Главная >  Производственный и технологический процесс 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [ 23 ] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85

прогрессивным технологическим фактором развития штамповки является стремление получить полностью законченную деталь.

При производстве электрических машин для изготовления сердечников магиитопроводов наибольшее применение находит холодная штамповка листовой и рулонной электротехнической стали.

При производстве крупных трансформаторов для изготовления магиитопроводов электротехническую сталь режут на полосы, а для изготовления магиитопроводов мелких трансформаторов электротехническую сталь штампуют.

При производстве электрических машин и трансформаторов также используется холодная объемная штамповка для изготовления холодной высадкой болтов, винтов, гаек и других деталей в массовом количестве из пруткового материала; изготовления холодным выдавливанием болтов, крышек подшипников, втулок и других деталей небольших габаритов; изготовления листовой штамповкой, часто с последующей гибкой хомутиков, контактов, скоб, наконечников, лопаток вентиляторов, петушков, кожухов вентиляторов и т. п.

В данной главе в основном рассматривается холодная листовая штамповка электротехнической стали при изготовлении листов статора и ротора электрических машин. В § 12.9 кратко рассмотрены технологические процессы изготовления других штампованных деталей из металлических и неметаллических материалов для машин и трансформаторов.

Вне зависимости от типа производства электрических машин технологический процесс листовой штамповки является процессом крупносерийного или массового производства. Общее количество ежегодно штампуемых в нашей стране листов магиитопроводов составляет несколько миллиардов штук.

Листы магиитопроводов диаметром до 250-350 мм штампуются на листоштамповочных установках из электротехнической стали, выпускаемой в лентах. Скорость штамповки до 1000 двойных ходов пресса в минуту. При этом используется способ последовательной штамповки многопозиционными штампами. На таких установках изготавливается ежегодно несколько миллиардов листов.

Листы магиитопроводов диаметром до 500 мм штампуются на пресс-автоматах типа Бакинец из электротехнической стали, выпускаемой в рулонах или листах. Скорость штамповки до 90 ходов в минуту. При этом используются совмещенные (компаунд-ные) штампы.

Листы магиитопроводов с диаметром до 630 мм могут штамповаться по системе Тандем , сущность этого способа состоит в том, что штамповка производится из рулона на двух последовательно работающих прессах с двумя штампами.

Листы диаметром от 500 до 990 мм штампуются на универсальных прессах или пазовых пресс-автоматах. При штамповке на универсальных прессах применяются совмещенные штампы.


Подача материала в зону штамповки, снятие заготовок, готовых листов и отходов производится большей частью вручную оператором. Число используемых ходов пресса составляет 4-6 в минуту (при паспортных данных пресса 12-36 ходов в минуту). При штамповке на пазовых пресс-автоматах один оператор может обслуживать три-четыре установки. Производительность одного пресс-автомата составляет четыре - шесть листов в минуту. Штамповка производится пазовым штампом. Можно штамповать листы диаметром до 990 мм, так как максимальная ширина электротехнической стали, выпускаемой промышленностью, равна 1000 мм. При необходимости иметь магнитопроводы большого диаметра производят штамповку листов частями - сегментами, из которых собирают круглый магнитопровод.

Штамповка сегментов для статора и ротора крупных электрических машин осуществляется на пресс-автоматах или механизированных универсальных прессах со скоростью до 60 двойных ходов пресса в минуту. При этом используется электротехническая сталь в рулонах. Несмотря на относительно небольшой выпуск крупных электрических машин штамповка является крупносерийным производством. Например, гидрогенератор для Красноярской ГЭС имеет 285 тыс. сегментов для статора.

Штамповка полюсов машин постоянного тока и полюсов роторов синхронных генераторов производится на пресс-автоматах или механизированных прессах.

Для обеспечения высоких электромагнитных параметров и энергетических показателей электрических машин повышаются требования к точности и чистоте штампуемых листов. Качество штамповки должно быть высоким (точность геометрических размеров, равномерность распределения пазов по окружности, недопустимость или минимальные размеры заусенцев) для возможности механизации и автоматизации последующих технологических операций. Технология штамповки должна обеспечить: высокую производительность путем комплексной механизации и автоматизации производства основных и вспомогательных процессов; облегчение условий труда и соблюдение требований техники безопасности; высокую стойкость штампов: минимальную себестоимость листов магиитопроводов; экономичный раскрой электротехнической стали, составляющей наибольшую статью расхода в себестоимости листов магиитопроводов.

