CN110111981B - 非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于非晶变压器铁芯加工技术领域，涉及一种非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法，包括以下步骤：制作环形卷绕模芯、卷制环形卷料、制作正向料卷、制作反向料卷、余料卷的获取、反向料卷的翻盘。本发明公开的非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法能够实现将非晶带材的单层剪切转变成整体切割方式，使得片料的制备达到快速高效精准低成本的目标。

Description

非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法
技术领域
本发明属于非晶变压器铁芯加工技术领域，涉及一种非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法。
背景技术
传统的非晶铁芯片的制备方法：先将非晶带材剪切成宽度为(bn+b(n+1))的等宽非晶带材,再根据该梯形截面非晶带材的展开长度Ln，将等宽非晶带材按b11和b12的宽度剪切成梯形带材，如图4所示。按上述方法将全部阶梯截面的梯形带料制备完成后，方能进行铁芯框的制作。其开料剪切工作量巨大，严重制约和影响低损耗非晶立体卷铁芯变压器的发展。例如：SH15—RL—400/10三相非晶立体卷铁芯变压器圆截面铁芯，其铁芯直径D＝235mm,铁芯框内侧窗高为H＝375mm，窗宽B＝145mm，四转角r＝6.3mm，铁芯叠厚为202.4mm。由于非晶立体卷铁芯需要的非晶带材宽度规格繁多，而传统的非晶材料生产厂的卷料宽度仅有142mm、170mm、213mm三种，不同宽度的非晶带材只能由铁芯制造厂解决。三相非晶立体卷铁芯变压器铁芯需要单层薄带先滚剪切割成等宽薄带，再将等宽薄带滚剪切割成所需的梯形带料。经计算上述SH15—RL—400/10三相非晶立体卷铁芯变压器一台铁芯的滚剪切割总长度为38461m左右，而目前滚剪切割的最高速度在80m/min左右，平均滚剪切割速度一般在30m/min左右以下，纯滚剪切割时间应在20小时以上，加上辅助时间，制备一台400KVA的非晶立体铁芯应在30小时以上，这种生产速度无法实现非晶立体卷铁芯变压器的量产。另一方面而非晶材料的硬度又是硅钢材料的5倍左右,具有薄、脆、硬的物理特性导致非晶合金材料加工困难，剪切刀具磨损快、切割和加工难度大，材料利用率也较低，故非晶立体卷铁芯片料的制备的制造成本很高，非晶带材的片料制备是发展非晶立体卷铁芯变压器的关键技术瓶颈。
在国家节能环保的政策支持下,非晶合金立体变压器在配电领域受到变压器行业广泛关注。非晶带材的生产发展迅速，到目前为止，铁基非晶带材产能在国外总计仅有15万吨左右，其中美国5万吨左右，日本10万吨左右，但国内2019年生产能力已达到50万吨以上,今后几年铁基非晶带材的产能还会大幅提高。铁基非晶带材的品质已经到达并部分超过了国外水平，价格仅为国外进口价格的60％左右，相信今后几年铁基非晶带材产能还会迅速增加，铁基非晶带材的价格还会迅速降低。但非晶立体卷铁芯片料的制备严重制约和影响了非晶立体变压器的发展和推广。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法，该制备方法能够实现大批量梯形片料制备。
按照本发明的技术方案：一种非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，制作环形卷绕模芯：根据非晶立体卷铁芯的某个铁芯框的窗口内侧长度，制作环形卷绕模芯，环形卷绕模芯的外周长度与铁芯框的窗口内侧长度相一致；
S2，卷制环形卷料：步骤S1中的环形卷绕模芯安装于数控高速卷绕机的芯模上，采用非晶单层卷料为原料，在数控高速卷绕机上进行环形卷料的卷绕；
S3，制作正向料卷：环形料卷的正向端的外周的片宽方向量取与铁芯梯形截面的上边长相等处，沿着与环形卷料的卷绕轴相垂直方向切断，得到正向料卷；
S4，制作反向料卷：环形卷料的反向端的外周的片宽方向量取与铁芯梯形截面的下边长相等处，沿着与环形卷料的卷绕轴相垂直方向切断，得到反向料卷；
S5，余料卷的获取：环形料卷切去正向料卷和反向料卷后，获得余料卷；
S6，反向料卷的翻盘：对于闭合式立体卷铁芯，将正向料卷在该截面的环形模芯上翻盘成反向料卷备用，对于断轭式立体卷铁芯，将反向料卷在该截面的环形模芯上翻盘成正向料卷备用；
