Учебное пособие 800196

Высота пояска h определяет, сколько заточек можно выполнить для данного штампа.

h

h

h

Рис. 21. Заточка штампов

Различают стойкость штампа между переточками и полную стойкость штампа. Если стойкость между переточками обозначить как «n», то полную стойкость можно выразить следующим соотношением

Действительная же величина этого параметра колеблется в больших пределах (ориентировочно от 0,4 до 1,0 млн.), так как на него непосредственно влияет множество факторов, часто не поддающихся строгому учету.

Накопленный опыт конструирования и эксплуатации вырубных штампов позволяет сформулировать некоторые рекомендации, следуя которым, удается существенно повысить их стойкость /14/. Так, стойкость штампа заметно повышается с увеличение жесткости основных несущих и направляющих элементов (верхняя и нижняя плиты, съемники, направляющие колонии и др.), для чего закрытая высота штампа выполняется максимально допустимой с учетом параметров пресса. С целью улучшения качества среза полезно предусмотреть фиксации движения стальной ленты с помощью ловителей после подачи на шаг штамповки, а также подъем ее над зеркалом матрицы после вырубки для выхода заусенцев из окон матрицы. Важным условием нормальной работы штампа является равномерность зазора между пазами матрицы и пуансонами, перпендикулярность последних к зеркалу матрицы, что обеспечивается технологией обработки и сборки.

Резкое увеличение стойкости (в 25 - 50 раз) можно достигнуть, если изготовить рабочие части штампа из твердых сплавов (например, марки ВК20). Однако в электромашиностроении такие штампы распространения не получили

51

из-за сложности изготовления секторов матриц и пуансонов а также частого скалывания их при эксплуатации. Для изготовления вырубных штампов широко используются, хромистые стали Х12, Х12М, Х12Ф1 и другие. Их недостатком является значительная карбидная неоднородность, что снижает стойкость штампов. Поэтому при использовании этих сталей требуется многократная проковка заготовок. Новые штамповые стали Х6Ф4М, Х12Ф4М имеют более благоприятное сочетание механических и технологических свойств, повышают стойкость штампов до 40%.

В заключение следует упомянуть и чисто организационный прием обеспечения надежности технологического процесса штамповки. Это - изготовление и хранение в инструментальной кладовой штампов - дублеров, готовых к установке на пресса взамен вышедших из строя или отправленных на переточку. Такое «холодное резервирование» инструмента является оправданным, не смотря на его высокую стоимость.

4.6. Заусенцы

По контуру вырубки листа магнитопровода часто образуются заусенцы в виде острого края, вытянутого перпендикулярно к плоскости листа. Причинами их появление является, как упоминалось, износ режущих кромок штампа, неправильно выставленный зазор между матрицей и пуансоном, разнотолщинность материала и др. Заусенцы затрудняют сборку магнитопровода, могут препятствовать плотному прилеганию листов между собой, разрушают изоляцию между листами, что способствует увеличению потерь в стали при перемагничивании. Заусенцы высотой 10 мкм могут вызывать увеличение потерь в стали на 3 - 5 %.

В добавление к сказанному - наличие заусенцев повышает травматизм персонала при выполнении работ с листами.

Наиболее радикальным решением проблемы заусенцев - их удаление с деталей, для чего иногда вводится специальная операция. Проще всего удалить заусенцы обработкой листов с обеих сторон. На практике используется много способов удаления заусенцев, но большинство сводится к шлифовке листов по плоскостям. Производительный способ реализации этого ясен из (рис. 22)

3

n1 n2

Рис. 22. Удаление заусенцев

52

Два наждачных круга 1 и 2, имеющих необходимый осевой размер, вращаются в противоположные стороны с различной скоростью

Зазор между кругами определяется толщиной обрабатываемых деталей. Заусенцы на листах удаляются при проходе листа через зазор между

вращающимися кругами.

Нужно отметить, что удаление заусенцев - операция вынужденная и при проектировании производства ее стараются избежать. Более того, в ряде случаев ее введение может оказаться недопустимой (например, если листы штампуются из стали, имеющей покрытие). Поэтому проблема заусенцев решается другими путями. Из них нужно назвать два главных.

Это, во-первых - качественное выполнение штамповочных работ с допустимой высотой заусенцев, а во-вторых - при сборке (шихтовке) магнитопровода по матричному знаку заусенцы соседних листов будут направлены в одну сторону, и поэтому не будут разрушать межлистовую изоляцию. Последнее становится понятным из (рис.23), где показано прилегание листов, если заусенцы направлены в одну сторону (показано стрелкой).