На рис. 12.1 приведена структура себестоимости штамповки листов магиитопроводов электродвигателей серии 4А с высотой

Рис. 12.1. Структура технологической себестоимости штамповки листов магиитопроводов.

А - затраты на электротехническую сталь; Б - аатраты на штампы; В - затраты на амортизацию оборудования; Г - затраты на зарплату с начислением; Д-прочие статьи затрат.



оси вращения до 100 мм. Как видно, наибольшую долю затрат составляет стоимость электротехнической стали.

После штамповки с листов должны быть удалены заусенцы, если они превышают допустимые размеры. В зависимости от марки электротехнической стали и ее состояния листы могут подвергаться термообработке н изолировке. Готовые листы собираются в сердечники ротора и статора.

12.2. ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЕ СТАЛИ

Кристаллическая решетка электротехнической стали представляет собой множество кристаллов, каждый из которых обладает магнитной анизотропией, т. е. он неодинаково намагничивается вдоль различных кристаллографических направлений, что, в свою очередь, существенно влияет на магнитные свойства стали. В зависимости от способа проката электротехнические стали делятся на горячекатаные н холоднокатаные.

Горячекатаная сталь представляет собой полнкристаллнческую структуру, в которой кристаллы расположены хаотично, что приводит к практической изотропности электромагнитных свойств.

Холоднокатаная сталь в результате холодной прокатки н отжига получает специальную текстуру прокатки, т. е. преимущественную ориентацию кристаллов в определенном направлении, что приводит к резкой анизотропии магнитных и других свойств. Она весьма чувствительна к механическим воздействиям, так как при этом легко нарушается ориентация кристаллов, увеличиваются сопротивление магнитному потоку и удельные потери в стали.

Различают сталь с ребровой текстурой, когда кристаллы ориентированы вдоль проката ребром куба, и сталь с кубической текстурой - при ориентации кристаллов стороной куба. Сталь с кубической текстурой имеет одинаково высокие магнитные свойства как вдоль, так и поперек прокатки, но эта сталь еще не выпускается в промышленном масштабе. Электротехническая сталь с ребровой текстурой обладает ярко выраженной анизотропией. Подобная текстура обеспечивает наименьшее сопротивление магнитному потоку лишь вдоль направления прокатки и повышенное сопротивление - поперек или под каким-нибудь другим углом к направлению прокатки. Поэтому прн использовании этой стали для изготовления магннтопроводов следят за тем, чтобы направление магнитного потока на всем его пути следования совпадало с направлением прокаткн.

Марки электротехнической стали, ее характеристики и размеры обусловлены ГОСТ 21427.0-75-21427.3-75.

Металлургические предприятия изготавливают тонколистовую электротехническую сталь следующих марок; 1211, 1212, 1213, 1311, 1312, 1313, 1411, 1412, 1413, 1511, 1512, 1513, 1514, 1521, 1561, 1562 1571, 1572, 2011, 2012, 2013, 2111, 2112, 2311, 2312, 2411, 2412, 3411, 3412, 3413, 3414, 3415, 3416, 3404, 3405, 3406.

Первая цифра в обозначении определяет принадлежность стали к классу:

1 класс - горячекатаная изотропная;

2 класс - холоднокатаная изотропная;

3 класс - холоднокатаная анизотропная с ребровой текстурой.

Вторая цифра означает содержание кремния (от 0,4 до 4,8 %). Третья цифра определяет группу по основной нормированной характеристике. Вместе первые трн цифры обозначают тип стали. Четвертая цифра - порядковый номер типа стали. Химический состав стали не нормируется.

Согласно стандарту электротехническая сталь может быть нормального проката и проката повышенной точности. При толщине 0,5 мм горячекатаная сталь нормального проката имеет допуск по толщине ±0,05 мм, холоднокатаная ±0,04 мм. Электротехнические стали проката повышенной точности имеют допуски соответственно ±0,04 и ±0,03 мм. Листы выполняются с максимальными размерами 1000x2000 мм. В листах ширина всегда кратна длине.

Электротехническая сталь первого класса предназначена для изготовления сердечников магннтопроводов электрических машин. Она выпускается только в

листах. Толщина листов согласно стандарту 0,1; 0,2; 0,35; 0,5; 0,65; 1,0 мм. Листы поставляются в термически обработанном состоянии. При изготовлении магннтопроводов дополнительная термическая обработка не требуется.

