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1、电器制造工艺,第十章 电器铁心制造,第十章 电器铁心制造,本章基本教学要求,1.了解影响铁心材料磁性能的因素和减少磁时效的影响的方法;2.熟悉铁心的结构型式、铁心制造工艺、铁心退火处理；3.熟悉交直流铁心结构型式特性和铁心制造主要工艺；4.掌握铁心的质量分析、电磁系统温升处理方法。,本章教学重难点,重点：铁心的结构型式、铁心制造工艺、铁心退火处理和铁心的质量分析。难点：铁心制造工艺、铁心的质量分析。,第一节 铁心材料,一、概述,电器铁心材料与电机铁心材料基本相同，电器常用的铁心材料主要有硅钢片、电工纯铁、铁镍合金、铁铝合金、铁钴合金及永磁材料等。,二、影响铁心材料磁性能的因素,1.晶格结构和晶
2、粒的大小,晶格结构对金属磁化的影响。,铁心材料的磁性能与材料的组织结构、化学成分和机械加工过程等因素有密切的关系。,有利的影响,变压器铁心硅钢片的导磁性能沿扎制方向显著提高，提高变压器的效率,不利的影响,在深冲杯形工件时，容易出现制耳现象，导致杯口边沿不齐，造成废品,冷轧硅钢片或晶粒取向硅钢片又称为戈斯结构钢片，是1934年首先由N.P.戈斯采用冷轧方法制成。它沿轧制方向具有优良的磁性。晶粒取向的结构钢片不仅在强磁场中具有高的饱和磁通密度和低的铁损，而且在弱磁场中也有良好的磁性（初始磁导率大）。这是由于冷轧工艺过程使钢片中杂质含量降低，并在钢片中造成粗大晶粒。晶粒粗大会使磁导率增大，减小磁滞损
3、耗。冷轧钢片使晶粒的立方体棱边(最易磁化方向)沿轧制方向排列，有利于磁化的进行。这种材料称为单取向硅钢片。现也能制造多方向易磁化的硅钢片（即无取向硅钢片）。,电机与电器工业大量使用厚度为0.350.50mm的硅钢片；在电信高频技术中常用0.050.20mm的薄带钢片,以便更有效地降低涡流损耗。热轧硅钢片厚度为0.350.50mm，密度为7.557.70g/cm3,多用于大、中、小型交、直流电动机；冷轧无取向硅钢片厚度为0.350.50mm，密度为7.657.75g/cm3，多用于大型交流发电机、电动机，大、中、小型交、直流电动机；冷轧单取向硅钢片厚度为0.35mm，密度为7.65g/cm3,多
4、用于电力变压器、电抗器、磁放大器等；冷轧单取向薄带厚度为0.050.20mm，多用于无线电高频变压器。,影响磁性能各向异性的因素。,单晶体的磁性能各向异性，只有在较纯净的晶体中才强烈地表现出来。在普通工程用电工钢中，杂质的影响超过了各向异性的影响，磁性能的各向异性可显示不出。,晶粒的大小对磁性能的影响。,晶粒的大小，对磁性能有显著的影响。晶粒粗大，晶界缩短，磁性就有很大的提高。热处理规范的选择，会直接影响到晶粒的大小。,例如:当变形金属再结晶完成之后，若继续加热保温，则新生晶粒之间还会大晶粒吞并小晶粒，使晶粒长大。,2.杂质及含硅量,由于杂质常常析出在晶粒的边界，故增大了晶粒间的磁阻，使磁性能
5、变坏。常见的杂质有碳、氧、氮、硅等。,杂质对硅钢片性能的影响。,碳、硫、氧被认为是硅钢片中的三害。这些元素会增加软磁材料的矫顽力，并使硅钢片的磁滞损耗增大。此外，含氮过多也会妨碍晶粒成长，导致磁滞损耗和矫顽力增加。含铝过多(超过0.5)的硅钢片脆性太大,很难加工。所以应消除这些对硅钢片有不良影响的杂质元素。,含硅量对硅钢片性能的影响。,硅是钢的良好脱氧剂。它和氧结合,使氧转变为稳定的不为碳还原的SiO2,避免了因氧原子掺杂而使铁的晶格畸变。硅在 铁中成为固溶体后使电阻率剧增，同时有助于将有害杂质碳分离出来。因此，一般含杂质的铁加入硅后能提高磁导率，降低矫顽力和铁损,但含硅量增加又会使材料变硬变
