3.2. Порядок технологических операций

В общем случае при изготовлении сердечника предусматривают следую­щие основные технологические операции:

1. штамповку листов;

2. снятие заусенцев;

3. термическую обработку листов;

4. нанесение на обе стороны листов электроизоляционного покрытия;

5. сборку листов,

6. прессование и скрепление.

Порядок технологических операций при сборке сердечников зависит от качества листов электротехнической стали и качества их штамповки. При термически обработанной и имеющей электроизоляционное покрытие элек­тротехнической стали, при высоком качестве штамповки на листоштамповочных автоматах и отсутствии заусенцев листы подбирают по шихтовочному знаку и отправляют на сборку. Такой процесс сборки наиболее прогресси­вен, требует наименьших производственных площадей и оборудования.

При получении электромашиностроительным предприятием термически не обработанной и не изолированной электротехнической стали появляются дополнительные операции, требующие специального оборудования.

Последовательность технологических операций при сборке сердечников из горячекатаной электротехнической стали следующая: снятие заусенцев, изолировка листов, сборка. Операции снятия заусенцев и изолировки листов производятся на конвейерной линии. В начале линии монтируется гратосни- мательное устройство или станок для снятия заусенцев, затем ус­тановка для лакировки и запечки лака. Сердечники роторов асинхронных двигателей с обмоткой, залитой алюминием, собирают из неизолированных листов. В этом случае последовательность операций: снятие заусенцев - сборка.

Сборка сердечников из холоднокатаной изотропной электротехнической стали требует дополнительной операции термообработки (повторного отжи­га). Эта операция проводится перед изолировкой листов. Термообработка необходима для уменьшения последствий штамповки, потерь на перемагничивание и улучшения магнитных свойств. Последовательность операций при этом следующая: снятие заусенцев — термообработка — изолировка листов - сборка.

При массовом производстве машин малой мощности листы статоров и ро­торов для них штампуют твердосплавными штампами на высокоточных прессах. Высокое качество штампованных листов позволяет исключить опе­рацию смятия заусенцев, и тогда последовательность операций будет следующей: термообработка — оксидирование - сборка.

Последовательность технологических операций при сборке сердечников из холоднокатаной анизотропной электротехнической стали следующая: сня­тие заусенцев — термообработка, изолировка листов - сборка.

Для машин общепромышленного исполнения листы сердечников изоли­руют нанесением лаковой пленки один раз, для машин, работающих в тяже­лых условиях, листы лакируются 2...3 раза, а листы для сердечников турбо- и гидрогенераторов — до 5 раз

3.3 Снятие заусенцев, лакировка, термообработка и оксидирование листов сердечников

При штамповке листов сердечников на качество поверхности среза ока­зывает влияние неравномерное распределение зазора по контуру вырубки между пуансоном и матрицей. Неравномерность зазора зависит от конструк­ции штампа, точности пригонки направляющих колонок штампа, степени изношенности пресса, особенно направляющих ползуна. При этом на одной части контура поверхность среза может быть чистой, а на другой — с заусен­цами.

Наличие заусенцев на листах при сборке сердечника влияет на его плот­ность и монолитность, а также на увеличение потерь на вихревые токи.

При подготовке листов к сборке сердечника снятие заусенцев является первой технологической операцией. Для снятия заусенцев применяют специ­альное гратоснимательное устройство, которое устанавливается в начале конвейерной линии, включающей в дальнейшем установку для лакировки и запечки лака.

Лакировку выполняют для изоляции листов сердечников нанесением тон­кой лаковой пленки на боковые поверхности в специальных лакировальных установках или на конвейерных линиях, включающих участки лакировки.

Для очистки листов после штамповки от жирных пятен или грязи их подвер­гают очистке смыванием или обжигом, пропуская листы через печь лакиро- вальной установки без подачи лака. При лакировке используют лаки огневой сушки. В процессе сушки регулярно контролируют вязкость лака и сухой остаток, которые должны соответствовать заводскому стандарту.

Сушку бакелитового лака марки ЛБС1 производят в терморадиационных печах при температуре на детали 160... 180 °С в течение 2... 3 мин.