Электротехническая сталь второго класса предназначена для изготовления сердечника магннтопроводов электрических машин, аппаратов и приборов. Она выпускается в листах, рулонах шириной от 500 до 10G0 мм. Поставляется в термически обрйботанном и термически не обработанном состояниях. Листы могут быть без нокрытия или иметь электроизоляционное нагревостойкое или ненагревостойкое Покрытие. Прн использовании стали с покрытием дополнительная изоляция листов при сборке сердечников не требуется. Нагревостойкое покрытие должно сохранять свои свойства при низкотемпературной обработке листов н прн заливке в сердечник ротора алюминиевой короткозамкнутой обмотки. Толщина покрытия на одной стороне листа - не более 5 мкм. В стандарте оговаривается коэффициент заполнения сердечника для стали с покрытием и без него. Коэффициент заполнения сердечника сталью показывает, какой объем сердечника занят электротехнической сталью. Остальной объгм приходится на изоляционное покрытие листов. Чем выше коэффициент заполнения сердечника сталью, тем лучше используется объем сердечника. Для стали толщиной 0,35 мм с покрытием и без него коэффициент заполнения равен 0,96 и 0,97 соответственно.

Электротехническая сталь третьего класса предназначена для изготовления сердечников магннтопроводов электрических машин, трансформаторов и приборов. Она также выпускается в листах, рулонах, ленте резаной. Толщина стали в листах: 0,35; 0,5 мм; в рулонах и ленте 0,28; 0,30; 0,35 и 0,5 мм. Ширина рулонов 750; 860 н 10G0 мм. Сталь поставляется в термически обработанном состоянии. Сталь толщиной 0,28; 0,30 и 0,35 мм изготавливают с нагрево-стойким электроизоляционным покрытием, а толщиной 0,50 мм - без электроизоляционного покрытия или с покрытием, не ухудшающим штампуемость. Толщина покрытия на одной стороне листа не более 5 мкм. Коэффициент заполнения сердечника сталью с покрытием и без него равен соответственно 0,96-0,97 прн толщине стали 0,35 мм н 0,97-0,98 прн толщине стали 0,5 мм. Лучшие марки холоднокатаной анизотропной стали имеют высокие магнитные свойства. Так, удельные потерн стали марок 3414-3416 толщиной 0,35 и 0,28 мм составляют 1,03-0,95 Вт/кг (Я15/50) при магнитной индукции 1,88 Тл (напряженность магнитного поля 2500 А/кг), Сталь поставляется в пачках и рулонах массой не более 5 т.

Одним нз технологических свойств стали является штампуемость. Штампуемость зависит от химического состава стали, механических характеристик и покрытия. Стандартом штампуемость не оговаривается. Лучшей штампуемостью обладают горячекатаные стали, а наихудшей - холоднокатаные анизотропные. Некоторые изоляционные покрытия оказывают смазочное действие прн штамповке н улучшают штампуемость.

В процессе механической обработки электротехнической стали значительно снижаются ее важнейшие электромагнитные свойства, увеличиваются потери на гнстерезнс. Прн резке и штамповке образуются заусенцы и происходит наклеп поверхности реза. Заусенцы прн сборке сердечников замыкают листы между собой и уменьшают коэффициент заполнения сердечника. Поэтому после штамповки заусенцы, при наличии, удаляют либо закаткой, либо срезают вращающимися резцами илн абразивами. В наклепанном слое металла увеличиваются потери на перемагннчиванне и сопротивление магнитному потоку. Глубина наклепанного слоя составляет до 1 мм. Особенно сильное влияние наклепа сказывается в машинах, имеющих тонкие зубцы. Ухудшение магнитных свойств, связанное с технологическими операциями, может быть частично или почти полностью устранено повторным отжигом. Отжнг может производиться в слабо-окнслительной среде, в нейтральной среде (азот), в вакууме. С операцией отжига совмещают операцию нанесения изоляционной оксидной пленки для изоляции листов Друг от друга. Изоляция листов необходима для уменьшения потерь в сердечниках от вихревых токов при прохождении по сердечнику переменного магнитногопотока. В тех случаях, когда оксидация не производится, изоляцию листов осуществляют нанесением лаковой пленки толщиной 15-20 мкм (прн одноразовом покрытии). Толщина оксидной пленки составляет 3-5 мкм, а ее



электроизоляционные свойства не уступают лаковой пленке. В машина-Х малой мощности, в которых потери в стали составляют 10-15 % общ потерь, удельные потери играют относительно меньшую роль. Потери из-за цёсовершеи-ства изоляции также незначительны. Поэтому для машин малой/ мощности желательно выбирать такой режим термообработки, который позволяет получить максимальную индукцию при заданной напряженности поля w минимальную толщину оксидной пленки, обеспечивающей максимальный коэффициент заполнения сердечника сталью. В машинах большой мощности режимы термообработки устанавливают такими, которые позволяют уменьшить удельные потери, так как их составляющая в общих потерях значительна.

