CN103305682B - 一种提高取向硅钢磁导率的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种提高取向硅钢磁导率的装置及方法，属于材料技术领域；该装置包括PC机、第一位移传感器、第二位移传感器、动力箱、支撑架、液压滑台、刻痕棒和刻痕球；本发明通过设置目标刻痕深度和刻痕间距，并根据上述参数，采用刻痕球对取向硅钢板的表面绝缘涂层进行横向均匀分割；使得磁导率大幅增加，在不影响磁屏蔽效果的情况下，减少屏蔽层厚度，可降低生产成本，提高材料的使用效率；与现有的激光刻痕法相比，能在保证磁屏蔽效果的前提下大大降低了损坏涂层所产生的漏磁现象，更加满足了磁屏蔽用硅钢的工业使用需求。

Description

一种提高取向硅钢磁导率的装置及方法

技术领域

本发明属于材料技术领域，特别涉及一种提高取向硅钢磁导率的装置及方法。

背景技术

硅钢广泛应用于电力电子等工业，磁导率是衡量硅钢磁性能的一项重要指标，提高硅钢的磁导率是硅钢研究和开发最重要的目标之一。随着信息化社会的发展，医疗用的核磁共振扫描设备、磁悬浮列车、计算机精密仪器等在社会生活中得到了广泛使用，磁屏蔽技术也日益受到关注，磁屏蔽材料的需求量也日益增加。磁屏蔽即将屏蔽材料置于磁场传输空间以阻断或减弱电磁波的传播。由于取向硅钢具有适宜的机械强度、生产成本低、导电导磁性能好成为了直流到10KHz范围弱磁场广泛采用的磁屏蔽材料，其发展前景广阔。

目前，磁屏蔽用取向硅钢分为未进行表面处理和表面采用激光刻痕处理两种。未进行表面处理的硅钢铁损高、磁导率较低，一般不适用于磁屏蔽用途；而表面采用激光刻痕处理的硅钢虽然铁损相对较低、磁导率有所提高，但其表面质量差，且激光刻痕在表面涂层处形成的条纹由于完全破坏了表面绝缘涂层易产生漏磁的现象，会大大降低磁屏蔽效果。现有的冷轧取向硅钢难以满足对磁屏蔽效能有苛刻要求的磁屏蔽环境。为此，发明一种提高取向硅钢磁导率的方法成为摆在科技人员面前迫在眉睫的任务。

发明内容

针对现有问题，本发明提出一种提高取向硅钢磁导率的装置及方法，以达到提高取向硅钢磁导率、满足磁屏蔽环境的使用要求的目的。

一种提高取向硅钢磁导率的装置，包括PC机、第一位移传感器、第二位移传感器，还包括动力箱、支撑架、液压滑台、刻痕棒和刻痕球，其中，PC机的输入端连接第一位移传感器的输出端和第二位移传感器的输出端，第一位移传感器的输入端和第二位移传感器的输入端连接动力箱的输出端，所述的动力箱的一侧设置有液压滑台，动力箱下端设置有支撑架，所述的液压滑台的一端设置有刻痕棒，刻痕棒下端设置有刻痕球；所述的PC机内包括刻痕间距控制器和刻痕力控制器。

所述的刻痕间距控制器用于对刻痕球的横向移动进行控制。

所述的刻痕力控制器用于对刻痕球的纵向移动进行控制。

所述的刻痕球与取向硅钢板之间的接触弧长所对应的圆心角小于30°。

所述的刻痕球的材料选用碳化钨或黄铜。

采用所述的装置提高取向硅钢磁导率的方法，设置目标刻痕深度和刻痕间距，并根据上述参数，采用刻痕球对取向硅钢板的表面绝缘涂层进行横向均匀分割。

具体包括以下步骤：

步骤1、采用PC机设置目标刻痕深度和刻痕间距，所述的刻痕深度为硅钢试样表面绝缘涂层厚度的1/2～3/4，误差范围不超过设定深度的±5％，所述的刻痕间距为2mm～16mm，误差范围不超过设定间距的±5％；

