CN104342543A - 通过气动冲压刻痕改善取向硅钢片磁性能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过气动冲压刻痕改善取向硅钢片磁性能的方法，根据硅钢片上设计的刻痕线数量、长度、角度和间距要求确定刻痕针头的运动轨迹，将刻痕针头与硅钢片之间的距离调节为0.1-0.5mm，驱动刻痕针头按照确定的轨迹运动，同时通过1.0-1.6MPa的气压控制刻痕针头在硅钢片表面以70-90Hz的频率振动，从而在硅钢片表面形成刻痕线或者刻痕点。采用本技术方案的工艺参数控制，可以得到铁损降低幅度8-12％，并且能经受800℃/2h去应力退火的效果。不同于齿辊压痕法中齿辊工艺精度要求很高且难以实现，本发明的刻痕头为容易加工的针头，且针尖长期使用磨损后只需在砂轮机上打磨即可，维护方便，且维护成本低。

Description

通过气动冲压刻痕改善取向硅钢片磁性能的方法

技术领域

本发明涉及硅钢片刻痕处理技术，具体地指一种通过气动冲压刻痕改善取向硅钢片磁性能的方法。

背景技术

取向硅钢片用做变压器铁心，是电力、电子和军事工业中不可缺少的重要软磁合金。随着国民经济的发展，大批新建或改造电网项目实施，对取向硅钢的需求日益增加，随着能源问题日益突出，市场对低损耗的高端取向硅钢需求日益强烈。磁畴细化技术是降低取向硅钢铁损最直接有效的方法。磁畴细化技术按其效果是否能经受800℃/2h去应力退火分为耐热型和非耐热型两种。气动冲压刻痕作为一种非耐热型磁畴细化技术已在世界范围内广泛应用，其产品主要用作叠片变压器铁芯。而卷绕铁心变压器则需要采用耐热磁畴细化取向硅钢作为铁心。

目前已经实现产业化的耐热磁畴细化技术主要有齿辊压痕法和化学刻蚀法。专利EP0409389A2报道一种通过齿辊压痕形成沟槽实现耐热磁畴细化的方法。钢带在齿状刻痕辊和压辊之间移动，压辊向钢带施加的压力可以达到8448Kg/cm²。压痕之前需要将钢带加热到593-816℃，这样可以使钢带对施加的应力更为敏感。专利US4742706也公开了一种通过齿辊压痕实现耐热磁畴细化的方法，通过液压气缸控制施加到压辊上的压力，在钢板上形成一定深度和宽度的沟槽，可以达到铁损改善幅度10％且能经受800℃/2h去应力退火的效果。齿辊压痕法的最大问题是对齿的精度要求很高，需要达到微米级，连续生产一段时间后齿会磨损，需要经常加工，装备制造和维护非常困难。刻痕线间距和刻痕角度是耐热磁畴细化方法的两个重要的技术参数，这两个参数的调节只能通过更换齿辊，增加了参数调节的难度。

川崎制铁通过化学刻蚀在表面形成线坑的方法(参见美国发明专利US4750949)实现耐热磁畴细化，这种方法是在最终冷轧板上等离子刻痕，施加掩膜后通过化学刻蚀形成沟槽，然后去除掩膜，然后进行常规的脱碳退火，高温退火处理。这种方法最大的问题是对磁感恶化幅度较大，可以达到2％。

为了解决上述问题，开展了通过激光刻痕实现耐热磁畴细化的研究。如日本发明专利特开平7-220913采用Q开关二氧化碳激光器在表面形成由一系列的坑组成的沟槽的方法；欧洲发明专利EP0992591提出了一种通过激光照射在取向硅钢片两面都形成沟槽的方法，以及中国发明专利ZL201010562949.2提出的通过光纤激光刻痕在硅钢片表面形成一定深度和宽度的沟槽，从而实现耐热磁畴细化的方法。由于激光刻痕方法的本质是通过激光的高能热输入形成沟槽，不仅表面涂层和硅酸镁底层会挥发，基体也在一定范围内熔融和重新凝固，在裸露的基体上重涂层难以得到好的附着性。

机械刻痕法是目前生产上应用最成功的耐热磁畴细化方法，这种方法在我国应用的主要问题是对齿辊加工精度要求高，而且连续生产过程中齿辊容易磨损，须要频繁维护，设备制造的维护的难度很大。

发明内容

本发明的目的就是要提供一种控制精度高、容易实现的气动冲压刻痕改善取向硅钢片磁性能的方法。

为实现上述目的，本发明所设计的通过气动冲压刻痕改善取向硅钢片磁性能的方法，其特殊之处在于，根据硅钢片上设计的刻痕线数量、长度、角度和间距要求确定刻痕针头的运动轨迹，将刻痕针头与硅钢片之间的距离调节为0.1-0.5mm，驱动刻痕针头按照确定的轨迹运动，同时通过1.0-1.6MPa的气压控制刻痕针头在硅钢片表面以70-90Hz的频率振动，从而在硅钢片表面形成刻痕线或者刻痕点。

