Water snijden van silicium stalen platen: Essentiële grondbeginselen

De traditionele methode voor het produceren van platen van siliciumstaal, die worden gebruikt in motoren en elektrische apparaten, bestaat uit het installeren van mallen op mechanische persen.

De koude stempelende matrijs van siliciumstaalplaat is hoofdzakelijk samengesteld uit mannelijke en vrouwelijke matrijzen, die op de pers worden geïnstalleerd om de siliciumstaalplaat in de stator en de rotor van de motor of de spaander van het transformatorijzer te slaan.

Tijdens de werking van een matrijs voor siliconenstaal wordt de rand blootgesteld aan stoot-, schuif- en buigkrachten. Bovendien wordt de rand ook samengedrukt en gewreven door de siliconen staalplaat. Een speciale coating op het oppervlak van de siliciumstaalplaat verhoogt de wrijving en slijtage van de rand, wat de belangrijkste reden is voor het normale falen van de matrijs.

Het gevolg is dat de matrijzen sterk slijten en vaak moeten worden geslepen voordat ze hun ideale levensduur bereiken. Het aantal geponste onderdelen in een set matrijzen is vaak minder dan de theoretische waarde.

Denk bijvoorbeeld aan de blankingproces van de siliciumstaalplaat van een bepaalde motor. Het vereist zeven soorten matrijzen te voltooien, met een totale kostprijs van 190.000 yuan. De hardheid van een stempelmatrijs voor een rotorblad is 60 tot 62Hrc en wordt geïnstalleerd op een 60t stempelmachinegereedschap. Gewoonlijk kan de matrijs meer dan 200.000 stuks stansen.

De rand van de matrijs met de sleufgaten stort echter in na minder dan 9.000 keer te zijn gebruikt. Het probleem wordt niet opgelost door de matrijs te slijpen (meestal na 50.000 tot 60.000 keer) en opnieuw op de machine aan te brengen. In plaats daarvan blijft de matrijs inzakken en verschijnen er scheuren aan de buitenrand van de matrijs.

Tijdens het continu stempelen breiden de scheuren zich snel uit, waardoor de matrijs het begeeft en onbruikbaar wordt na minder dan 20.000 keer gebruik. Elke keer dat er twee motoren worden geproduceerd, moeten er drie soorten mallen worden geslepen, wat elke keer tussen de 400 en 800 yuan kost, waardoor de productiekosten relatief hoog zijn.

Vooral tijdens de proefproductie van nieuwe producten zijn de productiekosten van matrijzen aanzienlijk hoog en is de productiecyclus lang, waardoor de ontwikkelingskosten van nieuwe producten verdubbelen.

Productie en vereisten van silicium staalplaat

Siliciumstaalplaat is een cruciaal onderdeel van motoren en elektrische apparaten. De prestaties hebben een directe invloed op het verlies van elektrische energie en op de efficiëntie, de grootte en het gewicht van producten zoals transformatoren.

Daarom moet silicium staalplaat over het algemeen voldoen aan de volgende eisen:

• Het moet een gladde oppervlaktecoating hebben, een uitstekende vorm, een hoge maatnauwkeurigheid en een minimale diktevariatie binnen dezelfde plaat.
• Het moet gunstige elektromagnetische eigenschappen hebben en een korrelgeoriënteerde structuur die voldoet aan de toepassingseisen.

Het blanking proces van silicium staalplaat moet niet alleen de typische kenmerken van knippen van metalen maar ook voldoen aan de volgende speciale vereisten.

Hoogte braam

De hoogte van de braam op de siliciumstalen plaat die wordt gebruikt voor blanking mag niet groter zijn dan 0,05 mm. De invloed van bramen op de prestaties van de mechanische onderdelen van de hele machine krijgt steeds meer aandacht.

De elektromagnetische eigenschappen van generatoren, motoren en transformatoren die siliciumstalen platen gebruiken, worden aanzienlijk beïnvloed door bramen.

Matrijzen worden gebruikt om de siliciumstalen platen te vormen die worden gebruikt in generatoren, motoren en transformatoren. Vaak is de spleet bij het maken van de matrijs te groot of wordt deze groter door slijtage.

Tijdens het blankingproces wordt de siliciumstaalplaat geëxtrudeerd, wat een lichte plastische vervorming veroorzaakt. Deze vervorming blijft achter op de rand van de plaat, wat resulteert in de vorming van bramen.

De rotor, stator en transformatorkern van generatoren maken gebruik van een groot aantal platen siliciumstaal met bramen.

Braam op de siliciumstalen plaat vermindert de stapelfactor. Om hetzelfde aantal platen te installeren, moet het motorvolume toenemen.

