CN113751962B - 一种铁芯用夹件钻眼工艺 - Google Patents

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CN113751962B CN202110889609.9A CN202110889609A CN113751962B CN 113751962 B CN113751962 B CN 113751962B CN 202110889609 A CN202110889609 A CN 202110889609A CN 113751962 B CN113751962 B CN 113751962B
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Abstract

本发明公开了一种铁芯用夹件钻眼工艺，包括夹件板材和空心毛坯轴，所述空心毛坯轴的数量与所述板材所需钻眼的数量相对应；对空心毛坯轴套入模具，并安置于电渣炉的电极下端，浸埋在熔渣中进行熔融、脱氧及脱硫，将空心毛坯轴制成轴套；本发明采用轴套式配合及特定的加工工艺，在铁芯及绕组间的配合孔处预先储存拉应力，并将其封锁至弹性极限以内；当夹具实际应用长时间后，夹具与铁芯之间产生弹性形变时，利用这股弹性形变的力即可自行打破弹性极限，使得轴套可自行释放残余应力并对铁芯进行重新紧密配合与复位，保持铁芯对绕组间的横截面维持不变，极大地提高了夹具及整个变压器的使用寿命周期，保障了变压器的实际工艺需求。

Description

一种铁芯用夹件钻眼工艺
技术领域
本发明涉及变压器技术领域，特别涉及一种铁芯用夹件钻眼工艺。
背景技术
铁芯是变压器的核心部件之一，其主要结构为硅钢片，内铁芯和绕在其上的线圈组成完整的电磁感应系统；绕组通电以后产生磁场，磁力线经过铁芯构成磁回路，增强和引导磁通量，使整个磁路的磁场强度达到最大，避免漏磁损耗；因此电源变压器传输功率的大小，取决于铁芯的材料和横截面积；
绕组与铁芯通常再用夹件进行配合，但夹件自身的配合孔在铁电性的影响下，两个相邻电畴的自发极化在垂直于畴壁方向的分量相等，电畴结构会在夹具对铁芯及绕组之间的配合孔中引起弹性应变，这就致使了铁芯相对于绕组的横截面积变大，进而影响了磁通量及变压器的实际工艺性能；虽然油浸式变压器可以对此类现象进行缓解，但应用于部分实际环境下的干式变压器仍会受到这种物理现象的影响。
为此，提出一种铁芯用夹件钻眼工艺。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例希望提供一种铁芯用夹件钻眼工艺，以解决或缓解现有技术中存在的技术问题，至少提供一种有益的选择；
本发明实施例的技术方案是这样实现的：一种铁芯用夹件钻眼工艺，包括夹件板材和空心毛坯轴，所述空心毛坯轴的数量与所述板材所需钻眼的数量相对应，所述夹件板材为冷轧式板材。
一种铁芯用夹件钻眼工艺，包括以下步骤：
S1、将夹件板材通过预设CNC，车制基孔后对内螺纹孔进行成型；
S2、对空心毛坯轴的外表面及内侧壁进行镀镍，并进行热处理；
S3、对空心毛坯轴套入模具，并安置于电渣炉的电极下端，浸埋在熔渣中进行熔融、脱氧及脱硫，将空心毛坯轴制成轴套，并测量其内径；
S4、对轴套放置于高压炉中，对轴套内部进行机械式自紧或液压式自紧，并再次测量内径；
S5、计算轴套残余应力，公式：
Figure GDA0003654868820000021
当
Figure GDA0003654868820000022
时，重新执行S2；
当
Figure GDA0003654868820000023