优选地，所述硅钢片上的刻痕线与垂直于轧向方向呈0-5°的夹角。根据材料本身厚度和晶粒尺寸不同，对应的刻痕线与垂直于轧向方向成0-5°角。

优选地，所述硅钢片上的刻痕线间距为3-6mm。间距太小，磁感恶化幅度大，钢带容易变形；间距太大，磁畴细化效果不明显。

优选地，所述刻痕针头沿确定轨迹运动的刻痕速度为15-45mm/s。最佳地，所述刻痕针头沿确定轨迹运动的刻痕速度为20-35mm/s。刻痕速度太小，磁感降低幅度较大；刻痕速度太大，铁损降低效果达不到8％以上。

优选地，所述刻痕针头为硬质合金针头，对于打点式刻痕，针尖直径为30-50μm；对于划线式刻痕，针尖直径为10-30μm。优选地，所述气压为1.2-1.5Mpa，所述刻痕针头在硅钢片表面以80-85Hz的频率振动。气压过低，刻痕沟槽太浅，达不到耐热磁畴细化效果；气压过高，钢板容易变形，而且磁感恶化严重

本发明原理为：将刻痕线数量、长度、角度、间距等信息输入计算机，计算机通过驱动控制系统和气动系统，来控制刻痕针头的高频振动，从而在硅钢片上按工艺要求形成刻痕线。调节所述刻痕针头与硅钢片的距离为0.1-0.5mm。距离太近，影响针头的自由移动，距离太远，冲击太小，沟槽深度达不到要求，不能实现耐热磁畴细化。控制驱动刻痕针头的气压为1.0-1.6MPa，气压过低，刻痕沟槽太浅，达不到耐热磁畴细化效果；气压过高，钢板容易变形，而且磁感恶化严重。

本发明的优点在于：采用本技术方案的工艺参数控制，可以得到铁损降低幅度8-12％，并且能经受800℃/2h去应力退火的效果。不同于齿辊压痕法中齿辊工艺精度要求很高且难以实现，本发明的刻痕头为容易加工的针头，且针尖长期使用磨损后只需在砂轮机上打磨即可，维护方便，且维护成本低。

附图说明

图1为本发明第一个实施例的效果示意图。

图2为本发明第二个实施例的效果示意图。

图3为本发明第三个实施例的效果示意图。

图4为实现本发明的装置的主视结构示意图。

图5为图4的俯视结构示意图。

图中：底座1，直线导轨2，样品台3，伺服电机4，气动刻痕工作头5，升降立柱6(其中：升降台6.1，操作手柄6.2)，压紧汽缸7，刻痕座8，硅钢片9。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

一种实现本发明的硅钢气动冲压式刻痕装置，如图4和图5所示，它包括底座1，底座1上布置直线导轨2，直线导轨2上设置有用于放置硅钢片9的样品台3。伺服电机4驱动样品台3在直线导轨2上水平滑动。硅钢片9嵌置在样品台3两侧的横槽内。样品台3内阵列式嵌入柱状永磁铁，使硅钢片9平直的固定在样品台3上。底座1侧面设置有升降立柱6，升降立柱6的伸出端升降台6.1下方固定设置刻痕座8。刻痕座8位于样品台3上方，刻痕座8内设置气动刻痕工作头5。气动刻痕工作头5两侧对称设置压紧汽缸7。气动刻痕工作头5上安装刻痕针头。气动刻痕工作头5通过气动系统驱动，并根据用户设置控制刻痕针头在硅钢片9上刻痕划线。

该装置工作时，以尺寸规格为100*500mm硅钢片9样品刻痕为例。将刻痕线数量、长度、角度、间距等信息输入计算机，计算机通过驱动控制系统和气动系统，来控制刻痕工作头5、底座1以及刻痕工作头5上刻痕针头的高频振动，从而在硅钢片9上按工艺要求形成刻痕线。

开机时，针头回原点，样品台3回原点，压紧气缸7提起；上硅钢片9，按刻痕按钮，压紧气缸底部的橡胶压片压紧硅钢片9，气动刻痕工作头5启动，刻痕针头在指定位置刻痕，完成一条刻痕线后，刻痕针头回原点，压紧气缸7松开，样品台3移动一段距离等于设定的线间距，压紧气缸7再次压紧，刻痕针头再启动刻痕，完成第二条刻痕线，刻痕针头回原点，压紧气缸7松开，重复上述过程完成刻痕。需要调节刻痕针头与硅钢片9间的距离时，旋转升降立柱上的操作手柄6.2，操作手柄6.2带动升降台6.1上下移动，直至刻痕针头与硅钢片9之间达到合适距离。需要调节刻痕速度时，控制驱动刻痕工作头5竖直运动的速度，从而连接在同步带上的刻痕针头以相应速度刻痕。

本发明一种通过气动冲压刻痕改善取向硅钢片磁性能的方法，根据硅钢片9上设计的刻痕线数量、长度、角度和间距要求确定刻痕针头的运动轨迹，将刻痕针头与硅钢片之间的距离调节为0.1-0.5mm，驱动刻痕针头按照确定的轨迹运动，同时通过1.0-1.6MPa的气压控制刻痕针头在硅钢片9表面以70-90Hz的频率振动，从而在硅钢片9表面形成刻痕线或者刻痕点。硅钢片9上的刻痕线间距为3-6mm，刻痕线与垂直于轧向方向呈0-5°的夹角。

