CN110911152B - 一种磁性铁芯的制造方法及其制造系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁性铁芯的制造方法及其制造系统，该制造方法包括：取所需长度和宽度的钢带，并对所述钢带进行去毛刺处理和去油污处理后漂洗晾干，得到待涂覆钢带；配制电泳液，对所述待涂覆钢带进行电泳涂覆，得到涂覆钢带；对所述涂覆钢带进行卷制成型，并将卷制成型后的涂覆钢带两端进行固定，得到第一半成品磁性铁芯；对所述第一半成品磁性铁芯进行磁性能处理，得到第二半成品磁性铁芯；对所述第二半成品磁性铁芯的直流磁性能进行检测后得到成品磁性铁芯。该磁性铁芯重量轻，体积小，节省了航空航天类产品的体积、重量，也降低飞行器所需的能量消耗。

Description

一种磁性铁芯的制造方法及其制造系统
技术领域
本发明属于磁性铁芯制造领域，具体涉及一种磁性铁芯的制造方法及其制造系统。
背景技术
高饱和磁感应强度铁钴钒软磁合金1J22磁性铁芯，在国内属于一种新型电磁元件，国内通常使用的1J22带材表面无绝缘涂层，且此材料及其制造的磁性器件对应力极为敏感，所以，铁芯制造比较困难，目前国内无此类铁芯磁性器件的成熟生产加工技术，不能满足军品国产化的市场需求。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种磁性铁芯的制造方法及其制造系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种磁性铁芯的制造方法，包括以下步骤：
步骤1：取所需长度和宽度的钢带，并对所述钢带进行去毛刺处理和去油污处理后漂洗晾干，得到待涂覆钢带；
步骤2：配制电泳液，对所述待涂覆钢带进行电泳涂覆，得到涂覆钢带；
步骤3：对所述涂覆钢带进行卷制成型，并将卷制成型后的涂覆钢带两端进行固定，得到第一半成品磁性铁芯；
步骤4：对所述第一半成品磁性铁芯进行磁性能处理，得到第二半成品磁性铁芯；
步骤5：对所述第二半成品磁性铁芯的直流磁性能进行检测后得到成品磁性铁芯。
在本发明的一个实施例中，所述电泳液由氧化物和稀释剂组成，所述氧化物和所述稀释剂的质量比为1:10～13。
在本发明的一个实施例中，所述电泳液的成分还包括粘合剂，所述氧化物、所述粘合剂以及所述稀释剂三者的质量比为15:10～18:150～200。
在本发明的一个实施例中，对所述第一半成品磁性铁芯进行磁性能处理，包括：
在800～900℃的温度下，在99.999％纯度的氢气气氛中，对所述半成品磁性铁芯进行磁性能处理，保温3～6h后冷却。
本发明的另一个实施例还提供了一种上述任一实施例所述的磁性铁芯的制造系统，包括：
下料装置，用于裁剪钢带原料，得到所需长度和宽度的钢带的待涂覆钢带；
涂覆卷制装置，用于对所述待涂覆钢带进行涂覆并卷制成型，得到第一半成品磁性铁芯；
磁性能处理装置，用于对所述半成品磁性铁芯进行磁性能处理，得到第二半成品磁性铁芯；
检测装置，用于对所述第二半成品磁性铁芯的直流磁性能进行检测，得到成品磁性铁芯。
在本发明的一个实施例中，所述涂覆卷制装置包括：送料机构、涂覆机构、翻转机构、烘干机构以及卷绕机构；其中，
所述送料机构用于收集所述待涂覆钢带，并将所述待涂覆钢带提供给所述涂覆机构；
所述涂覆机构包括电泳池、第一电极和第二电极，所述电泳池内装有电泳液，所述第一电极连接所述电泳池，所述第二电极连接所述送料机构并与所述待涂覆钢带导通；