При покрытии листов лаком суммарная толщина пленки с обеих сторон при одноразовом покрытии должна быть 13...15 мкм, а при двухразовом — 26...30 мкм. Лакированные листы контролируют выборочно визуальным ос­мотром. Лаковая пленка у них должна быть сухой, твердой и не давать отлипа. Отсутствие отлипа проверяют на ощупь. При лакировке сегментов для турбо- и гидрогенераторов, а также при измерении режима работы установки производят измерение сопротивления изоляции. Для этого 20 сегментов по­мещают между медными электродами (ширина электрода 40 мм, а длина 250 мм) и создают давление 6-10⁵ Па. На электроды подают напряжение 18 В и устанавливают ток не более 0.1 А. Минимальное сопротивление должно составлять для турбогенераторов 80 Ом, для гидрогенераторов 55 Ом, для листов статоров и якорей 40 Ом.

Снятие заусенцев и лакировку листов сердечников чаще всего совмещают на одной конвейерной установке (рис. 3.2). Листы после штамповки уклады­вают на подъемный стол (1) с электромеханическим или гидравлическим приводом подъема и контактным следящим устройством контроля, автоматически поддерживающим расстояние верхнего листа над уровнем пола. За­тем подающим электромагнитным устройством (2) листы поступают на кон­вейер (3). Для обеспечения равномерной раскладки на конвейере листов раз­личных геометрических размеров подающее устройство должно быть пере­налаживаемым .

1 - подъемный стол, 2 - подающее электромагнитное устройство,

3,7, 11, 13 - конвейерные ленты, 4 - подающие валки, 5 - нажимные валики,

6 - абразивные валики, 8 - лакирующие вал­ки, 9 - сушильная печь,

10 - охлаждающая камера, 12 - валки отжима воды,

14 - приемное уст­ройство, 15 - стол

Рисунок 3.2 - Схема установки для снятия заусенцев

и лакировки листов стали

Подающие валки (4) подают листы с конвейера в гратоснимательное уст­ройство, состоящее из нажимных (5) и абразивных (6) валиков. Листы долж­ны подаваться заусенцами вниз. Абразивные круги снимают заусенцы, а ме­таллическая и абразивная пыль удаляется вытяжной вентиляцией. Усилие нажатия валков (5) регулируется специальным устройством. При недостаточ­ном поджатии не обеспечивается снятие заусенцев по всему периметру листа, а чрезмерное поджатие вызывает деформацию листа и искривление зубцов. Конвейером (7) листы подаются в лакирующие валки (8). Эти валки изготов­ляют из резины, войлока или другого аналогичного материала. На верхний валок вдоль всей длины подается тонкими регулируемыми струйками лак, который смачивает оба валка и проходящие между ними листы. На листах не должно быть непокрытых мест или наплывов лака, особенно у кромки. Сте­кающий с нижнего валка лак собирается в бак.

Сушка листов после лакировки происходит в конвейерной сушильной пе­чи (9), имеющей три температурные зоны сушки: 1) испарения растворителя; 2) выгорания растворителя; 3) сушки, образования твердой лаковой пленки. Продукты горения удаляются интенсивной вытяжной вентиляцией.

Температура по зонам устанавливается при отработке технологического процесса. Сушильная печь должна обеспечить равномерную сушку листа. Лист не должен иметь подгаров лака или непросушенных мест, нарушающих покрытие.

На конвейере (11) в охлаждающей камере (10) листы охлаждаются водой до температуры 30...40 °С. Лишняя вода отжимается валками (12). Приемное устройство (14) снимает листы с конвейера (13) и укладывает на стол (15).

Необходимая температура в сушильной печи по зонам обеспечивается го­релками, расположенными в зоне горячего конвейера. Горелки работают или на природном газе или на жидком топливе (солярка, мазут). Над горячим конвейером обязательна вытяжная вентиляция.

При многократной лакировке нажимные валки (5) поднимаются, и листы свободно проходят через узел снятия грата, либо используются другие уста­новки, не имеющие таких устройств.

Термообработка листов перед сборкой сердечника объединяет три опера­ции: обжиг для очистки поверхности от загрязнений; отжиг для восстановле­ния магнитных свойств и уменьшения потерь; оксидацию для создания элек­троизоляционной пленки.