时，进行下一步骤；
式中，σ：残余应力(Mpa)；
E：弹性模量(Mpa)，为标准化参值；
T：壁厚(mm)；
s：安全性系数(1.3～1.8)；
V：泊松比(Mpa)，为标准化参值；
D：S3中，轴套的内径(mm)；
d：S4中，轴套的内径(mm)。
S6、将轴套的外部通过预设CNC，车制外螺纹孔进行成型；
S7、将轴套的外螺纹通过卷线机卷制沿螺间距3/5绕铁线，将夹件板材的内螺纹通过卷线机卷制沿螺间距1/2绕铁线；
S8、将轴套与夹件板材进行螺纹副配合，同时通过铁线进行过盈配合；
S9、将装配好的轴套与夹件板材安置于烧钝炉内进行烧钝工艺；
S10、使用气锤对烧钝后的轴套与夹件板材进行捶打轰击；
S11、对夹件板材及安装后的轴套通过预设CNC，车制锪平孔。
作为本技术方案的进一步优选的：在所述S2中，镀镍工序需先进行半亮镍式电镀；形成半亮镍层后，再电镀一层硫含量为0.12％，厚度为半亮镍层25％的高硫镍层。
作为本技术方案的进一步优选的：在所述S3中，电渣炉在工作时需加入碳粉与空心毛坯轴进行调剂，最终的塑形过程由模具及水冷结晶器完成。
作为本技术方案的进一步优选的：在所述S4中，液压式自紧通过对轴套的两端开口使用密封法兰进行密封，对轴套内部注入液压油，提高压力并对其进行应力集中。
作为本技术方案的进一步优选的：在所述S4中，机械式自紧通过将轴套的一端固定，在轴套的内径过盈连接一个硬度大于轴套的金属辊，该金属辊的两端面开设有圆角结构，远离轴套的一端连接于一个液压缸的活塞杆，液压缸对其进行行程驱动。
作为本技术方案的进一步优选的：在所述S9中，烧钝炉的工作温度为330度，工作时间为20～30分钟。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明采用轴套式配合及特定的加工工艺，在铁芯及绕组间的配合孔处预先储存拉应力，并将其封锁至弹性极限以内；当夹具实际应用长时间后，夹具与铁芯之间产生弹性形变时，利用这股弹性形变的力即可自行打破弹性极限，使得轴套可自行释放残余应力并对铁芯进行重新紧密配合与复位，保持铁芯对绕组间的横截面维持不变，极大地提高了夹具及整个变压器的使用寿命周期，保障了变压器的实际工艺需求；
二、本发明所制作的夹具在长时间配合过程中，受到不可抗力所产生应力集中现象，致使金属表皮产生疲劳裂纹时，同样可以打破弹性极限，使得夹具自身释放残余应力对裂纹进行自我紧固修复，极大地提高了夹具及整个变压器的使用寿命周期，保障了变压器的实际工艺需求；
三、本发明所制作的夹具通过特殊的镀镍工艺，在与铁芯配合的金属表皮处施加不同的硫含量镍层，进而使得两个镍层之间产生电位差，使纵向腐蚀变成横向腐蚀，极大地延缓了基体金属腐蚀及生锈速度，有效提高整体部件的实际使用寿命；
四、本发明采用分件式加工及装配工艺，不需整组夹具进行应力调节即可完成整体装置对铁芯及绕组的装配应用需求，不仅保障了加工工序的简单便捷及易生产性，同时还保障了实际生产经济性需求。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的工序流程图；
图2为本发明的步骤3工序流程图；
图3为本发明的夹具有限元应力示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