步骤2、启动装置；

步骤3、液压滑台带动刻痕球横向移动，采用第一位移传感器采集刻痕球横向移动的间距，并将采集的信号发送至PC机；

步骤4、PC机内部的刻痕间距控制器判断刻痕球是否达到指定刻痕间距，若是，则停止横向移动并执行步骤5，否则继续横向移动并返回执行步骤4；

步骤5、液压滑台带动刻痕球纵向移动，采用第二位移传感器采集刻痕球纵向移动的深度，并将采集的信号发送至PC机；

步骤6、PC机内部的刻痕力控制器判断刻痕球是否达到指定刻痕深度，若是，则停止纵向下移、上移归位并执行步骤6，否则继续纵向下移并返回执行步骤5；

步骤7、判断是否完成硅钢试样表面的均匀刻分，若是，则停止装置，否则返回执行步骤3。

本发明优点：

本发明一种提高取向硅钢磁导率的装置及方法，通过球刻痕处理，使得磁导率大幅增加，在不影响磁屏蔽效果的情况下，减少屏蔽层厚度，可降低生产成本，提高材料的使用效率；与现有的激光刻痕法相比，能在保证磁屏蔽效果的前提下大大降低了损坏涂层所产生的漏磁现象，更加满足了磁屏蔽用硅钢的工业使用需求。

附图说明

图1为本发明一种实施例的整体结构框图；

图2为本发明一种实施例的提高取向硅钢磁导率方法流程图；

图3为本发明一种实施例的普通取向硅钢磁导率检测结果示意图；

图4为本发明一种实施例的高磁感取向硅钢磁导率检测结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明一种实施例做进一步说明。

如图1所示，一种提高取向硅钢磁导率的装置，包括PC机1、第一位移传感器2、第二位移传感器3，还包括动力箱4、支撑架5、液压滑台6、刻痕棒7和刻痕球8，其中，PC机1的输入端连接第一位移传感器2和第二位移传感器3的输出端，第一位移传感器2的输入端和第二位移传感器3的输入端连接动力箱的输出端，所述的动力箱的一侧设置有液压滑台，动力箱下端设置有支撑架，所述的液压滑台的一端设置有刻痕棒，刻痕棒下端设置有刻痕球，刻痕棒与刻痕球间用焊接方式连接。所述的PC机内包括刻痕间距控制器和刻痕力控制器。所述的刻痕力控制器用于对刻痕球的纵向移动进行控制；所述的刻痕间距控制器用于对刻痕球的横向移动进行控制。所述的刻痕球与取向硅钢板之间的接触弧长所对应的圆心角小于30°。所述的刻痕球的材料选用碳化钨或黄铜。

本发明实施例中，PC机中分为两部分刻痕深度控制和刻痕间距控制的控制系统，两系统分别连接两个位移传感器，刻痕深度控制系统连接高度位移传感器(即第二位移传感器)，刻痕间距控制系统连接轧向刻痕间距的位移传感器(即第一位移传感器)。控制系统由c语言实现，主要由带有反馈的控制系统组成。所述的位移传感器的型号是KSC微型位移传感器。

本发明实施例中，支撑架5负责支撑刻痕工具，保证刻痕精度不受机械加工震动的影响，可由硬质合金钢焊接而成。接有传感器金属探头的1TD动力箱4与两个位移传感器相连接，负责接收平行、垂直于轧向的刻痕命令。1HYT液压滑台6与刻痕棒7、刻痕球8组成XY刻痕平台，实现横向与纵向的移动。刻痕棒7的两端与液压滑台6、刻痕球8焊接，刻痕棒7垂直于控液压滑台6。

由于取向硅钢的磁导率比空气的磁导率要大几千倍(μ屏蔽>>μ空气)，所以空腔的磁阻比硅钢的磁阻大得多(R空气>>R屏蔽)，而外磁场磁通量的绝大部份将沿着铁磁材料壁内通过(Φ屏蔽>>Φ空气)，而进入空腔的磁通量极少，因此被铁磁材料屏蔽的空腔内基本上没有外磁场。通过刻痕球与取向硅钢表面进行接触，由于取向硅钢表面是硬度相对较软的绝缘涂层，刻痕会产生接触变形区，刻痕线对取向硅钢的磁畴产生人为分割的效果，进而使得磁导率提高。