所述翻转机构位于所述电泳池上端，包括支撑板、第一转轴和第二转轴，支撑板与工作台面合页连接，从而可以进行上下翻转，所述第一转轴设置在所述支撑板的上端并与所述支撑板固定连接，所述第二转轴通过支撑杆设置在所述支撑板下端的所述电泳池内，支撑板中间设置有孔，所述待涂覆钢带从孔进入所述电泳池中进行涂覆。
所述烘干机构为多组热电偶组成的加热管，对涂覆后的钢带进行烘干，得到涂覆钢带；
所述卷绕机构用于对所述涂覆钢带进行卷绕，得到第一半成品磁性铁芯。
在本发明的一个实施例中，还包括断电保护机构，所述断电保护机构为行程开关，与钢带接触，并与所述第一电极、所述第二电极以及所述卷绕机构电连接，用于保护所述涂覆卷绕机构。
本发明的有益效果：
1、该磁性铁芯采用的钢带具有很高的饱和磁感应强度，比传统的硅钢铁芯重量轻、体积小，从而节省了使用该铁芯的航空航天类产品的体积、重量，也降低了飞行器所需要的能量消耗；
2、钢带表面的涂覆采用氧化物悬浊液静电吸附原理，通过改变直流电压和电泳液浓度来调节电泳涂覆层厚度，以保证钢带绝缘性能；
3、该磁性铁芯的涂覆层具有较强的附着力，确保了该磁性铁芯具有可靠的绝缘性能；
4、该工艺得到的磁性铁芯具有较高的电磁性能参数和较低的矫顽力，从而保证产品的各交流磁性能达到产品的性能要求。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1为实施例中磁性铁芯的制造系统的模块结构图；
图2为涂覆卷制装置的结构示意图；
图3为OD型1J22磁性铁芯的外形结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
请参见图1，本发明实施例提供了一种磁性铁芯的制造系统，该系统适用于OD型铁芯的制备，具体包括：下料装置1、涂覆卷制装置2、磁性能处理装置3以及检测装置4；其中，
下料装置1为滚剪机，型号为C8008，用于裁剪钢带原料，得到所需长度和宽度的钢带的待涂覆钢带；
涂覆卷制装置2，用于对待涂覆钢带进行涂覆并卷制成型，得到第一半成品磁性铁芯；
磁性能处理装置3为管式气氛炉，型号为KSY-30-16，用于对第一半成品磁性铁芯进行磁性能处理，得到第二半成品磁性铁芯；
检测装置4为软磁材料静态参数测量仪，型号为DWA-11，利用软磁材料静态参数测量仪根据国标GB/T15002-1994或者GB/T14986-2008对第二半成品磁性铁芯的直流磁性能进行检测，检测合格后得到成品磁性铁芯。
进一步地，请参见图2，该涂覆卷制装置2具体包括：送料机构21、涂覆机构22、翻转机构23、烘干机构24以及卷绕机构25；其中，
送料机构21为转盘，用于收集待涂覆钢带，并将待涂覆钢带提供给涂覆机构进行涂覆；
涂覆机构22位于工作台面的凹槽内，包括电泳池221、第一电极和第二电极，电泳池221内装有电泳液，第一电极连接所述电泳池，第二电极连接送料机构21并与待涂覆钢带导通；
其中，第一电极为正电极，第二电极为负电极。
翻转机构23位于电泳池上端，包括第一转轴231、第二转轴232和支撑板233，支撑板233与工作台面合页连接，从而可以进行上下翻转，第一转轴231设置在支撑板233的上端并与支撑板233固定连接，第二转轴232通过支撑杆234设置在支撑板233下端的电泳池221内，支撑板233中间设置有孔235，钢带从孔235进入电泳池221中进行涂覆。