6、脆,导热性和韧性下降，对散热和机械加工不利，故一般硅钢片的含硅量不超过4.5。,3.机械应力对磁性能的影响,机械应力有拉应力和压应力之区别。由于铁心材料磁致伸缩的性能有差异，机械应力对不同的铁心材料有着完全不同的影响。以镍的磁致伸缩性能为例，它在外磁场作用的方向，长度缩短，所以它在受拉应力时，磁性能降低。而受压应力时，磁性能提高。,磁致伸缩:磁性材料磁化过程中发生沿磁化方向伸长(或缩短)，在垂直磁化方向上缩短(或伸长)的现象。,4.机械加工对磁性能的影响,软磁材料经过切削加工或冷冲压等加工后，由于在机械力作用下，使材料的表面或周边发生塑性变形，形成一层冷作硬化层，从而改变了材料原有的力学性能和
7、物理性能。,注:经过冷冲压加工的软磁材料的冷作硬化层厚度与模具间隙的大小有关。,三、铁心材料的时效现象,铁心材料的磁性将随着时间和温度的变化而变坏，例如磁导率减小、矫顽力增大等。这种现象称为铁心材料的磁时效现象，亦称磁性老化。,1.定义,2.产生原因,铁心材料的磁时效现象是由于碳、氮、氧等杂质逐渐析出而产生的，但这些元素的溶解随温度的降低而减慢。,3.对磁性的影响,当铁心材料在退火过程中，达到工艺规范所规定的保温时间，从高温开始冷却其速度较快时，由于杂质没有充分的时间析出，就会成为过饱和的固溶体。在低温时，随着时间的推移而缓慢地析出晶界间，同时也伴随而产生一定的内应力，这样就使磁性渐渐减小。,
8、4.措施,为了减少磁时效的影响，可以选用磁时效小的铝静纯铁；亦可采用不同的退火方式减小磁时效的影响。,第二节 铁心的结构型式,一、直流电器的铁心结构型式,直流电器的电磁操作系统采用直流励磁，其铁心结构型式有转动式和直动式两种。,1.转动式(又称拍合式),2.直动式 直动式铁心大都为螺管式,JS7-A,二、交流电器的铁心结构型式,交流电器的电磁操作系统采用交流励磁，其铁心结构型式有直动式、转动式、E形或U形及圆环形等四种。,三、铁心结构形式与特性,铁心的基本特性是其吸力特性、即其衔铁所受吸力与其行程之间的关系。由此可知，吸力特性的形状与铁心的结构型式密切相关。因此，实用中的铁心结构型式远不止上述
9、这些种类，而且即使是同一种结构型式的铁心，只要改变其磁极板面处的形状，即可得到不同的特性。,1.直流电器的铁心消除剩磁:调整非磁性垫片。,2.直流电器的铁心消除剩磁:调整铁心的结构。,加去磁间隙,其它措施,第三节 铁心制造工艺,1.工艺流程图,2.工序说明,一、直流电器的铁心制造,落料成型极面加工表面处理,二、交流电器的铁心制造,交流铁心制造和组装的主要工艺如下：,1.备料（1)硅钢片应沿轧向剪成带状成卷，现在多采用滚剪机。（2)夹板要先剪成条料，并注意料纹方向的要求，夹板常常采用低碳钢板或黄铜板。（3)短路环多用纯铜板和黄铜板，下料时也是先剪成条料，为了保证短路环各方向的强度要求，也应注意料
10、纹方向。（4)铆钉下料通常是直接用圆盘料在冷镦机上打帽制成铆钉。铆钉材料应有较好的塑性。强度过高而脆性大的材料，在成千上万次冲击负荷作用下易过早地断裂。故 材料应选用铆钉钢，也可用低碳钢。,2.冲片 将硅钢片和夹板在冲床上冲制成片。冲制过程中要求冲片毛刺不大于0.1mm，否则会影响铁心的组装质量，即不易保证铁心的几何形状和尺寸精度，同时会增加铁心的涡流损耗，引起铁心过热。,3.磷化处理 通常铆钉（某些夹板）都要经过磷化处理。,把钢件浸入磷酸盐为主的溶液中使其表面沉积，形成不溶于水的结晶型磷酸盐转化膜的过程称为磷化处理。,常用的磷化处理溶液为磷酸锰铁盐和磷酸锌溶液，磷化处理后的磷化膜厚度一般为5