所述数控高速卷绕机在卷绕作业时，叠层端面与垂直面的夹角为ɑ，铁芯的梯形截面的下边长为bn，上边长为b(n+1)，高度为tn，则ɑ＝arctan((b(n+1)–bn)/tn)，当b(n+1)>bn时，ɑ>0；当b(n+1)<bn时，ɑ<0。
上述的非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法，其中，所述数控高速卷绕机的转速大于600m/min。
上述的非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法，其中，所述正向料卷的内侧片宽为铁芯梯形截面的下边长，正向料卷外围的片宽应为铁芯梯形截面的上边长。
上述的非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法，其中，所述环形料卷的垂直切割方式为砂轮切割、水力切割、激光切割中的一种。
上述的非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法，其中，所述环形卷绕模芯的长度大于300mm。
本发明的技术效果在于：本发明公开的非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法能够实现将非晶带材的单层剪切转变成整体切割方式，使得片料的制备达到快速高效精准低成本的目标。
附图说明
图1为非晶立体卷铁芯变压器的结构示意图。
图2为铁芯框的主视图。
图3为铁芯框的截面示意图。
图4为梯形截面非晶带材展开示意图。
图5为环形卷绕模芯的结构示意图。
图6为图5的左视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
本发明一种非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，制作环形卷绕模芯：根据非晶立体卷铁芯的铁芯框内某个梯形的窗口内侧长度，制作环形卷绕模芯，环形卷绕模芯的外周长度与铁芯框的窗口内侧长度相一致；环形卷绕模芯的长度大于300mm；
S2，卷制环形卷料：步骤S1中的环形卷绕模芯安装于数控高速卷绕机的芯模上，采用非晶单层卷料为原料，在数控高速卷绕机上进行环形卷料的卷绕；在实际生产过程中，数控高速卷绕机的转速大于600m/min；
S3，制作正向料卷：环形料卷的正向端的外周的片宽方向量取与铁芯梯形截面的上边长相等处，沿着与环形卷料的卷绕轴相垂直方向切断，得到正向料卷；
S4，制作反向料卷：环形卷料的反向端的外周的片宽方向量取与铁芯梯形截面的下边长相等处，沿着与环形卷料的卷绕轴相垂直方向切断，得到反向料卷；
S5，余料卷的获取：环形料卷切去正向料卷和反向料卷后，获得预料卷；
S6，反向料卷的翻盘：对于闭合式立体卷铁芯，将正向料卷在该截面的环形模芯上翻盘成反向料卷备用，对于断轭式立体卷铁芯，将反向料卷在该截面的环形模芯上翻盘成正向料卷备用。
数控高速卷绕机在卷绕作业时，叠层端面与垂直面的夹角为ɑ，铁芯的梯形截面的下边长为bn，上边长为b(n+1)，高度为tn，则ɑ＝arctan((b(n+1)–bn)/tn)，当b(n+1)>bn时，ɑ>0；当b(n+1)<bn时，ɑ<0。
正向料卷的内侧片宽为铁芯梯形截面的下边长，正向料卷外围的片宽应为铁芯梯形截面的上边长。
本发明中的环形料卷的垂直切割方式为砂轮切割、水力切割、激光切割中的一种。
采用本发明的方法生产非晶立体卷铁芯梯形截面片料，不需要特定的非晶带料宽度，直接采用非晶材料厂的标准卷料宽度进行生产。铁芯的梯形截面片料制备采用外周长与相对应的梯形截面的铁芯框内侧长度的圆形芯模上进行快速卷制成环形卷料；卷制的叠层高度与该铁芯梯形截面的高度一致；卷制的叠层端部为一斜面；卷制的叠层端部与卷绕轴的垂直平面相交为一斜线，卷绕轴的垂直平面与垂直于该卷绕轴的垂直平面相交为一垂直线，该垂直线与斜线之间的夹角与铁芯的梯形截面的上下边长和高度有关。上述整个梯形截面卷制完成后形成的环形料卷的正向侧，在外周最外层取与梯形截面的上边长相等处进行与料卷垂直方向切断，其即获得了铁芯梯形截面正向料卷，正向料卷的内侧的片宽应是与梯形截面的下边长相等一致；在环形料卷的另一侧的外周最外层取与梯形截面的下边长相等处进行与料卷垂直方向切断，即获得了铁芯梯形截面反向料卷，反向料卷的内侧的片宽应是与梯形截面的上边长相等；剩下的中间段为一等宽的料卷为余料卷，可作其它截面的材料之用。如图5、6所示。