采用所述的装置提高取向硅钢磁导率的方法，设置目标刻痕深度和刻痕间距，并根据上述参数，采用刻痕球对取向硅钢板的表面绝缘涂层进行横向均匀分割；流程图如图2所示，包括以下步骤：

实施例1中，对普通取向硅钢进行加工，普通取向硅钢化学成分的重量百分比C：0.03％，Si：3.05％，Mn：0.07％，S：0.02％，Cu：0.03％，P：0.01％，Al：0.01％，余量为Fe；对成品板材进行加工取样，沿轧制方向加工尺寸为350mm×30mm×0.3mm的标准爱波斯坦试样，并对所取样品进行初始的磁导率测量；

步骤1、采用PC机设置目标刻痕深度和刻痕间距，所述的刻痕深度为硅钢试样表面绝缘涂层厚度的1/2～3/4，误差范围不超过设定深度的±3％，所述的刻痕间距为2mm～16mm，误差范围不超过设定间距的±3％；

本发明实施例中，在普通取向硅钢成品表面进行球刻痕处理，刻痕球的材料为碳化钨；刻痕方向为垂直于轧制方向，刻痕深度为所取试样距离表面的1/2至3/4绝缘涂层厚度左右，刻痕力的控制选择以不破坏涂层为标准，所选取试样的涂层厚度为6μm，因此在PC机控制系统中设定目标刻痕深度值3μm、刻痕间距值2mm，4mm，8mm，16mm，及两者的允许误差范围均设定为±3％；

步骤2、启动装置；

在PC机控制系统中按下执行命令按钮，控制系统对刻痕装置发出刻痕深度3μm和刻痕间距分别为2mm，4mm，8mm，16mm的数据指令；

步骤3、液压滑台带动刻痕球横向移动，采用第一位移传感器采集刻痕球横向移动的间距，并将采集的信号发送至PC机；

步骤4、PC机内部的刻痕间距控制器判断刻痕球是否达到指定刻痕间距(允许误差范围±3％)，若是，则停止横向移动并执行步骤5，否则继续横向移动并返回执行步骤4；

步骤5、液压滑台带动刻痕球纵向移动，采用第二位移传感器采集刻痕球纵向移动的深度，并将采集的信号发送至PC机；

步骤6、PC机内部的刻痕力控制器判断刻痕球是否达到指定刻痕深度(允许误差范围±3％)，若是，则停止纵向下移、上移归位并执行步骤7，否则继续纵向下移并返回执行步骤6；

步骤7、判断是否完成硅钢试样表面的均匀刻分，若是，则停止装置，否则返回执行步骤3。

选择2mm、4mm、8mm、16mm四种不同刻痕间距的普通取向硅钢试样进行磁导率的测量，将测量结果与刻痕前硅钢的磁导率进行比较；磁导率检测结果如图3所示：经过刻痕处理后取向硅钢的磁导率在不同磁感应强度下均有较大提高，如在1.0T磁感应强度下2mm刻痕与16mm刻痕后磁导率分别上升42％和109％。表面质量良好，未产生漏磁现象，可以满足更严苛的磁屏蔽效能要求。

实施例2中，对高磁感取向硅钢进行加工，高磁感取向硅钢化学成分的重量百分比C：0.05％，Si：3.09％，Mn：0.07％，S：0.02％，Cu：0.07％，P：0.02％，Al：0.01％，余量为Fe；对成品板材进行加工取样，沿轧制方向加工尺寸为350mm×30mm×0.3mm的标准爱波斯坦试样，并对所取样品进行初始的磁导率测量；

步骤1、采用PC机设置目标刻痕深度和刻痕间距，所述的刻痕深度为硅钢试样表面绝缘涂层厚度的1/2～3/4，误差范围不超过设定深度的±3％，所述的刻痕间距为2mm～16mm，误差范围不超过设定间距的±3％；

本发明实施例中，在高磁感取向硅钢成品表面进行球刻痕处理，刻痕球的材料为碳化钨；刻痕方向为垂直于轧制方向，刻痕深度为所取试样距离表面的1/2至3/4绝缘涂层厚度左右，刻痕力的控制选择以不破坏涂层为标准，所选取试样的涂层厚度为6μm，因此在PC机控制系统中设定目标刻痕深度值3μm、刻痕间距值2mm，4mm，8mm，16mm，及两者的允许误差范围均设定为±3％；