本发明的第一个实施例的工艺条件为：刻痕线间距为4mm，刻痕线与垂直于轧向角度为0°，刻痕速度为30mm/s，刻痕针头与硅钢片9的距离为0.3mm，刻痕方式为划线式，刻痕针头的直径为20μm，刻痕针头的振动频率为80-85Hz。如图1所示的铁损降低百分数△P17/50(△P17/50＝(刻痕前P17/50-刻痕并去应力退火后P17/50)/刻痕前P17/50×100％)和磁感降低百分数△B8(△B8＝(刻痕前B8-刻痕并去应力退火后后B8)/刻痕前B8×100％)与驱动气压的关系，当驱动气压﹤1.0MPa时，铁损降低效果较差，达不到8％以上；当驱动气压﹥1.6MPa时，由于板形破坏严重，磁感恶化幅度较大，导致磁滞损耗增加，铁损降低效果也达不到要求。只有当驱动气压控制在1.0-1.6MPa范围时，铁损降低幅度较高，而且磁感恶化幅度较小。

本发明的第二个实施例的工艺条件为：刻痕线间距为4mm，刻痕线与垂直于轧向角度为0°，驱动气压为1.4MPa，刻痕针头与硅钢片9的距离为0.3mm，刻痕方式为划线式，刻痕针头的直径为20μm，刻痕针头的振动频率为80-85Hz。如图2所示的铁损降低百分数△P17/50(△P17/50＝(刻痕前P17/50-刻痕并去应力退火后P17/50)/刻痕前P17/50×100％)和磁感降低百分数△B8(△B8＝(刻痕前B8-刻痕并去应力退火后B8)/刻痕前B8×100％)与刻痕速度的关系；当刻痕速度在15-40mm/s范围时，铁损改善幅度在8％以上。尤其当刻痕速度在20-35 mm/s范围时，铁损改善幅度较高，可以达到9-11％，而磁感恶化幅度﹤0.6％。

本发明的第三个实施例的工艺条件为：刻痕线与垂直于轧向角度为0°，驱动气压为1.4MPa，刻痕针头与硅钢片9的距离为0.3mm，刻痕方式为划线式，刻痕针头直径为20μm，刻痕针头的振动频率为80-85Hz。如图3所示的铁损降低百分数△P17/50(△P17/50＝(刻痕前P17/50-刻痕并去应力退火后P17/50)/刻痕前P17/50×100％)和磁感降低百分数△B8(△B8＝(刻痕前B8-刻痕并去应力退火后后B8)/刻痕前B8×100％)与刻痕线间距的关系。由于最佳线间距取决于材料厚度和磁畴结构，磁性是不同材料在最佳工艺及最佳线间距下所达到的最好平均水平。当线间距﹥6mm时，即使在最好水平下，也难以达到铁损改善幅度﹥8％的效果，而当线间距﹤2mm时，虽然铁损改善幅度可以达到8％以上，但是磁感恶化幅度1％以上，而且线间距太小，钢板容易弯曲，另外也导致刻痕效率降低，因此线间距在3-6mm范围内选择较好。

Claims (7)

1.一种通过气动冲压刻痕改善取向硅钢片磁性能的方法，其特征在于：根据硅钢片(9)上设计的刻痕线数量、长度、角度和间距要求确定刻痕针头的运动轨迹，将刻痕针头与硅钢片之间的距离调节为0.1-0.5mm，驱动刻痕针头按照确定的轨迹运动，同时通过1.0-1.6MPa的气压控制刻痕针头在硅钢片(9)表面以70-90Hz的频率振动，从而在硅钢片(9)表面形成刻痕线或者刻痕点。

2.根据权利要求1所述的通过气动冲压刻痕改善取向硅钢片磁性能的方法，其特征在于：所述硅钢片(9)上的刻痕线与垂直于轧向方向呈0-5°的夹角。

3.根据权利要求1或2所述的通过气动冲压刻痕改善取向硅钢片磁性能的方法，其特征在于：所述硅钢片(9)上的刻痕线间距为3-6mm。

4.根据权利要求1或2所述的通过气动冲压刻痕改善取向硅钢片磁性能的方法，其特征在于：所述刻痕针头沿确定轨迹运动的刻痕速度为15-45mm/s。

5.根据权利要求1或2所述的通过气动冲压刻痕改善取向硅钢片磁性能的方法，其特征在于：所述刻痕针头沿确定轨迹运动的刻痕速度为20-35mm/s。

6.根据权利要求1或2所述的通过气动冲压刻痕改善取向硅钢片磁性能的方法，其特征在于：所述刻痕针头为硬质合金针头，对于打点式刻痕，针尖直径为30-50μm；对于划线式刻痕，针尖直径为10-30μm。

7.根据权利要求1或2所述的通过气动冲压刻痕改善取向硅钢片磁性能的方法，其特征在于：所述气压为1.2-1.5Mpa，所述刻痕针头在硅钢片(9)表面以80-85Hz的频率振动。