Bovendien heeft de braam invloed op het uitgangsvermogen van de motor. Er is aangetoond dat het uitgangsvermogen van de generator met 0,1% tot 0,2% kan toenemen door ontbraamde siliciumstalen platen te gebruiken in vergelijking met generatoren die geen ontbraamde siliciumstalen platen gebruiken.

Invloed op levensduur generator

De aanwezigheid van bramen op siliciumstalen platen creëert aanzienlijke openingen tussen lamineringen, wat kan leiden tot de productie van wervelstromen, verhoogd magnetisch verlies, hogere temperaturen, ruis en zelfs kortsluiting, wat kan resulteren in motorstoringen.

Motoren met ontbraamde siliciumstalen platen hebben een gemiddelde levensduur die meer dan 5% langer is in vergelijking met motoren zonder ontbraam.

Verwerkte siliciumstalen platen kunnen handmatig of automatisch gestapeld worden en de spleet bij de verbinding moet geminimaliseerd worden. Dit vereist apparatuur die een hoge nauwkeurigheid handhaaft, inclusief de nauwkeurigheid van reserveonderdelen, wanneer de maximale productiecapaciteit wordt bereikt. Dit zorgt ervoor dat de producten na het knippen nagenoeg vrij zijn van bramen (de braamhoogte na het knippen van siliciumstaalplaat in de lengterichting mag niet meer zijn dan 0,05 mm).

Anders kunnen bramen tijdens het lamineren kortsluiting veroorzaken tussen de lamineringen, het wervelstroomverlies verhogen en de vullingscoëfficiënt van de laminering verlagen.

In de relevante normen van China staat duidelijk dat de braamhoogte van siliciumstaalplaten niet meer dan 0,05 mm mag zijn. Veel motorfabrieken hebben echter geen effectieve ontbraammaatregelen geïmplementeerd. Ze installeren en gebruiken nog steeds platen met bramen van wel 0,07~0,1 mm, wat de kwaliteit ernstig aantast.

Bovendien mag de isolerende verflaag op het oppervlak van de siliciumstaalplaat geen zichtbare krassen vertonen tijdens het ontbramen.

Effect van stress

Na het snijden, stampen en stapelen ondergaan de platen siliciumstaal inwendige spanning dat de korrels vervormt, de doorlaatbaarheid vermindert en het specifieke ijzerverlies verhoogt.

Om deze effecten te vermijden of te minimaliseren, worden koudgewalste georiënteerde siliciumstaalplaten meestal behandeld met stikstofgevulde gloeien bij een temperatuur van ongeveer 800°C na afschuiving. Deze behandeling elimineert de spanningen die tijdens de verwerking ontstaan en zorgt ervoor dat de oorspronkelijke eigenschappen behouden blijven.

Hoewel tests hebben aangetoond dat het specifieke ijzerverlies van koudgewalste georiënteerde siliciumstaalplaat na gloeien wordt verminderd met ongeveer 30%, kiezen veel fabrikanten ervoor om dit proces niet toe te passen vanwege de bijbehorende kostenstijging.

Staalplaat sikkel buigen

Gezien de gespecialiseerde prestatievereisten van siliciumstaalplaten is het van cruciaal belang om hoge standaarden te handhaven voor de productie ervan.

Deze normen moeten zelfs de ASTM-criteria (American Society for Testing and Materials) voor het buigen aan de zijkant voor algemeen afgeschuind metaal overtreffen, die een limiet stellen van niet meer dan 6 mm/3 m in lengte. Als gevolg hiervan moet de lay-out van het afschuifproces voor siliciumstaalplaten aan nog strengere eisen voldoen.

Lotusblad rand

De geschoren siliciumstaalplaat moet vrij zijn van zichtbare golven, die gewoonlijk lotusbladranden worden genoemd.

Bij golven mag de verhouding tussen golfhoogte en golflengte niet groter zijn dan 2,5%.

Als niet aan deze voorwaarde wordt voldaan, zal de silicium staalplaat ernstige plastische vervorming ondergaan, wat zal resulteren in schade aan de domeinstructuur en een aanzienlijke toename van het verlies.

Isolatie

Isolatieschade is niet toegestaan binnen het afschuifbereik of aan het oppervlak van de plaat. Bovendien moet de rand van de plaat vrij zijn van extrusieschade, omdat het niet voldoen aan deze criteria de kwaliteit van de ijzeren kern negatief kan beïnvloeden.

Toepassing van watersnijtechnologie

Ultrahogedruk watersnijdenOok bekend als watermes of waterstraal, is een proces dat een hoogenergetische waterstroom genereert door gewoon water in meerdere trappen onder druk te zetten. Deze waterstroom wordt vervolgens door een fijn mondstuk geleid om materialen te snijden met een snelheid van bijna een kilometer per seconde.