Для изготовления сердечников магиитопроводов электродвигателей серии 4А с высотой оси вращения до 180 мм (наружный диаметр листов статора 313 мм) используется сталь марки 20ГЗ. Применение стали марки 2013 обусловлено ее высокими магнитными характеристиками и низкими потерями на вихревые токи. После штамповки листы подвергаются рекристаллизационному отжигу и оксидации.

При изготовлении сердечников электродвигателей серии 4А с высотой оси вращения 200-250 мм (наружный диаметр листов статора 349-437 мм) используется сталь марки 2112, которая имеет электроизоляционное покрытие и не требует отжига. Применение стали с большими потерями и худшими свойствами вызвано тем, что при отжиге листов большого диаметра происходит их коробление.

Сталь марки 2011 находит применение в крановых асинхронных электродвигателях, которые работают в кратковременных режимах, а высокие магнитные параметры стали позволяют изготавливать двигатели со значительной перегрузочной способностью.

Сегменты крупных электрических машин штампуются из холоднокатаной стали марок 3411, 3412, 3413. Направление проката у холоднокатаных сталей учитывается при проектировании машин и указывается в чертеже.

В электродвигателях постоянного тока серии 2П при изготовлении сердечника якоря применяется сталь марки 2211. Для снятия наклепа после штамповки сталь отжигается, а изолирование производится нанесением лаковой пленки.

Листы полюсов машин постоянного тока и синхронных машин штампуются нз электротехнической или низкоуглеродистой конструкционной листовой стали толщиной 1-2 мм.

Магнитопроводы силовых трансформаторов всех серий изготавливаютси только из холоднокатаной стали марок 3412-3416 с последующим восстановительным отжигом. Применение рулонной электротехнической стали с изоляционным покрытием позволило автоматизировать изготовление пластины магиитопроводов на автоматических линиях продольного и поперечного реза, а также отказаться в ряде случаев от дополнительного изолирования пластин.

12.3. СХЕМЫ ШТАМПОВКИ, ТИПЫ ШТАМПОВ, УСИЛИЕ ВЫРУБКИ ПРИ ШТАМПОВКЕ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ

а) Требования к листам сердечников

Достигнутая точность при штамповке электротехнической стали в массовом производстве соответствует 10-му квалитету. В некоторых случаях, используя высокоточную оснастку и оборудование, можно получить точность, соответствующую 9 и даже 8 квалитетам.

При конструировании листов статора и ротора необходимо-предусматривать специальные выштамповки для облегчения подборки и скрепления листов. Формы и количество выштамповок зависят от общей конструкции сердечников и принятой технологии их изготовления.

На рис. 12.2, а показан лист статора. Наружный диаметр D и внутреннцй диаметр d имеют допуск по 10-му квалитету. Для скрепления листов в сердечник применяют выштамповку под сварку или под скобы IV. При подборе листов в приспособлениях предусматривают сборочные (шихтовочные) знаки размером 2x2 или 3x3 мм, которые из готовых сердечников удаляют. При

,/г;,5

Рис. 12.2. Штампованные круглые листы статора (а), оотора (б); сегменты статора гидрогенератора (в) и якоря машины постоянного тока (г).


подборе листов в полуавтоматических или автоматических стайках предусматривают фиксирующий знак /. Знак должен иметь один размер, изготовленный с большой точностью. Выштамповки следует располагать по оси паза. Высоту шлица паза hi не следует выбирать меньше 0,5-0,7 мм, а диаметр dni меньше 2- 3 мм. Меньшие размеры могут привести к частым сколам штампов. Размеры, указанные на рис. 12.2, а, относятся к листам с наружным диаметром 100-200 мм.

На рис. 12.2, б показан лист ротора. Внутренний диаметр d должен иметь наиболее высокую точность изготовления, так как он является базовым при сборке сердечника ротора и посадочным при сборке ротора с валом. Диаметр D, как правило, обрабаты-



1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 [ 23 ] 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85