11、15mm，其抗腐蚀能力是发蓝处理的210倍。,磷化的目的主要是：给基体金属提供保护，在一定程度上防止金属被腐蚀；用于涂漆前打底，提高漆膜层的附着力与防腐蚀能力；在金属冷加工工艺中起减摩润滑使用。,4.选片和穿铆钉 通常用称重法分出每个铁心的硅钢片冲片数，再加上两边的夹板，用铆钉穿孔装好待铆压。,5.压紧铆合 一般采用分级压铆，将称重冲片放入铆压模具后，先把叠片压紧，然后再将铆钉头镦粗或铆开。夹紧压模有复式和单式两种。铆压在液压机或其它压力机上进行。注：铆压前铆钉应先经退火处理，退火温度为7007500C。如果铆钉长度与直径之比超过710倍时，可在离铆开部分约二倍直径处进行局部退火；当比值小于7
12、倍时，可将铆钉进行全部退火处理。,6.短路环固定 短路环固定形式：一种是在铁心铆压成型后，通常用胎具在压力机上把短路环铆压在铁心极面上；另一种是用环氧树脂把短路粘结在铁心极面槽内。,7.铣磨铁心极面 为了保证铁心可靠吸合、减小噪声，要求铁心极面光洁而平整，表面粗糙度在1.60.8um之间。注：（1）铁心夹具的定位基准；（2）不宜用乳化液，采用干铣或干磨。,8.涂漆和烘干 11.极面涂防锈油 9.喷面漆 12.检验10.磨剩磁气隙,三、粉末冶金铁心制造,优点：节省材料和工时，还可减少制造模具的套数，而使成本显著下降。,粉末冶金铁心主要工艺过程为：(1)选料(2)成分及配比(3)搅拌 按重量比称好
13、后装人料筒，搅拌4h，使其混合均匀。(4)压形 将搅拌好的料装入模具内，在油压机上压制成型，单位压力为600700MPa，压件密度大于6Gcm3：(5)装盒 把压制成型的铁心装入铁盒内，工件要用填料隔离，以防工件互相粘结在一起。(6)烧结,四、铁心的结构工艺性,当电磁铁线圈用交流励磁时，导磁体内通过交变磁通，产生了涡流和磁滞损耗，导致线圈温升提高。为了降低铁心损耗，限制线圈温升等，就导致了交流铁心结构和制造工艺的复杂性，其结构工艺性也远比直流铁心差。有些交流铁心采用直流励磁方式，将会使直流铁心制造工艺取代交流铁心制造工艺，其结构工艺性也得到显著的改善。采用粉末冶金结构的交流铁心，具有规好的工艺
14、性。铁粉压制烧结铁心优点是节省材料和工时，也减少了模具制造的套数，因而成本下降，简化了交流铁心制造工艺，具有良好的工艺性。,第四节 铁心退火处理,(1)正确地选择退火工艺及其退火工艺规范，(2)提高效率和降低成本。,一、铁心退火处理分类及技术要求,主要是指将材料曝露于高温一段很长时间后，然后再慢慢冷却的热处理制程。,1.退火处理,(1)消除内应力，(2)减少有害杂质(如磷、硫、氧等)，(3)改替其磁性能和机械加工工艺性能。,2.退火处理分类,铁心退火处理常用的有普通退火、氢气退火、真空退火、磁场退火等。,3.退火处理目的,4.退火处理的技术要求,二、铁心退火处理工艺,1.电工纯铁退火工艺,2.
15、铁心冲片退火工艺,铁心退火处理工艺,三、铁心退火工艺的正确选择与应用,1.退火工艺的生产周期较长和消耗电能较多。,2.要考虑到所能达到预期的技术和经济效果。,3.选择合适的退火温度、保温时间和冷却速度,以达到合理的退火工艺规范。,4.保证提高劳动生产率和降低生产成本。,注：退火的目的改善或消除钢铁在铸造、锻压、轧制和焊接过程中所造成的各种组织缺陷以及残余应力，防止工件变形、开裂。软化工件以便进行切削加工。细化晶粒，改善组织以提高工件的机械性能。为最终热处理（淬火、回火）作好组织准备。,第五节 铁心的质量分析,一、铁心的质量检查,检查噪声、分磁环、中柱间隙、铆钉、电磁系统温升以及线圈断电后是否释放等。,二、铁心的故障分析,1.噪声超标,2.分磁环断裂,3.中柱间隙消失,4.铆钉头断裂,5.电磁系统温升过高,6.线圈断电后铁心不释放,1.影响电器铁心材料磁性能有哪些的因素？2.解释磁致伸缩。3.直流电器的铁心消除剩磁的措施？4.铁心材料的时效现象及产生原因。5.试画出交流铁心涂漆和烘干的工艺流程图。6.简述电器铁心质量检查？7.简述分磁环断裂的产生原因和处理方法。,思考题,