在钢带进行安装前，将支撑板233向上翻转，使第二转轴232从电泳池翻转出，将钢带通过第一转轴231、孔235缠绕在第二转轴232上，然后再将支撑板233向下翻转，使第二转轴232带动钢带进入电泳池221内，方便了安装；第一转轴231起过渡作用，减少钢带的磨损，第二转轴232将待涂覆钢带压紧，从而进行涂覆。
烘干机构24为多组热电偶组成的加热管，热电偶固定在圆管内形成稳定的热源，电泳涂覆过的钢带通过加热管达到烘干的目的。
卷绕机构25主要为定速电机，将专用模芯安装在电机主轴上，并用螺母固定，涂覆后的钢带在专用模芯上缠绕到所述的尺寸时，也就是工艺要求的铁芯厚度时，完成电泳涂覆，该专用模芯的直径与工艺要求的铁芯的内径相同。
该涂覆卷制装置2还包括涨紧轮26和断电保护机构27，涨紧轮26用于给钢带增加涨紧力，从而增加铁芯的占空系数。
断电保护机构27为行程开关，与涨紧轮26连接且共用一个轴，且可以绕着轴旋转，并与第一电极、第二电极以及定速电机电连接；行程开关与钢带接触，整个涂覆机构正常工作，当钢带一旦断开，行程开关与钢带分离，从而触发开关，使整个涂覆机构断电，停止工作，从而避免电泳涂覆过程中正电极和负电极的接触短路问题，该行程开关可以根据需要进行选择，本发明实施例在此不作具体限定。
送料机构21将钢带经过翻转机构23送入涂覆机构22的电泳池内进行涂覆，经烘干机构24烘干后，卷绕机构25进行卷绕，从而得到第一半成品磁性铁芯，整个过程可连续进行。
实施例2：
本发明实施例以1J22钢带为例，还提供了一种OD型1J22磁性铁芯的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1：根据OD型铁芯的厚度和宽度，取相应长度和宽度的钢带，并对该钢带进行去毛刺处理和去油污处理后漂洗晾干，得到1J22待涂覆钢带。
具体采用滚剪机对1J22钢带进行滚剪下料，该1J22钢带的厚度为0.1mm，其化学成分如表1所示：
表1 1J22钢带的化学成分
Figure GDA0003226854340000071
下料完成之后，采用去毛刺机去除1J22钢带滚剪面的毛刺，然后采用超声波清洗机对1J22钢带进行去油污处理，处理后用温开水进行漂洗，并晾干，得到1J22待涂覆钢带。
步骤2：配制电泳液，对1J22待涂覆钢带进行电泳涂覆，并烘干，得到1J22涂覆钢带。
进一步地，步骤2具体包括以下步骤：
步骤21：采用质量比法按比例配制电泳液，通过涂覆卷制装置2对1J22待涂覆钢带进行涂覆。
该电泳液由氧化物和稀释剂组成，其中氧化物和稀释剂的质量比为1:10～13，优选地，氧化物和稀释剂的质量比为1:12；其中，氧化物为MgO，稀释剂为丙酮，该种电泳液可以确保1J22待涂覆钢带涂覆之后具有良好的附着力和绝缘性能。
在进行涂覆之前，利用悬浮球磨机和陶瓷球对MgO进行球磨，球磨时间为120～140h，球磨机转速为100/min，从而使MgO颗粒更细，使涂覆的厚度更薄，钢带的占比增大，有利于后续产品的使用性能，该涂覆的厚度要保证后续得到的铁芯的占空系数大于0.9。
进一步地，涂覆的厚度在0～0.01mm之间，且要保证1J22钢带的绝缘性能。
MgO为涂覆的主要成分，它具有很强的高温稳定性以及良好的绝缘性能，丙酮中加入MgO，可以制成MgO悬浮液并使MgO带有分子极性。
进一步地，该电泳液中还可以加入粘合剂，该粘合剂主要由醋酸异戊酯和硝化纤维按质量比为25～40:1～4配制而成，氧化物、粘合剂和稀释剂三者之间的质量比为15:10～18:150～200；优选地，醋酸异戊酯和硝化纤维配制的质量比为35:3，氧化物、粘合剂和稀释剂三者之间的质量比为3:2:36；可以提高MgO在钢带上的附着力，本发明实施例在此不作具体限定。
