[doc] 矽钢片的激光切割工艺研究

[doc] 矽钢片的激光切割工艺研究 矽钢片的激光切割工艺研究 第7期 2007年7月 机械设计与制造 MachineryDesign&Manufacture—.121- 文章编号:1001—3997(2007)07—0121-03 矽钢片的激光切割工艺研究 朱鹏超刘庚武 (1湖南铁道职业技术学院机电工程系,株洲412001) (2湖南铁道职业技术学院,株洲412001) LasercuttechnologyofsiliconsteeIplate ZHUPeng-chao,LIUGeng-wu (EleetricalAndMechanicalEngineering,HunanRailuayProfessionalTechn ologyCouege,Zhuzhou412001,China) (HunanRailwayProfessionalTechnologyCollege,Zhuzhou412001,China) 【摘要】电机及变压器上的矽钢片一般都是通过模具冲裁而获得.在激光切割机上,只要将程 序编好,适当调整好各工艺参数,就能够切割出理想的各种形状复杂的矽钢片.本文就矽钢片的激 光切割工艺及产品的质量和切割精度作了一番探讨. 关键词:激光切割;挂渣;切割;质量;精度 【Abstract】 Thesiliconsteelplatesofthemotorandtransformerweregottenthroughdies.Bu tyou cartgetthemwithvarycomplicatedshapesonthelasercutmachineusingprogr amsandpropriety adjustingthetechnologyparameters.articlediscussedthecuttingtechnology ,qualityandthecutting precisionofthelasercuttingmachine. Keywords:Lasercut;Hangdregs;Cut;Quality;Precision 中图分类号:TH74文献标识码:A 1问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 的提出 一 直以来,硅钢片的下料工作是在机械压力机上利用冲压 模具来进行的.硅钢片冷冲模具主要由凸凹模组成,安装在冲压 ?来稿日期:2006-10-28 —.———————————————————.——’} 机上,将硅钢片冲压成电机或变压器定子和转子铁芯片. 硅钢片冲模在工作时,刃口部分承受着冲击力,剪切力和 弯曲力,同时刃口部分又受到硅钢片的挤压和摩擦.硅钢片表面 的特殊涂料更加强了刃口的摩擦和磨损.硅钢片冲模的正常失 效主要是刃口的磨损.任何一个构件失效原因都是多方面的,如 形文件中提取工艺附图; (2)在”100%所见即所得”的界面中围绕零件的热处理要 求,给每个零件编制出标准的热处理工艺规程; (3)实现热处理工艺规程的信息存储和再利用; (4)对工艺规程进行操作前,支持预浏览功能; (5)支持工艺卡片的打印输出. 3系统的工作流程 本系统采用模块化设计,其工作流程如图4所示. (1)热处理零件的基本信息包括:零件件号,零件名称,产 品型别,工艺版次,工艺页数,工艺页次,委托单位和工序号等. (2)对于调质钢,弹簧钢,马氏体不锈钢和滚动轴承钢,淬 火要求包括:热处理硬度,零件的最大厚度或条件厚度,零件剩 余加工余量,淬火工装,装炉量,检查硬度的硬度计,检查硬度的 比例以及其它检验项目. (3)渗碳热处理要求包括:渗碳前的验收项目,渗碳层深 度,渗碳后的表面硬度,渗碳装炉量,检查硬度的硬度计,检查硬 度的比例以及其它检验项目等. (4)渗氮热处理要求包括:渗氮前的验收项目,渗氮层深 度,表面及中心硬度,渗氮检验类别,检查硬度的硬度计,检查硬 度的比例以及其它检验项目等. 4结语 介绍了面向航空液压附件的热处理CAPP系统,用户可利 用汉化界面,便捷地完成从工艺设计到工艺管理等一系列功能. 采用该系统,可大大提高热处理工艺人员的工作效率,缩短生产 准备时间,保证了工艺设计的 规范 编程规范下载gsp规范下载钢格栅规范下载警徽规范下载建设厅规范下载 性和一致性,有利于推行热处 理工艺标准化,从而提高产品的质量和企业的经济效益. 参考文献 1阎锦,王振清.航空材料热处理计算机辅助决策系统的开发[J】_宇航材 料工艺,1996(4):40,46. 2李冶钧,陈国定,赵武.计算机辅助工艺设计【M】.成都:成都科技大学出 社.1996. 3热处理手册编委会.热处理手册.北京:机械工业出版社,2001. 4樊东黎,徐跃明等.热处理工程师手册【M】.