Рис. 23. Расположение заусенцев при шихтовке

Современная технология предполагает возможностью взаимного ориентирования листов сразу после их выштамповки, что автоматически выполняет требования (рис. 23). Для этого выпадающие из отверстия матрицы листы попадают сразу в накопители, где сохраняют взаимное ориентирование друг относительно друга. Распространение получили два вида накопителей: стапелеры и транспортирующие трубы. Стапелеры выполняют в виде технологических оправок или вилок, входящих в центральное отверстие и отдельные пазы каждого листа. После заполнения листами сердечника стапелер транспортируется на участок сборки магнитопровода.

4.7. Термообработка и изолировка

Раскрой и штамповка электротехнической стали, приводит к образованию по контуру листа зоны металла с измененными физическими свойствами. Здесь материал подвергся пластическому деформированию и поэтому имеет структуру с деформированными кристаллами. Это явление называется наклепом. При толщине листа 0,35 мм зона наклепа занимает до 0,8 мм от его

53

кромки. Участков наклепа, на листе может быть еще больше, если лист подвергался изгибам, ударам и т.п. В зоне наклепа ухудшаются, электромагнитные характеристики стали: снижается индукция насыщения, увеличивается площадь петли гистерезиса, уменьшается магнитная проницаемость. Все это отрицательно влияет на магнитопровода, ухудшая характеристики электрической машины.

Для восстановления нарушенных электромагнитных свойств вы штампованные листы необходимо подвергнуть специальной термообработке - отжиму. В основе процесса отжима лежит нагревание листов до температуры рекристаллизации (600 - 8000С в зависимости от материала листов и способа отжима) с последующим медленным охлаждением. Последнее обеспечивает образование новых ненапряженных кристаллов, что способствует восстановлению физических свойств металла. Однако нагрев до высокой температуры листа могут взаимодействовать с окружающей средой (воздух или др.), что также повлияет на их свойства. Перед отжигом листа должны быть тщательно очищены и обезжирены. В зависимости от того, какие дополнительные задачи ставятся при проведении этой операции, используются различные способы отжига: с ограниченным доступом воздуха, в нейтральной среде, в восстановительной среде, в вакууме.

Отжиг с ограниченным доступом воздуха - самый простой и доступный. Детали загружаются в стальной ящик так, чтобы они были отделены от стенок ящика и друг от друга слоем измельченного асбеста или прокаленного кварцевого песка. Подсыпка предотвращает спекание листов при высокой температуре. Ящики закрывают крышкой в нахлобучку, и стык промазывают глиной - асбестовой смесью. Ящики помещают в печь, где они нагреваются до температуры отжига и выдерживаются до четырех часов. Затем печь выключают и детали охлаждают вместе с печью или в специальных термостатах со скоростью не более 50 град/час до 400 - 500 0С, затем - на воздухе. При отжиге с ограниченным доступом воздуха на поверхности листов образуется тонкий слой (до 7 мкм) слой окислов (в основном Fe3O4). Эта пленка механически прочна и обладает хорошими изоляционными свойствами.

Отжиг в нейтральной среде ставит целью предотвратить какое-либо химическое взаимодействие со средой под воздействием высокой температуры. Операция проводится в герметичной печи с продувкой азотом или нейтральным газом.

Отжиг в восстановительной среде предполагает кроме рекристаллизации материала также и очистка ее поверхности от следов окислов. В качестве восстановительной среды используется смесь азота с водородом (до 15%), операция также проводится в герметичной печи. Работы проводятся со всеми предосторожностями из-за опасности образования с воздухом гремучей смеси. После такого отжига листы рекомендуется сразу же направить на лакировку. Способ чаще используется при изготовлении машин, предназначенных для работы во влажной среде.

54

Отжиг в вакууме применяют при термообработке магнитомягких материалов со специальными свойствами (пермаллой, пермендюр и др.) Способ предотвращает растворение в материале различных газов (азот и др.), что позволяет значительно улучшить магнитные свойства материалов, используемых в маломощных информационных машинах, трансформаторов и дросселей для систем автоматики.

В последние годы широкое применение в электрических машинах получили слаболегированные и бескремневые электротехнические стали 2011 - 2013 /12, 13, 16/. Термообработка листов из этих материалов проводится в последовательности: обжиг для удаления следов масел (температура до 400 0Сс выдержкой до 30 мин); отжиг при температуре 750 8200С в нейтральной или восстановительной среде; оксидирование при температуре 400 - 600 0С. В последнем случае в качестве окислителя используют воздух или водяной пар. Добиваются получение тонкой окисной пленки (3 - 20 мкм), состоящей в основном из магнетита Fe3O4:

Затем листы охлаждают с регулируемой скоростью до 400 0С, а далее - на воздухе до температуры 30 50 0С.