进一步地，该电泳液中还可以加入硝酸铈，硝酸铈、氧化物、稀释剂以及粘合剂四者之间的质量比为1～3:150:1500～2000:100～180；优选地，硝酸沛、氧化物、稀释剂以及粘合剂四者之间的质量比为1:50:600:52；硝酸铈可以增强电泳液的稳定性。
进一步地，涂覆厚度在0.005mm～0.01mm之间，该待涂覆钢带的涂覆采用MgO悬浮液静电吸附原理，通过改变直流电压和电泳液的浓度来调节电泳涂覆的厚度，从而保证钢带的绝缘性能。
步骤22：对涂覆后的1J22待涂覆钢带进行烘干，得到1J22涂覆钢带。
1J22待涂覆钢带经过涂覆后利用管式气氛炉进行烘干，烘干温度为200℃，采用电泳涂覆后连续烘干方式的涂覆，可以有效控制涂覆层的厚度以及均匀性，从而使得到的OD型1J22磁性铁芯具有较高的填充系数。
步骤3：对1J22涂覆钢带进行卷制成型，并将卷制成型后的1J22涂覆钢带两端进行固定，得到第一半成品OD型1J22磁性铁芯。
利用卷绕机构25进行铁芯卷制，将1J22涂覆钢带卷制成OD型，并将1J22钢带的两端分别与卷制完成的铁芯本体进行焊接，从而得到第一半成品OD型1J22磁性铁芯。
步骤4：对第一半成品OD型1J22磁性铁芯进行磁性能处理，得到第二半成品OD型1J22磁性铁芯。
在800～900℃的温度下，在99.999％纯度的氢气气氛中，利用气氛炉对第一半成品OD型1J22磁性铁芯进行磁性能处理，保温3～6h后，冷却到室温后得到第二半成品OD型1J22磁性铁芯。
由于在卷绕过程中会使得到的成品OD型1J22磁性铁芯存在残余应力，这种残余应力会导致后续成品OD型1J22磁性铁芯的磁性能下降，因此，需要去除残余应力和恢复磁性能，并且由于1J22材料对杂质很敏感且容易氧化，所以选择了强还原气体，即氢气进行热处理，使得到的成品OD型1J22磁性铁芯具有较高的电磁性能参数，从而保证产品的直流磁性能达到性能要求。
同时，该第一半成品OD型1J22磁性铁芯经过长时间高温处理后，绝缘性能良好，涂覆层在1J22钢带上的附着力增强，工艺性能良好，便于后续加工。
进一步地，当该OD型1J22磁性铁芯冷却到300℃时，将其拉出气氛炉炉腔加热区域进行冷却，并利用工业风扇辅助冷却，解决了降温迟滞的问题。
需要说明的是，工业风扇可以根据需要自行选择，本发明实施例在此不作具体限定。
步骤5：对第二半成品磁性铁芯的性能进行检测后得到成品磁性铁芯，该OD型1J22磁性铁芯的结构图请参见图3。
利用软磁材料静态参数测量仪对第二半成品磁性铁芯进行磁性理化分析，合格后得到成品OD型1J22磁性铁芯。
得到的成品OD型1J22磁性铁芯在加工完成后进行多次磁性能测试，直流磁性能如表2所示：
表2：本发明实施例的OD型1J22磁性铁芯的直流磁性能
Figure GDA0003226854340000111
需要说明的是，磁感应强度B400、B800、B1600、B2400、B4000、B8000表示在磁场强度分别为400A/m、800A/m、1600A/m、2400A/m、4000A/m、8000A/m时的磁感应强度值，从图中可以看出，本发明的OD型1J22磁性铁芯的直流磁性能较好，且矫顽力较小，满足了铁芯的制备要求。
该磁性铁芯采用的1J22钢带具有很高的饱和磁感应强度，比传统的硅钢铁芯重量轻、体积小，从而节省了使用该铁芯的航空航天类产品的体积、重量，也降低了飞行器所需要的能量消耗；