北京:机械工业出版社,20o4. 5谢海波,刘相华.CAPP系统关键技术探讨叨.机械设计与制造,2004(5): 42,44.] 一 122一朱鹏超等:矽钢片的激光切割工艺研究第7期 结构设计不合理,材料选用不当,加工工艺不正确,装配精度达 不到设计要求,使用保养不善和服役条不良等.其中材料本身又 与其各项抗力指标,组织,冶金品质和热处理等因素有关.因此 往往一套模具冲制件数小于其理论值.以某种电机的硅钢片下 料为例,完成一台电机的硅钢片下料需要七种模具,总共需要 180,797元.某转子片冲压模具硬度为HRC60—62,安装在60t 的冲压机床上.在正常情况下,该模具可以冲制20万件以上.然 而.该模具上机后使用不到9,000次便产生凹模槽孔边崩塌,下 机后将模具刃磨(正常情况下5-6万次才刃磨),再次上机,崩块 现象继续产生,并且在模具外缘出现裂纹,在继续冲压过程中裂 纹迅速扩展,不到2万次就使模具失效而无法使用.每生产完两 台电机就有三种模具需要刃磨,其费用为400—800元/次,其 产品制造成本是比较高的.特别是在新产品试制过程中,模具制 造导致花费高,生产周期长,势必使新产品开发成本成倍增加. 2矽钢片的生产及要求 硅钢片是电机及电器上的关键部件,其性能的好坏不仅直 接关系到电能的损耗,而且关系到电机和变压器等产品的性能, 体积,重量.因此,对硅钢片的性能大致有如下要求:具有良好的 板形和表面涂层,尺寸精度高,同板厚差极小,而且具有良好的 电磁性能,符合用途要求的晶粒取向结构. 硅钢片的冲裁工艺除应具备一般金属剪切的工艺及产品 特点外,还应满足下列几种特殊要求: 2.1冲裁毛刺高度?0.05mm 机械零件上的毛刺常常被人们所忽视,但是发电机,电动 机和变压器所用的硅钢片上的毛刺,对其电磁特性有很明显的 影响.发电机,电动机及变压器所用的硅钢片,都是采用模具冲 裁成型的.常模具制造间隙过大,或因磨损导致间隙增加,在冲 裁时,硅钢片受到挤压,产生微小的塑性变形,残留在冲片的边 沿而形成毛刺.发电机,电动机的转子和定子,变压器的芯子由 大量的冲裁成型的硅钢片叠装而成.硅钢片上的毛刺使叠装系 数减少:若想装同样片数,电机体积必然增大. 毛刺对电机输出功率亦产生影响.实践表明,用去毛刺的 硅钢片比用不去毛刺的硅钢片叠装的发电机,其输出功率可以 提高0.1%O.2%.就全国而言,仅此一项就可以使国家增加上 亿元的收益. 毛刺还对发电机寿命产生影响.硅钢片毛刺的存在,使叠 片之间产生较大的间隙,从而易于产生涡流,增加磁损耗,温升 和噪音增大,产生短路,从而使电机发生故障.用去毛刺和用不 去毛刺硅钢片叠装的电机相比,其受命平均可提高5%以上. 加工好的硅钢片一般可以通过自动或手动叠装,结合处要 尽量减少缝隙.这就要求设备在达到最大生产能力时,能保持很 高的精度(包括备件精度等),以保证剪切后的产品基本无毛刺 (硅钢片纵剪后的毛刺高度??0.05mm).否则,叠片时毛刺造成 片间搭接短路引起涡流损耗增加,同时降低了叠片填充系数. 我国有关标准明确地将硅钢片的毛刺高度规定为? 0.05mm.可实际上,有不少电机厂由于没有采取有效的去毛刺 手段,毛刺高达0.070.1mm,仍然装机使用,结果严重影响其质 量.同时,去毛刺过程中,硅钢片表面的绝缘漆膜不得有明显划 伤.因此,寻找一种行之有效的去毛刺工艺意义重大. 2.2J直力 硅钢片经过剪裁,冲压,叠装,将会产生内应力,从而使晶 粒变形,导致磁导率下降,比铁损增加.为了避免或将此减小到 最低程度,剪切加工后的冷轧取向硅钢片,常采取在800%左右 温度下进行冲氮退火处理工艺以消除加工时产生的应力,确保 原有性能.虽然经试验表明,经退火处理后的冷轧取向硅钢片的 比铁损下降约30%,但是由于此工艺导致成本增加,许多生产 厂不采取这道工艺. 2.3钢片镰刀弯 上述对硅钢片的特殊性能要求,决定了对硅钢片必须有较 高标准.此标准甚至超过了美国材料试验学会(ASTM)对一般剪 切后金属的侧弯标准(~<6mm/3m长),这就对硅钢片剪切工艺布 置提出了较高要求. 2.4荷叶边 剪切后的硅钢片无明显波浪(俗称荷叶边).即使有波浪,其 波浪高与波浪长之比应不大于2.5%.否则,硅钢片发生严重塑 性变形,磁畴结构被破坏,损耗明显增加. 2.5绝缘 硅钢片不允许在剪切范围和带材体的表面上出现绝缘损 伤,片料边缘应无挤伤,否则影响铁心质量. 3激光技术的应用 激光技术是二十世纪与原子能,半导体及计算机齐名的四 项重大发明之一.激光束作为一种特殊的加工用能源(热源),经 传输,聚焦后在加工点获得极高的功率密度,可以瞬间使物质熔 化和气化,以此完成如钻孔,切割,焊接等工艺,热影响区和热变 形小,容易实现自动化,加工效率和可靠性高.