При штамповке листов сердечников структура металла вдоль периметра вырубки изменяется вследствие пластической деформации. Эту деформацию, в результате которой искажается кристаллическая решетка, и поверхностные слои металла упрочняются, называют наклепом. Электротехническая сталь подвергается наклепу не только при штамповке. Холоднокатаная нелегиро­ванная сталь поставляется металлургическими заводами уже в наклепанном состоянии.

Наклеп значительно ухудшает магнитные свойства стали сердечников - увеличиваются удельные потери и напряженность магнитного поля. Особен­но вредно наклеп сказывается в микромашинах, так как у них зона наклепа составляет значительную часть общей ширины зубца. Если принять ширину зоны наклепа с каждой стороны зубца 0.8 мм, то при ширине зубца 2 мм зона наклепа будет составлять 80 % ширины зубца. Для восстановления магнит­ных свойств листы сердечников после штамповки подвергают термической обработке отжигом в печах с защитной атмосферой.

На термообработку листы транспортируют на стойках или связанными в пачки в контейнерах.

Процесс отжига совмещают с другой термической операцией - оксидацией, которая заключается в получении тонкой оксидной пленки, служащей изоля­цией между листами сердечника. Тонкую пленку окисла железа можно полу­чить, нагревая сталь в окислительной среде. Кислород соединяется с желе­зом, образуя на поверхности в зависимости от среды оксид железа (II) FeO, оксид железа (II, III) Fe₃0₄ или оксид железа (III) Fe₂0₃. Эту пленку не следу­ет смешивать с обычной ржавчиной, которая представляет собой гидроксид железа (III) Fe(OH)₃ и по своим свойствам резко отличается от оксидной пленки. Оксидирование позволяет получить изоляционную пленку с высоким и равномерным сопротивлением меньшей толщины, чем лаковая, что позво­ляет увеличить коэффициент заполнения сердечников сталью на 3...4%. По­тери в стали при оксидировании уменьшаются на 10... 15 % за счет восста­новления магнитных свойств стали при отжиге. Получение качественной ок­сидной пленки в процессе оксидации возможно при чистой незагрязненной поверхности листов. Для этого с поверхности листов удаляют технологиче­скую смазку термическим путем - обжигом, который производят в специаль­ных печах в интервале температур 250...400 °С. Для отжига и оксидации лис­ты сердечников в определенном порядке в контейнерах помещают в специ­альные печи с нейтральной или восстановительной атмосферой. В печи их нагревают до 720...750 °С, выдерживают при этой температуре, затем вместе с печью в открытом контейнере охлаждают на воздухе.

Для термообработки стали марки 2013 разработан типовой технологиче­ский процесс на унифицированном оборудовании, которое включает специ­альную рольганговую проходную печь с защитной атмосферой типа ICP3- 14.140.7/9Х-300 (разработанная ВНИИЭТО) в комплекте с двумя газоприго­товительными установками типа ЭК-125-0М02.

В таблице 3.1 приведен режим термообработки листов сердечников со­гласно типовому технологическому процессу, а на рис. 3.3 приведена цикло­грамма термической обработки листов сердечника статора.

Таблица 3.1 - Режим термообработки листов сердечников

Наименование операций	Листы статора	Листы ротора
Обжиг:
температура, °С	320 ±20	320 ± 20
время, мин	15 - 30	15 - 30
Отжиг:
температура, °С	850 ± 20	-
время, мин	90…120	-
Охлаждение в защитной атмосфере:
до температуры, °С	500...550	-
скорость, °С/ч, не более	100	-
Оксидирование:
температура, °С	500...550	500…550
время, мин	20	20
Охлаждение в воздушной среде до температуры, °С	80	80

Листы ротора рекристаллизационному отжигу не подвергаются.

Типовая технология может использоваться для термообработки сталей других марок после уточнения в зависимости от конфигурации листов и тре­бований к стали.

Рисунок 3.3 - Циклограмма термической обработки

листов сердечника статора

t₁ - время обжига, t₂ - время отжига, t₃ - время оксидирования