步骤2、启动装置；

在PC机控制系统中按下执行命令按钮，控制系统对刻痕装置发出刻痕深度3μm和刻痕间距分别为2mm，4mm，8mm，16mm的数据指令；

步骤3、液压滑台带动刻痕球横向移动，采用第一位移传感器采集刻痕球横向移动的间距，并将采集的信号发送至PC机；

步骤4、PC机内部的刻痕间距控制器判断刻痕球是否达到指定刻痕间距(允许误差范围±3％)，若是，则停止横向移动并执行步骤5，否则继续横向移动并返回执行步骤4；

步骤5、液压滑台带动刻痕球纵向移动，采用第二位移传感器采集刻痕球纵向移动的深度，并将采集的信号发送至PC机；

步骤6、PC机内部的刻痕力控制器判断刻痕球是否达到指定刻痕深度(允许误差范围±3％)，若是，则停止纵向下移、上移归位并执行步骤7，否则继续纵向下移并返回执行步骤6；

步骤7、判断是否完成硅钢试样表面的均匀刻分，若是，则停止装置，否则返回执行步骤3。

选择2mm，4mm，8mm，16mm四种不同刻痕间距的高磁感取向硅钢试样进行磁导率的测量，将测量结果与刻痕前磁导率进行比较；磁导率检测结果如图4所示，测量结果表明：经过球刻痕处理后高磁感取向硅钢的磁导率在不同磁感应强度下均有较大提高，如在1.0T磁感应强度下2mm刻痕与16mm刻痕后磁导率分别上升24％和80％。表面质量良好，未产生漏磁现象，可以满足更严苛的磁屏蔽效能要求。

Claims (3)

1.一种提高取向硅钢磁导率的装置，包括PC机、第一位移传感器、第二位移传感器，其特征在于：还包括动力箱、支撑架、液压滑台、刻痕棒和刻痕球，其中，PC机的输入端连接第一位移传感器的输出端和第二位移传感器的输出端，第一位移传感器的输入端和第二位移传感器的输入端连接动力箱的输出端，所述的动力箱的一侧设置有液压滑台，动力箱下端设置有支撑架，所述的液压滑台的一端设置有刻痕棒，刻痕棒下端设置有刻痕球；所述的PC机内包括刻痕间距控制器和刻痕力控制器；

所述的刻痕间距控制器用于对刻痕球的横向移动进行控制；所述的刻痕力控制器用于对刻痕球的纵向移动进行控制；所述的刻痕球与取向硅钢板之间的接触弧长所对应的圆心角小于30°。

2.根据权利要求1所述的提高取向硅钢磁导率的装置，其特征在于：所述的刻痕球的材料选用碳化钨或黄铜。

3.采用权利要求1所述的装置提高取向硅钢磁导率的方法，其特征在于：设置目标刻痕深度和刻痕间距，并根据上述参数，采用刻痕球对取向硅钢板的表面绝缘涂层进行横向均匀分割；具体包括以下步骤：

步骤1、采用PC机设置目标刻痕深度和刻痕间距，所述的刻痕深度为硅钢试样表面绝缘涂层厚度的1/2～3/4，误差范围不超过设定深度的±3％，所述的刻痕间距为2mm～16mm，误差范围不超过设定间距的±3％；

步骤2、启动装置；

步骤3、液压滑台带动刻痕球横向移动，采用第一位移传感器采集刻痕球横向移动的间距，并将采集的信号发送至PC机；

步骤4、PC机内部的刻痕间距控制器判断刻痕球是否达到指定刻痕间距，若是，则停止横向移动并执行步骤5，否则继续横向移动并返回执行步骤4；

步骤5、液压滑台带动刻痕球纵向移动，采用第二位移传感器采集刻痕球纵向移动的深度，并将采集的信号发送至PC机；

步骤6、PC机内部的刻痕力控制器判断刻痕球是否达到指定刻痕深度，若是，则停止纵向下移、上移归位并执行步骤6，否则继续纵向下移并返回执行步骤5；

步骤7、判断是否完成硅钢试样表面的均匀刻分，若是，则停止装置，否则返回执行步骤3。