Deze snijtechniek wordt ultrahogedruk watersnijden genoemd. De oorsprong ligt in Schotland, waar het werd ontdekt. Gedurende een periode van 100 jaar leidde experimenteel onderzoek tot de ontwikkeling van een industrieel hogedruk watersnijsysteem.

Snijden met water onder hoge druk is niet gepatenteerd. In 1968 introduceerde een professor aan de Columbia Universiteit in de Verenigde Staten echter slijpmiddelen bij het hogedrukwater, wat het snijproces versnelde door de materialen te slijpen met het slijpmiddel en de hogedrukwaterstraal.

Tegenwoordig hebben de Verenigde Staten, Duitsland, Rusland en Italië doorbraken bereikt in de ultra-hogedruk water snijtechnologie, met een maximale snijdruk van 550MPa. Deze methode wordt veel gebruikt voor snijmaterialen zoals steen, metaal, glas, keramiek, cementproducten, papier, voedsel, plastic, doek, polyurethaan, hout, leer, rubber, munitie en nog veel meer.

Er zijn drie belangrijke toepassingen van watersnijden:

Ten eerste het snijden van onbrandbare materialen zoals marmer, keramische tegels, glas, cementproducten en andere materialen die niet verwerkt kunnen worden door thermisch snijden.

Ten tweede, het snijden van brandbare materialen zoals staalplaten, plastic, doek, polyurethaan, hout, leer, rubber, enz. In het verleden kon thermisch snijden deze materialen ook bewerken, maar dit resulteerde vaak in verbrandingsgebieden en bramen. In het verleden konden deze materialen ook met thermisch snijden worden bewerkt, maar dit resulteerde vaak in verbrandingsgebieden en bramen. Watersnijden daarentegen veroorzaakt dergelijke problemen niet en de fysieke en mechanische eigenschappen van de gesneden materialen blijven onveranderd, wat een belangrijk voordeel van watersnijden is.

Ten derde kan het snijden van brandbare en explosieve materialen zoals munitie en het snijden in brandbare en explosieve omgevingen niet vervangen worden door andere bewerkingsmethoden.

Wat de waterkwaliteit betreft, is ultrahogedruk watersnijden beschikbaar in twee vormen: zuiver watersnijden en abrasief snijden.

Watersnijtest

De watersnijtest voor silicium staalplaat wordt uitgevoerd met het Altorf watermes als belangrijkste apparatuur.

De hoogspanningsgenerator (APW38037Z-09A) van de apparatuur is uitgerust met een complete set origineel geïmporteerde superchargers van AccuStream Inc.

Het besturingssysteem gebruikt PLC in plaats van relais voor communicatie en flexibele besturing met de computer.

Het snijplatform (APW-2030BA) heeft een portaalstructuur, waardoor het stabieler en nauwkeuriger is dan een cantileverstructuur.

De apparatuur is uitgerust met een industrieel pc-platform met speciale watersnijsoftware gebaseerd op Windows en ondersteund door een echt Windows XP-systeem.

Het lineaire deel van het snijproces heeft een snelheid van 800 mm/min, terwijl het cirkelboogdeel een snelheid van 300 mm/min heeft. De dikte van de siliciumstaalplaat die in de test wordt gebruikt is 0,5 mm.

Na de test wordt het product uit de watertank van het snijplatform gehaald, gedroogd en op grootte gecontroleerd. Het product had alleen bij het insteken van het mes tijdens het snijden van ronde gaten een out-of-tolerance probleem. Dit probleem werd voornamelijk veroorzaakt door een te snelle mesinvoer tijdens het programmeren, waardoor het gat ellipsvormig aanvoelde. Tijdens de hertest verdween dit fenomeen en was de braam minder dan 0,05 mm. Het product kon zonder slijpen worden gestapeld en de rest van het product voldeed aan de eisen van de tekening.

Conclusie

De testresultaten van het watersnijproces voor siliciumstaalplaten geven aan dat een optimale productkwaliteit kan worden bereikt door de juiste snijprocesparameters te gebruiken, de waterkwaliteit en zanddeeltjesgrootte nauwkeurig te controleren en de inlaatsnelheid en richting van de boog te regelen.

Watersnijden biedt verschillende voordelen, zoals hoge snelheid, uitstekende kwaliteit, kostenbesparing en eenvoudige productaanpassing. Bovendien is het bijzonder nuttig tijdens de proefproductie van nieuwe producten omdat er geen mallen nodig zijn. Dit verkort de voorbereidingscyclus voor de productie aanzienlijk en minimaliseert de initiële investering die nodig is voor nieuwe producten. De resultaten van dergelijke proeven zijn zeer bevredigend.