本发明一次可获得2个铁芯框所需要的该梯形的片料。若环形芯模的外周长度为该梯形截面的内侧窗口长度加上铁轭开口搭接的长度(8～18mm)时，将正向料卷横向切断和反向料卷翻盘后形成的正向料卷横向切断即可获得铁轭断开式梯形截面立体铁芯所需要的片料；若环形芯模的外周长度为该梯形截面的内侧窗口长度时，将反向料卷和正向料卷翻盘后获得的反向料卷可作为闭合式卷绕该梯形截面立体铁芯所需要的片料卷。
本发明各梯形的模芯采用宽度不小于300mm的硅钢片料，绕制在小于或等于最小直径的模芯上来调整各梯形的模芯需要的外直径，可以方便获得需要的各梯形的模芯。实现模芯制造的简单方便快捷和低成本。
本发明各梯形截面的片料的制备中，可采用与矩形带料拼接的方法进行，这样一方面可充分利用余料卷。另一方面对于带料厂无法提供的带料宽度的大截面片料的制备，也可以采用矩形带料拼接的方法实现非晶立体卷铁芯的制造。但计算截面时应去除材料拼接时两个面的粘结涂层的宽度。
需要说明的一点是，采用本发明的方法制备非晶立体卷铁芯梯形截面片料时，还需要有一个前置步骤，通过前置步骤来确定需要生产的铁芯框的各个梯形截面的参数值。例如7个梯形截面组合的SH15—RL—400/10三相非晶立体卷铁芯变压器铁芯框的参数值如下表1所示：
表1结合图1和图2：SH15—RL—400/10三相非晶立体卷铁芯变压器铁芯参数值
Figure GDA0002965064660000051
本发明采用宽度不小于300mm的硅钢片料，绕制在小于或等于最小直径的模芯上，根据各梯形的模芯外径由硅钢片调整需要的外直径，可以方便获得需要的各梯形的模芯。上述参数表中表示：制作一台变压器铁芯的7个梯形截面的环形卷绕模芯，若立体铁芯为闭合式卷铁芯，则模芯外周长与该铁芯截面相对应的铁芯框内侧长度相等；若立体铁芯为断口式卷铁芯，则模芯外周长与该铁芯截面相对应的铁芯框内侧长度再加断口的搭接长度(8～18mm)。上述模芯尺寸中，闭式模芯外径为闭合式立体卷铁芯需要的模芯尺寸；开式模芯外径尺寸为铁轭断开的搭接式立体卷铁芯需要的模芯尺寸。

Claims (5)

1.一种非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，制作环形卷绕模芯：根据非晶立体卷铁芯的某个铁芯框的窗口内侧长度，制作环形卷绕模芯，环形卷绕模芯的外周长度与铁芯框的窗口内侧长度相一致；
S2，卷制环形卷料：步骤S1中的环形卷绕模芯安装于数控高速卷绕机的芯模上，采用非晶单层卷料为原料，在数控高速卷绕机上进行环形卷料的卷绕；
S3，制作正向料卷：环形料卷的正向端的外周的片宽方向量取与铁芯梯形截面的上边长相等处，沿着与环形卷料的卷绕轴相垂直方向切断，得到正向料卷；
S4，制作反向料卷：环形卷料的反向端的外周的片宽方向量取与铁芯梯形截面的下边长相等处，沿着与环形卷料的卷绕轴相垂直方向切断，得到反向料卷；
S5，余料卷的获取：环形料卷切去正向料卷和反向料卷后，获得余料卷；
S6，反向料卷的翻盘：对于闭合式立体卷铁芯，将正向料卷在该截面的环形模芯上翻盘成反向料卷备用，对于断轭式立体卷铁芯，将反向料卷在该截面的环形模芯上翻盘成正向料卷备用；
所述数控高速卷绕机在卷绕作业时，叠层端面与垂直面的夹角为ɑ，铁芯的梯形截面的下边长为bn，上边长为b（n+1），高度为tn，则ɑ = arctan（( b（n+1） – bn) / tn），当b（n+1）> bn时，ɑ> 0；当b（n+1）<bn时，ɑ< 0。
2.如权利要求1所述的非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法，其特征在于：所述数控高速卷绕机的转速大于600m/min。
3.如权利要求1所述的非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法，其特征在于：所述正向料卷的内侧片宽为铁芯梯形截面的下边长，正向料卷外围的片宽应为铁芯梯形截面的上边长。
4.如权利要求1所述的非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法，其特征在于：所述环形料卷的垂直切割方式为砂轮切割、水力切割、激光切割中的一种。
5.如权利要求1所述的非晶立体卷铁芯梯形截面片料的制备方法，其特征在于：所述环形卷绕模芯的长度大于300mm。
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