需要注意的是，术语“第一”、“第二”、“对称”、“阵列”等仅用于区分描述与位置描述目的，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”、“对称”等特征的可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；同样，对于未以“两个”、“三只”等文字形式对某些特征进行数量限制时，应注意到该特征同样属于明示或者隐含地包括一个或者更多个特征数量；
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解；例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体成型；可以是机械连接，可以是直接相连，可以是焊接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据说明书附图结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种铁芯用夹件钻眼工艺，包括夹件板材和空心毛坯轴，所述空心毛坯轴的数量与所述板材所需钻眼的数量相对应，所述夹件板材为冷轧式板材。
一种铁芯用夹件钻眼工艺，包括以下步骤：
S1、将夹件板材通过预设CNC，车制基孔后对内螺纹孔进行成型；
S2、对空心毛坯轴的外表面及内侧壁进行镀镍，并进行热处理；
S3、对空心毛坯轴套入模具，并安置于电渣炉的电极下端，浸埋在熔渣中进行熔融、脱氧及脱硫，将空心毛坯轴制成轴套，并测量其内径；
S4、对轴套放置于高压炉中，对轴套内部进行机械式自紧或液压式自紧，并再次测量内径；
S5、计算轴套残余应力，公式：
Figure GDA0003654868820000051
当
Figure GDA0003654868820000052
时，重新执行S2；
当
Figure GDA0003654868820000053
时，进行下一步骤；
式中，σ：残余应力(Mpa)；
E：弹性模量(Mpa)，为标准化参值；
T：壁厚(mm)；
s：安全性系数(1.3～1.8)；
V：泊松比(Mpa)，为标准化参值；
D：S3中，轴套的内径(mm)；
d：S4中，轴套的内径(mm)。
S6、将轴套的外部通过预设CNC，车制外螺纹孔进行成型；
S7、将轴套的外螺纹通过卷线机卷制沿螺间距3/5绕铁线，将夹件板材的内螺纹通过卷线机卷制沿螺间距1/2绕铁线；
S8、将轴套与夹件板材进行螺纹副配合，同时通过铁线进行过盈配合；
S9、将装配好的轴套与夹件板材安置于烧钝炉内进行烧钝工艺；
S10、使用气锤对烧钝后的轴套与夹件板材进行捶打轰击；
S11、对夹件板材及安装后的轴套通过预设CNC，车制锪平孔。
本实施例中，具体的：在所述S2中，镀镍工序需先进行半亮镍式电镀；形成半亮镍层后，再电镀一层硫含量为0.12％，厚度为半亮镍层25％的高硫镍层；
在与铁芯配合的金属表皮处施加不同的硫含量镍层，进而使得两个镍层之间产生电位差，使纵向腐蚀变成横向腐蚀，极大地延缓了基体金属腐蚀及生锈速度。
本实施例中，具体的：在所述S3中，电渣炉在工作时需加入碳粉与空心毛坯轴进行调剂，最终的塑形过程由模具及水冷结晶器完成；
空心毛坯轴与高温高碱度的熔渣充分接触，产生强烈的冶金化学反应，使空心毛坯轴得到了精炼，结构间进一步增加金属间的抗疲劳强度；通过高电阻率的熔渣在熔炼过程中产生热量，以辅助空心毛坯轴进行精炼，并通过碳粉增在空心毛坯轴的金属表皮形成附加碳层，降低表面韧性；同时通过熔渣极高的碱度，对空心毛坯轴进行脱氧和脱硫。
本实施例中，具体的：在所述S4中，液压式自紧通过对轴套的两端开口使用密封法兰进行密封，对轴套内部注入液压油，提高压力并对其进行应力集中；