Для выполнения этих работ в массовом производстве электродвигателей 4А освоена рольганговая электропечь /СР3 - 14.140.7/9х - 300 А, выполняющая все операции в автоматическом режиме /12/. Технологическая схема такой печи показана на (рис.24).

Камера 1 обжига масса - отдельная тепловая зона с интенсивным удалением продуктов. В камере рекристаллизационного отжига 3 создается защитная атмосфера, здесь листы нагреваются до 900 0С. Затем в камере 4 листы охлаждаются с заданной скоростью до 600 - 500 0С. Здесь имеются вентиляторы, регулирующие скорость отбора тепла. Форкамера 2 обеспечивает сохранение защитной среды в камере отжига. В камере оксидирования 5 листы охлаждаются в воздушной среде до 400 0С в течение двух часов. В камере ускоренного охлаждения температура листов понижается до 80 0С. Перемещение поддонов 7 с листами осуществляется с помощью рольгангов.

Независимо от способа отжига ставится задача контроля качества получаемых изделий. С этой целью из того же материала штампуют так называемые «образцы - свидетели» в виде стандартных колец с диаметрами:

внутренний - 20 мм наружный - 30 мм.

После отжига из них набирают пакет толщиной 5 10 мм. Испытание магнитных свойств образцов осуществляется баллистическим способом.

55

Кроме оксидной пленки на листах, где это допустимо по условиям работы, выполняется изоляционное покрытие в виде лаковой пленки.

Рис. 24. Схема расположения камер рольганговой печи /СР3 - 14.140.7/9х - 300 А: 1 - камера обжига; 2 - форкамера; 3 - камера отжига; 4 - камера управляемого охлаждения; 5 - камера термовоздушного оксидирования; 6 - камера охлаждения; 7 – поддон

Покрытие наносится в специальных лакировальных машинах, где на боковые поверхности листов наносится слой бакелитового или масляноглифталевого лака N202/ Толщина высушенной пленки при одноразовом покрытии 13 - 15 мкм, при двукратном - до 30 мкм.

Готовые листы направляются на сборку магнитопровода.

4.8. Сборка магнитопроводов

Сборка магнитопроводов в первом приближении сводится к выполнению двух главных действий: ориентирование листов друг относительно друга и фиксация пакета в спрессованном состоянии. От качества этих работ зависят не только собственные свойства магнитопровода, но и надежность изоляции, самой обмотки, точность сборки машины.

Магнитопроводы электрических машин набирают из отдельных листов, точно совмещая их друг с другом по контуру вырубки и сжимая между собой боковыми сторонами. За счет силы трения между собой листы могут надежно

удерживаться в требуемом положении. С учетом изложенной специфики сборку магнитопроводов в технической литературе часто называют шихтовкой, а сами Магнитопроводы - шихтованными.

Важным параметром шихтованного магнитопровода является коэффициент заполнения его объема сталью. Этот показатель определяется не только соотношением толщины листа и изоляционной пленки, но и неплоскостностью самих листов. Поэтому для их плотного прилегания друг к другу шихтованные магнитопроводы электрических машин сжимают вдоль оси с необходимым усилием и фиксируют в этом состоянии, используя различные конструктивные решения: стяжные скобы, заклепки, сварные швы или др.

В мелкосерийном производстве шихтовка магнитопроводов производится вручную и отличается высокой трудоемкостью. Технологический процесс

56

включает следующую последовательность действий: пакетирование, ориентирование, спрессовка и фиксация в спрессованном состоянии.

Целью пакетирования является подбор для каждого магнитопровода такого числа листов, которое обеспечивало бы его заданную длину при расчетном усилии осевой спрессовки. Обычно в рабочем чертеже указывают количество листов, входящих в магнитопровод. Однако руководствоваться этим указанием в производстве неудобно, так как погрешность толщины листов накапливается, что может привести к выходу полученной длины магнитопровода за пределы установленного допуска. Выявить это можно только после спрессовки пакета. Поэтому необходимость корректировки длины пакета путем изменения числа листов повышает трудоемкость операции. Практикой установлено, что пакетирование листов удобнее выполнять взвешиванием. Вес пакета определяется выражением:

где: Gп - вес пакета; kзап - расчетный коэффициент заполнения магнитопровода сталью; Gм - вес магнитопровода, если бы он был выполнен из монолитного куска стали.