此外，1J22钢带表面的涂覆采用氧化物悬浊液静电吸附原理，通过改变直流电压和电泳液浓度来调节电泳涂覆的厚度，以保证钢带绝缘性能；
此外，该磁性铁芯的涂覆具有较强的附着力，确保了该磁性铁芯具有可靠的绝缘性能；
此外，该工艺得到的磁性铁芯具有较高的电磁性能参数，从而保证产品的各交流磁性能达到产品的性能要求。
此外，该磁性铁芯的制备系统提高了该1J22磁性铁芯的生产效率。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“若干”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种磁性铁芯的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：取所需长度和宽度的钢带，并对所述钢带进行去毛刺处理和去油污处理后漂洗晾干，得到待涂覆钢带；
步骤2：配制电泳液，对所述待涂覆钢带进行电泳涂覆，得到涂覆钢带；所述电泳液由氧化物、稀释剂、粘合剂以及硝酸铈组成，硝酸铈、氧化物、稀释剂以及粘合剂四者之间的质量比为1～3:150:1500～2000:100～180；所述氧化物为MgO；所述稀释剂为丙酮；所述粘合剂包括醋酸异戊酯和硝化纤维，所述醋酸异戊酯和硝化纤维的质量比为25～40:1～4；涂覆层的厚度为0.005～0.01mm；
步骤3：对所述涂覆钢带进行卷制成型，并将卷制成型后的涂覆钢带两端进行固定，得到第一半成品磁性铁芯；
步骤4：对所述第一半成品磁性铁芯进行磁性能处理，得到第二半成品磁性铁芯；包括：
在800～900℃的温度下，在99.999％纯度的氢气气氛中，对所述半成品磁性铁芯进行磁性能处理，保温3～6h后冷却；
步骤5：对所述第二半成品磁性铁芯的直流磁性能进行检测后得到成品磁性铁芯。
2.一种用于权利要求1所述的磁性铁芯的制造方法的制造系统，其特征在于，包括：
下料装置，用于裁剪钢带原料，得到所需长度和宽度的钢带的待涂覆钢带；
涂覆卷制装置，用于对所述待涂覆钢带进行涂覆并卷制成型，得到第一半成品磁性铁芯；所述涂覆卷制装置包括：送料机构、涂覆机构、翻转机构、烘干机构以及卷绕机构；其中，
所述送料机构用于收集所述待涂覆钢带，并将所述待涂覆钢带提供给所述涂覆机构；
所述涂覆机构包括电泳池、第一电极和第二电极，所述电泳池内装有电泳液，所述第一电极连接所述电泳池，所述第二电极连接所述送料机构并与所述待涂覆钢带导通；
所述翻转机构位于所述电泳池上端，包括支撑板、第一转轴和第二转轴，支撑板与工作台面合页连接，从而可以进行上下翻转，所述第一转轴设置在所述支撑板的上端并与所述支撑板固定连接，所述第二转轴通过支撑杆设置在所述支撑板下端的所述电泳池内，支撑板中间设置有孔，所述待涂覆钢带从孔进入所述电泳池中进行涂覆；
所述烘干机构为多组热电偶组成的加热管，对涂覆后的钢带进行烘干，得到涂覆钢带；
所述卷绕机构用于对所述涂覆钢带进行卷绕，得到第一半成品磁性铁芯；
磁性能处理装置，用于对所述第一半成品磁性铁芯进行磁性能处理，得到第二半成品磁性铁芯；
检测装置，用于对所述第二半成品磁性铁芯的直流磁性能进行检测，得到成品磁性铁芯。
3.根据权利要求2所述的磁性铁芯的制造方法的制造系统，其特征在于，还包括断电保护机构，所述断电保护机构为行程开关，与钢带接触，并与所述第一电极、所述第二电极以及所述卷绕机构电连接，用于保护所述涂覆卷制装置。
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