当轴套内腔充满液体后，随着压力的升高，密封处可进行自紧并将残余应力冗余锁死至弹性极限区域内(即说明书附图3的A区)；
同时为减少内膛的充液量，轴套内可放入芯棒进行调节。
本实施例中，具体的：在所述S7中，过盈配合使得两组铁线紧密贴合缠绕并产生形变，利用材料的弹性使孔扩大、变形而进行配合，增强配合强度及承压能力。
本实施例中，具体的：在所述S9中，烧钝炉的工作温度为330度，工作时间为20分钟；
因液压式自紧属于柔性自紧，利用烧钝炉进行短时间热处理，提高结构件之间的金属强度及抗疲劳强度，并增加轴套与夹具板材间的连接密度。
本实施例中，请参阅图3：通过S4的液压自紧，使轴套内壁的金属产生塑性变形(图中B区)，而外壁的金属仍处于弹性极限以内(图中A区)；
当自紧过程结束后，轴套外壁产生残余压应力(D区)，内壁产生残余拉应力(C区)；经过自紧的轴套在承受电畴弹性形变对内径产生弹性形变时，轴套内壁的残留压应力(D区)因残余拉应力(C区)接收弹性形变的应力打破了自身的弹性极限，通过向内径反向施加相当于弹性形变力的残余拉应力，以抵消掉轴套内部所产生的弹性形变；如果内层金属中有细微裂纹存在，由于残留应力的存在，同样也可以延缓其发展过程，从而提高抗金属疲劳的性能。
本实施例中，请参阅图3：需要注意的是，图中左半边为夹具板材与轴套间装配并加工完成后，初始未使用状态下的有限元仿真示意图；图中右半边为夹具板材与轴套间装配并加工完成后，在长时间使用状态下，受绕组及铁芯影响致使轴套内径发生变化时，轴套自身依靠残余拉应力进行调节的有限元仿真示意图。
本实施例中，具体的：步骤S5中，弹性模量(E)与泊松比(V)均为标准化参数，在设计的过程中根据自身金属材料的类型及型号，翻阅标准设计表格即可获取到具体参数(例如30CrMo型铬钼标准结构合金钢，其E＝205950Mpa，V＝0.29)。
实施例二
请参阅图1-3，本发明提供一种技术方案：一种铁芯用夹件钻眼工艺，包括夹件板材和空心毛坯轴，所述空心毛坯轴的数量与所述板材所需钻眼的数量相对应，所述夹件板材为冷轧式板材。
一种铁芯用夹件钻眼工艺，包括以下步骤：
S1、将夹件板材通过预设CNC，车制基孔后对内螺纹孔进行成型；
S2、对空心毛坯轴的外表面及内侧壁进行镀镍，并进行热处理；
S3、对空心毛坯轴套入模具，并安置于电渣炉的电极下端，浸埋在熔渣中进行熔融、脱氧及脱硫，将空心毛坯轴制成轴套，并测量其内径；
S4、对轴套放置于高压炉中，对轴套内部进行机械式自紧或液压式自紧，并再次测量内径；
S5、计算轴套残余应力，公式：
Figure GDA0003654868820000081
当
Figure GDA0003654868820000082
时，重新执行S2；
当
Figure GDA0003654868820000083
时，进行下一步骤；
式中，σ：残余应力(Mpa)；
E：弹性模量(Mpa)，为标准化参值；
T：壁厚(mm)；
s：安全性系数(1.3～1.8)；
V：泊松比(Mpa)，为标准化参值；
D：S3中，轴套的内径(mm)；
d：S4中，轴套的内径(mm)。
S6、将轴套的外部通过预设CNC，车制外螺纹孔进行成型；
S7、将轴套的外螺纹通过卷线机卷制沿螺间距3/5绕铁线，将夹件板材的内螺纹通过卷线机卷制沿螺间距1/2绕铁线；
S8、将轴套与夹件板材进行螺纹副配合，同时通过铁线进行过盈配合；
S9、将装配好的轴套与夹件板材安置于烧钝炉内进行烧钝工艺；
S10、使用气锤对烧钝后的轴套与夹件板材进行捶打轰击；
S11、对夹件板材及安装后的轴套通过预设CNC，车制锪平孔。
