对员工的素质及业务能力要求非常高，目前只有极少数行业龙头引入了自动叠片机，但是要付出的代价非常昂贵，仅仅叠片机就得上千万，还需要将整个车间的布局推翻重建。
在此背景下，各公司都在寻求一些突破方法来改善叠片工序。
现通过研究片型打孔定位及改变铁芯叠片模式来简化、改善叠片工序，减少叠片过程中人工修、敲等行为，以减少人为因素对铁芯的影响。
关键词：自动叠片机；生产效率；打孔定位
1案例背景
随着企业的发展朝着工业4.0的方向逼近，在各制造行业中，全机械自动化生产将是未来工厂发展的一个重大趋势。
“工业4.0”项目主要分为两大主题，一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程以及网络化分布式生产设施的实现；二是“智能生产”，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。
工人将会被越来越多的智能设备代替，未来工厂的人员结构可能大多为技术人员、设备操作人员、营销人员等非一线员工。
整个变压器铁芯制造业的明天也会如此，最依赖人工的叠片将会被引进的全自动
化叠片机取代（现有的自动叠片设备均需打孔定位），这个过程不会太遥远，而目前对此最重要的一环则是全片型打孔定位。
2案例描述
铁芯车间制作铁芯主要是客户来图加工生产，均规定了铁芯结构及工艺步进方案，本案例的难点在改善的前提下必须保证客户几个硬性要求，即保证铁芯空载损耗值及客户的铁芯总体结构不可改变。
铁芯车间常规叠片方式均采用横向三步进或四步进、无孔定位模式，员工在叠完一定厚度的铁芯片后，需要用专用工具进行修、敲等工序，把铁芯修齐，然后再继续往上叠，不同的员工整修的技术不一样，导致相同的铁芯叠出来的离缝、外观各有差别。
采用打孔定位后，叠片时在打孔位置放上定位杆，然后员工只需要把硅钢片往叠片台上一组组落料即可，不需要进行整形，或者只需要最终拔出定位杆进行少量整形，从而最大化地减少了各员工叠的铁芯之间的差异。
2.1产品打孔试验
铁芯车间先期对铁芯打孔生产进行了试验探索，车间组织技术及员工配合，对型号为S11630/10的油变进行打孔试验，采用全片型打孔形式，即中柱、偏柱、边柱各打一个16mm（车间原有最小打孔模具）中心孔，上下轭铁各打两个16mm孔（图1）。
在下料中由检验员进行过程监控，逐级下料逐级检查。
过程控制如下：下完料
后进行叠片，叠片中员工要填写好叠片记录表，对每级厚度进行精确控制；采用熟练员工叠片，且两台试验品均由同一组人员叠片，不准过程中换人；料不能混乱，使用料必须一致。
叠片完后进行空载损耗试验，试验控制如下：均由叠片台上压完铁芯直接起吊到试验区进行试验，避免了多次吊动造成损耗增加，且做试验时间定在下班后，避免存在电压不稳的情况影响结果。
铁芯外观及尺寸检测结果：未打孔铁芯实测主级厚130mm，总厚256mm；打孔铁芯实测主级厚130mm，总厚256mm；实测空载损耗试验结果：未打孔铁芯空载损耗值835W，打孔铁芯空载损耗值926W，高于未打孔铁芯空载损耗10%。
2.2问题原因分析
以上试验结果超出预期，经过揣摩并查阅一些相关专业资料（《变压器铁芯制造工艺》机械工业出版社），对本次产品试验结果差异提出几点原因说明及改进措施：
（1）经查阅，一般行业中中小型铁芯打孔应用于干变铁芯较多，干变铁芯对空载损耗要求较油变铁芯低，且容易做合格，打孔铁芯在正常工作时，磁路在硅钢片中流通时，遇孔将改变运行轨迹，在孔的周边聚集，造成额外损耗（图2），并且容易产生噪音。
解决此方案的有效途径为将孔改小，将车间常用的20mm、24mm模具换成8mm或10mm，经后续试验验证，能有效降低损耗3%～5%。
（2）设备打孔毛刺较深，造成相同的级数在叠片时，同一厚度情况下，打孔铁芯所需要的片数要少。
解决此问题的方法是对打孔模具进行修模与精调，减少毛刺。
这就需要培养员工换模、调模、拆模的操作水平，不然，模具的使用寿命及精度会下降得很快。
笔者认为，此次试验结果意义较为重大，让我们看到了全片型打孔的一些优点，即叠片效率有较大幅度提高（约20%，随着工人熟练程度的提高可能更高），可节约人力成本，并减少人为因素对铁芯质量的影响；也有不可忽视的一些缺点，如空载损耗增大，影响铁芯性能；下料时换模用时较多，影响横剪班工序下料时间；下料产生毛刺，影响铁芯噪音。
2.3铁芯横向步进改纵向步进试验
经过打孔试验，从结果中我们发现全片型打孔模式的最大劣势在于空载损耗高于平常的空载损耗约10%。
这个数值基本上相当于铁芯用料的硅钢片升一个牌号，即使换成小孔模具后空载损耗也超过原不打孔铁芯的7%。
在此基础上，我们通过不断研究发现，将横向三步进、两片一叠模式改为纵向五步进、一片一叠可有效减少空载损耗。
于是，车间再次进行试验，进行认证。
车间组织员工配合，再次对型号为S11630/10的油变进行由横向步进改纵向步进的探索试验。
以下对试验过程及过程控制与技术支持做一个简单概述：
（1）针对以往打孔图纸及查阅资料算出步进打孔尺寸。
重新设计出该型号的叠片图，保证窗高、窗宽、各级厚度等参数不变，然后制作下料单，并与纵横剪
班讨论下料方案可行性。
（2）做下料拼接试验进行论证：下头几圈料时，对产品进行拼接试验，经过反复试制后成功将产品料按要求试制打孔及纵向步进成功。
（3）过程监控照前述打孔试验步骤执行。
（4）再次进行空载损耗试验，由叠片台上压完铁芯直接起吊到试验区进行试验，铁芯外观及尺寸检测结果：未打孔铁芯实测主级厚130mm，总厚256mm；打孔铁芯实测主级厚130mm，总厚256mm。
实测空载损耗试验结果：未打孔铁芯空载损耗值840W，打孔铁芯空载损耗值870W，高于未打孔铁芯3%～4%。
3案例总结
该案例我们通过两种试验暂时缩短了批量较大且产品为容易制作的干变铁芯或对空损要求不高的油变铁芯订单中的叠片时间。
该方案对于小批量产品来说并不存在优势，即便如此，笔者仍然认为其意义较为重大，它让我们看到了全片型打孔的优点及一些不可忽视的缺点，如横剪线下料效率将有所降低，而且料架的使用数目增加，但至少在全自动化道路上又迈进了一步。
每一个好的工艺及其变更都需要经历反复磨砺及不断试验验证，逐级推进，在新的“十三五”征程上，笔者会将课题继续推广落实，并不断优化。
收稿日期：20150917
作者简介：刘延昭（1986—），男，湖南衡阳人，助理工程师，研究方向：变压器制造。