Ориентированием листов обеспечивают совпадение контуров листов в магнитопроводе. Чем точнее взаимное ориентирование листов, тем меньше собранный магнитопровод нуждается в дополнительной обработке после сборки. Чаще всего для ориентирования листов используют специальное приспособление - шихтовочную оправку. Рассмотрим пример шихтовки магнитопровода ротора на такой оправке. Работа выполняется, как показано на

(рис. 25)

t

4 2

57

Рис. 25. Ориентирование листов ротора на шихтовочной оправке: а – набор листов на оправку; б – технологический зазор

Здесь показана цилиндрическая оправка 1, имеющая на противоположных концах опорный диск и резьбовой хвостовик. Листы магнитопровода 3 набрасывают на оправку со стороны хвостовика и поворачивают вокруг оси до совпадения шпонки 4 со шпоночным пазом (или матричным знаком), имеющимся на внутренней кромке листа. Затем лист 1 смещается вниз, как показано стрелками. Набранные на оправку листы образуют пакет 2.

При ориентировании листы должны свободно перемещаться вдоль оси оправки, для чего между листом 3 и оправкой 1, а также шпонкой 4 предусматривается технологический зазор "t”. Его величина должна быть больше суммы допусков на размеры охватывающих поверхностей листа и охватываемых поверхностей оправки. Следует обратить внимание, что в пределах этого зазора лист может смещаться относительно оправки, что снижает точность ориентирования. Поэтому зазор “t” следует выбирать минимально возможным.

После ориентирования на оправке всех листов пакета выполняют осевую прессовку магнитопровода. Содержание этой операции показано на рис.26.

На оправку 1, на которой сориентированы листы магнитопровода 2, устанавливают прессовочное кольцо 3. На хвостик оправки наворачивают гайку 4. Всю сборку устанавливают на пресс и прессуют, как показано стрелками. Усилие прессовки выбирается из двух соображений, противоречащих друг другу.

58

Рис. 26. Прессовка магнитопровода С одной стороны - это усилие должно быть максимальным для

достижения возможно большего коэффициента заполнения магнитопровода сталью. С другой же стороны - это усилие не должно привести к разрушению изоляционных прослоек между листами. Усиление прессовки определяют, как:

где: р0 - удельное усилие, величина которого зависит от материала листов изоляции и длины пакета /2/; F - площадь листа.

Не снимая прессующего усилия Р, гайку 4 заворачивают до упора, после чего оправку с магнитопроводом снимают с пресса. Контролируют длину спрессованного магнитопровода ( ), где - размер по чертежу. Часть размера выбирается после повторной подпрессовки изделия. Ее необходимость связана с тем, что со временем спрессовка сердечника ослабевает вследствие усадки изоляционных пленок, выравнивания листов и др. Удельное усилие подпрессовки выбирается на 20 30 % меньше первоначального, что обеспечит стабильность прессовки листов в дальнейшем. В процессе прессовки магнитопровода иногда приходится корректировать число листов для получения требуемой осевой длины .

В спрессованном состоянии магнитопровод фиксируется тем или иным способом, в зависимости от конструкции изделия (заливкой пазов с образованием «беличьей клетки», стяжными деталями, если они предусмотрены конструкцией, а также технологическими скобами, шпильками

59

или др.). После этого можно отвернуть гайку 4 (рис.26), выпрессовать оправку 1, а магнитопровод установить на штатный вал. Если ротор не содержит элементов конструкции, обеспечивающих его стяжку и в дальнейшем, предусматривают прессующие кольца, устанавливаемые на вал с необходимым натягом. При значительных натягах эти кольца перед установкой необходимо подогреть.

Как указывалось выше, при сборке листов ротора на технологическую оправку они могут смещаться друг относительно друга в пределах зазора “t” (рис. 25). Это может привести к некоторым затруднениям при установке спрессованного магнитопровода на вал, так как из-за смещения листов отверстие под вал в магнитопроводе уменьшится в свету. Поэтому для сборки магнитопровода с валом может в рассматриваемом примере потребоваться специальная обработка (развертка) его отверстия.

Более точное ориентирование листов может быть достигнуто при их установке непосредственно на вал, когда не только можно избежать технологического зазора “t” (рис. 25), но и устанавливать листы с необходимой посадкой, обеспечивающей прочность соединения магнитопровода с валом.

Шихтовка магнитопровода со скошенными пазами может быть выполнена на оправку, в которой шпонка 4 (рис. 25) скошена на необходимый угол. В этом случае приходится увеличивать технологический зазор между боковыми поверхностями шпонки и листом, что облегчит в последующем выпрессовку оправки.

Магнитопровод со скосом пазов может быть получен и другим способом. Сборку листов при этом ведут на гладкую оправку без шпонки. Их взаимное ориентирование вокруг оси можно обеспечить пластиной или стержнем, входящими в один из пазов. После сборки пакета указанный стержень необходимо наклонить в плоскости, параллельной касательной к окружности магнитопровода. Равномерный поворот листов друг относительно друга обеспечит скос пазов. После этого пакет передают на прессовку.

1

60