本实施例中，具体的：在所述S2中，镀镍工序需先进行半亮镍式电镀；形成半亮镍层后，再电镀一层硫含量为0.12％，厚度为半亮镍层25％的高硫镍层；
在与铁芯配合的金属表皮处施加不同的硫含量镍层，进而使得两个镍层之间产生电位差，使纵向腐蚀变成横向腐蚀，极大地延缓了基体金属腐蚀及生锈速度。
本实施例中，具体的：在所述S3中，电渣炉在工作时需加入碳粉与空心毛坯轴进行调剂，最终的塑形过程由模具及水冷结晶器完成；
空心毛坯轴与高温高碱度的熔渣充分接触，产生强烈的冶金化学反应，使空心毛坯轴得到了精炼，结构间进一步增加金属间的抗疲劳强度；通过高电阻率的熔渣在熔炼过程中产生热量，以辅助空心毛坯轴进行精炼，并通过碳粉增在空心毛坯轴的金属表皮形成附加碳层，降低表面韧性；同时通过熔渣极高的碱度，对空心毛坯轴进行脱氧和脱硫。
本实施例中，具体的：在所述S4中，机械式自紧通过将轴套的一端固定，在轴套的内径过盈连接一个硬度大于轴套的金属辊，该金属辊的两端面开设有圆角结构，远离轴套的一端连接于一个液压缸的活塞杆，液压缸对其进行行程驱动；
依靠硬质合金自紧头及机械力输出，实现对轴套内径进行自紧，密封处可进行自紧并将残余应力冗余锁死至弹性极限区域内(即说明书附图3的A区)。
本实施例中，具体的：在所述S7中，过盈配合使得两组铁线紧密贴合缠绕并产生形变，利用材料的弹性使孔扩大、变形而进行配合，增强配合强度及承压能力。
本实施例中，具体的：在所述S9中，烧钝炉的工作温度为330度，工作时间为30分钟；
因机械式式自紧属于钢性自紧，利用烧钝炉进行长时间热处理，提高结构件之间的金属强度及抗疲劳强度，并增加轴套与夹具板材间的连接密度。
本实施例中，请参阅图3：通过S4的机械式自紧，使轴套内壁的金属产生塑性变形(图中B区)，而外壁的金属仍处于弹性极限以内(图中A区)；
当自紧过程结束后，轴套外壁产生残余压应力(D区)，内壁产生残余拉应力(C区)；经过自紧的轴套在承受电畴弹性形变对内径产生弹性形变时，轴套内壁的残留压应力(D区)因残余拉应力(C区)接收弹性形变的应力打破了自身的弹性极限，通过向内径反向施加相当于弹性形变力的残余拉应力，以抵消掉轴套内部所产生的弹性形变；如果内层金属中有细微裂纹存在，由于残留应力的存在，同样也可以延缓其发展过程，从而提高抗金属疲劳的性能。
本实施例中，请参阅图3：需要注意的是，图中左半边为夹具板材与轴套间装配并加工完成后，初始未使用状态下的有限元仿真示意图；图中右半边为夹具板材与轴套间装配并加工完成后，在长时间使用状态下，受绕组及铁芯影响致使轴套内径发生变化时，轴套自身依靠残余拉应力进行调节的有限元仿真示意图。
本实施例中，具体的：步骤S5中，弹性模量(E)与泊松比(V)均为标准化参数，在设计的过程中根据自身金属材料的类型及型号，翻阅标准设计表格即可获取到具体参数(例如30CrMo型铬钼标准结构合金钢，其E＝205950Mpa，V＝0.29)。
工作原理或者结构原理：通过轴套式配合式工艺，对轴套预先进行热处理及电渣重熔进行柔性及强度调节，通过自紧工艺实现在铁芯及绕组间的配合孔处预先储存拉应力；
经过自紧的轴套在承受电畴弹性形变对内径产生弹性形变时，轴套内壁的残留压应力因残余拉应力接收弹性形变的应力打破了自身的弹性极限，通过向内径反向施加相当于弹性形变力的残余拉应力，以抵消掉轴套内部所产生的弹性形变；即使夹具实际应用长时间后，夹具与铁芯之间产生弹性形变时，利用这股弹性形变的力即可自行打破弹性极限，使得轴套可自行释放残余应力并对铁芯进行重新紧密配合与复位，保持铁芯对绕组间的横截面维持不变，极大地提高了夹具及整个变压器的使用寿命周期，保障了变压器的实际工艺需求；