激光加工是一个 热作用过程,难易程度由材料热物理性能决定而与机械性能无 直接联系.同时,激光加工是一种非接触式的加工方式,是一种 无冲击的加工过程,不存在刀具磨损和断裂,没有材料受力变形 等问题.通过控制激光的照射条件(此照射条件是相对于符合加 工内容施加给工件材料的供给能量)能够实现诸如去处加工等 工艺过程. 激光切割是一种应用最为广泛的激光加工技术.自从 1960年有了激光器后,就有人做过了激光切割的试验.一直到 1970年前后有了功率为(5001,000W),模式为TEMoo的c0: 激光器后,激光切割才达到工业应用水平而得到迅速地发展.早 期的工业应用是在硬木板上切非穿透槽,嵌刀片,制造冲剪纸箱 板的模具.随着激光切割设备的质量的进步,品种的增加,同时 激光切割工艺的不断改进,切割质量不断提高其应用领域逐步 扩大到各种金属和非金属板材的切割,应用规模也迅速扩展,已 广泛应用于各行各业.激光切割精度高,柔性大,可切割各种板 材而无需模具,在小批量生产中有明显优势,预计1/3的板材加 工可采用激光切割.以日本为例,日本产业界广泛使用的激光加 工方式是激光切割,其在激光应用中所占比率高达90%. 综上所述,激光切割硅钢片工艺的开发,对于满足硅钢片 No.7 Ju1.2007机械设计与制造一123一 剪裁工艺的特殊要求,如避免或减少应力,变形的发生和绝缘损 伤,降低开模费用等,有着巨大的优势. 国外早已对硅钢的激光切割工艺进行了研究,但具体到电 机或变压器硅钢片的生产实践未见详细报道.但有报道有关硅 钢片叠片激光焊接生产的技术,如Et本主要的汽车电器生产厂 Et本电装株式会社采用激光焊接方法紧同硅钢叠片,不但可以 简化冲片模具,减少生产工序,降低生产成本,易于实现生产过 程自动化,而且还能增加铁芯有效导磁面积,减少涡流,漏磁损 失,改善产品机,电性能.尽管激光切割与焊接技术有区别,但从 本质上来说都是将激光聚焦后产生极高的功率密度而使材料发 生相变以达到加工目的. 我厂早在二十世纪九十年代引进了激光切割技术,主要用 于切割机车车身蒙皮,车内装饰板及样板等.激光切割钢板比机 械切割效率高30倍,切割丙烯板比机械切割高7倍,成本可降 低70%90%.在此基础上,借鉴国外成功经验,开发激光切割 硅钢片工艺,必将为工厂制造工艺水平的提高,新产品试制周期 的减少和产品费用的降低提供有力的保证. 4矽钢片的激光切割 4.1矽钢片的激光切割试验中”挂渣”现象的解决 矽钢片的激光切割试验 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 中,我们分别采用0:和N:作 为切割气体对某种型号硅钢片进行激光切割试验,结果当用0: 作为切割气体时,不管0:纯度和压力如何,都产生了大量的熔 渣挂在矽钢片的切口上,即所谓的”挂渣”现象,而且其切口附近 伴有氧化烧损现象,它严重的影响了产品质量.试验 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 表明, 产生”挂渣”现象的原因主要是由于材料中含有的si元素与0: 作用产生Si0:.在切割过程中生成的Si0:和铁硅氧化物比氧化 铁的密度低得多.因此这些氧化硅在切割过程中的熔融区形成 一 个表面层,这个表面层既影响表面张力又影响氧化物的动力 学性能.熔融态的Si0:及铁硅氧化物具有较大的粘滞系数,形成 熔渣且不易被切割气体吹走.因此,针对熔渣形成的原因可采取 两种工艺方案:隔绝0:以防止Si0:和铁硅氧化物的形成或采取 切割头上,下同时吹气以加大气体流速而将熔融态的Si0.和铁 硅氧化物尽可能地吹走.针对前者,需解决加工过程中如何保证 无氧状态,即加工现场密封性的问题;后者牵涉到机床工装改进 的问题.采取何种方案,在进行大量的工艺试验后,综合考虑加工 质量和生产成本,主要是采取加人过多的N:来解决挂渣问题. 4.2尺寸精度的检验 对于激光切割来说,精度控制主要由数控机床本身精度决 定.我们对激光切割后的电机主极冲片(图1)产品尺寸进行了 检验,相关尺寸见表. 从以上的激光切割硅钢片工艺试验表明,96%以上部位尺 寸能达到精度要求.对于少数的尺寸达不到精度要求,可通过设 计中精度误差补偿的方法加以解决. 4.3热影响区的结果检验 矽钢片热切割以后,为了确定其切割边缘的热的随时修改,尤其适用新产品的试制,不需模具,极大程度 的缩短了生产准备时间,效果令人满意. 参考文献 1唐霞辉.激光焊接金刚石工具.武汉:华中科技大学出版社,2004. 2李力钧.现代激光加工及其装备.北京:北京理工大学出版社,1993. 3任家烈.先进材料连接.北京:机械工业出版社,2000. 4李志远.先进连接方法.北京:机械工业出版社.2000. 5张宪.激光加工技术.北京:化学工业出版社,2004.