同样，当夹具在长时间配合过程中，受到不可抗力所产生应力集中现象，致使金属表皮产生疲劳裂纹时，同样可以打破弹性极限，使得夹具自身释放残余应力对裂纹进行自我紧固修复，极大地提高了夹具及整个变压器的使用寿命周期，保障了变压器的实际工艺需求；
并且本工艺所制作的夹具通过镀镍工艺，在与铁芯配合的金属表皮处施加不同的硫含量镍层，进而使得两个镍层之间产生电位差，使纵向腐蚀变成横向腐蚀，极大地延缓了基体金属腐蚀及生锈速度，有效提高整体部件的实际使用寿命。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到其各种变化或替换，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种铁芯用夹件钻眼工艺，包括夹件板材和空心毛坯轴，所述空心毛坯轴的数量与所述板材所需钻眼的数量相对应，所述夹件板材为冷轧式板材，其特征在于：包括以下步骤：
S1、将夹件板材通过预设CNC，车制基孔后对内螺纹孔进行成型；
S2、对空心毛坯轴的外表面及内侧壁进行镀镍，并进行热处理；
S3、对空心毛坯轴套入模具，并安置于电渣炉的电极下端，浸埋在熔渣中进行熔融、脱氧及脱硫，将空心毛坯轴制成轴套，并测量其内径；
S4、对轴套放置于高压炉中，对轴套内部进行机械式自紧或液压式自紧，并再次测量内径；
S5、计算轴套残余应力，公式：
Figure FDA0003711792440000011
当
Figure FDA0003711792440000012
时，重新执行S2；
当
Figure FDA0003711792440000013
时，进行下一步骤；
式中，σ：残余应力(Mpa)；
E：弹性模量(Mpa)，为标准化参值；
T：壁厚(mm)；
s：安全性系数(1.3～1.8)；
V：泊松比(Mpa)，为标准化参值；
D：S3中，轴套的内径(mm)；
d：S4中，轴套的内径(mm)；
S6、将轴套的外部通过预设CNC，车制外螺纹孔进行成型；
S7、通过卷线机沿轴套的外螺纹段的3/5处绕铁线，通过卷线机沿夹件板材的内螺纹段的1/2处绕铁线；
S8、将轴套与夹件板材进行螺纹副配合，同时通过铁线进行过盈配合；
S9、将装配好的轴套与夹件板材安置于烧钝炉内进行烧钝工艺；
S10、使用气锤对烧钝后的轴套与夹件板材进行捶打轰击；
S11、对夹件板材及安装后的轴套通过预设CNC，车制锪平孔。
2.根据权利要求1所述的一种铁芯用夹件钻眼工艺，其特征在于：在所述S2中，镀镍工序需先进行半亮镍式电镀；形成半亮镍层后，再电镀一层硫含量为0.12％，厚度为半亮镍层25％的高硫镍层。
3.根据权利要求1所述的一种铁芯用夹件钻眼工艺，其特征在于：在所述S3中，电渣炉在工作时需加入碳粉与空心毛坯轴进行调剂，最终的塑形过程由模具及水冷结晶器完成。
4.根据权利要求1所述的一种铁芯用夹件钻眼工艺，其特征在于：在所述S4中，液压式自紧通过对轴套的两端开口使用密封法兰进行密封，对轴套内部注入液压油，提高压力并对其进行应力集中。
5.根据权利要求1所述的一种铁芯用夹件钻眼工艺，其特征在于：在所述S4中，机械式自紧通过将轴套的一端固定，在轴套的内径过盈连接一个硬度大于轴套的金属辊，该金属辊的两端面开设有圆角结构，远离轴套的一端连接于一个液压缸的活塞杆，液压缸对其进行行程驱动。
6.根据权利要求1所述的一种铁芯用夹件钻眼工艺，其特征在于：在所述S9中，烧钝炉的工作温度为330度，工作时间为20～30分钟。
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