CN114069986A - 一种高效率压缩机电机铁芯加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效率压缩机电机铁芯加工方法，属于全工艺无取向硅钢应用领域。本发明采用无取向硅钢钢卷，依次进行分条、冲片、铆接、铁芯热处理和叠压工序处理，其中冲片工序中，设置冲床凹凸模之间的间隙d＝(10％～15％)H，d为冲床凹凸模之间的间隙，H为无取向硅钢的厚度。本发明针对目前压缩机电机铁芯应用效率仍有不足的现状，通过适当的加工方法，使得制备的压缩机电机铁芯尺寸精度高、生产效率高、热处理后不粘片、铁芯效率提升，经过后续绕线、装配等常规工序后最终压缩机电机效率提升满足高效化的要求。
Description
技术领域
本发明涉及全工艺无取向硅钢应用技术领域，更具体地说，涉及一种高效率压缩机电机铁芯加工方法。
背景技术
无取向硅钢作为制备电机铁芯的材料，在应用过程中主要经过分条、冲片、焊接、铆接、叠压等加工工序，相关加工过程容易产生应力恶化硅钢材料的电磁性能，进而影响电机性能，因此合适牌号的无取向硅钢和与之相匹配的应用技术，成为压缩机电机性能的有效保证。特别是随着国家能效标准的提升，对压缩机电机效率的提升则显得更加重要。
公开号为CN1112962A的申请案公开了消除应力退火后铁损低、无取向的电工钢板及电动机或变电器用铁芯，采用一种1.0％以下Si、通过添加REM、降低Zr和Ti的无取向电工钢板在冲裁加工后进行725℃×1.5h低温短时间的消除应力退火后铁损下降的生产方法；该方案由于需要添加REM导致制备铁芯的无取向电工钢生产成本显著增加，且该方案未公开铁芯的制作和消除应力退火的方法，再现性不强。公开号为CN101082075A的申请案公开了无涂层电工钢退火与发蓝工艺和装置，实现电机效率提高1～2％左右；该方案中虽然可以消除常规热处理后冲片粘片、氧化和冲片变形的问题，但需要进行抽真空操作，操作复杂、生产效率较低。公开号为CN102586566A的申请案公开了电动机铁芯热处理工艺，消除铁芯冲片的表面应力，提高铁芯效率；但该方法在实际应用时容易出现冲片粘片的问题。公开号为CN107739785A的申请案公开了一种空调用定子铁芯热处理工艺，主要是为了消除加工应力恢复提高磁性能，获得优异的防锈抗蚀性能，但由于其退火温度最高仅为760℃，不足以让硅钢组织发生再结晶长大，无法进一步提高磁性能。
公开号为CN109120116A的申请案公开了一种定子加工工艺，和公开号为CN109004802A的申请案公开了一种转子加工工艺，公布了一种在800℃恒温环境中保温8小时的热处理方法，该方法虽然能够进一步优化磁性能、提高定转子的效率，但由于保温时间较长影响生产效率。公开号为CN110863095A的申请案公开了一种压缩机铁芯热处理方法及压缩机铁芯，采用Si：1.4～1.7％、Mn：0.2～0.5％、Als：0.3～0.5％无取向硅钢制备的压缩机铁芯热处理方法，但此合金含量的无取向硅钢已经无法满足更高效率等级要求的压缩机电机效率要求。公开号为CN107858495A的申请案公开了一种高效压缩机电机制造过程的热处理方法，采用Si：1.8～2.8％、Mn：0.1～0.6％、Als：0.3～0.8％无取向硅钢制备的压缩机电机热处理方法，电机效率≥86.5％与目前更高能效标准的要求相差甚远，且仅通过热处理无法更高提升电机效率，需要通过电机铁芯的精密加工方可进一步提升电机效率。公开号为CN103060822A的申请案公开了半工艺电工钢转子或定子的发蓝处理工艺，其铁损P1.5/50≤4.2W/kg，损耗太大。公开号为CN111245176A的申请案公开了一种降低压缩机杂散损耗的铸铝铁芯的生产工艺，采用Si：1.85～2.15％、Mn：0.2～0.5％、Als：0.1～0.3％无取向硅钢，冲片时凸凹模间隙0.05～0.75mm，显然对于通用厚度0.35mm的硅钢片此冲片间隙是不合理的，且热处理工艺对于硅含量≥2.2％及以上更高牌号的无取向硅钢也不适用。公开号为CN101871041A的申请案公开了一种冷轧硅钢片冲片工件连续退火发蓝工艺，仅公布了热处理工艺，显然对于不同材质的硅钢片热处理工艺是不同的且对最终的性能影响较大，参考意义不大。
现有的研究主要集中在研究开发适宜消除应力退火的无取向硅钢产品和铁芯热处理工艺上，对于铁芯制造过程中无取向硅钢的其余工序则仍采用常规的生产方式，这也导致冲片翘曲、毛刺大、铁芯定转子装配卡阻、热处理后粘接等加工问题频繁出现，需要对加工工艺进行频繁调整，影响生产效率；此外，加工问题的出现也会影响压缩机电机的性能效率。对于超高效率的变频压缩机，不仅需要从无取向硅钢自身牌号升级性能提升，而且需要从加工工艺上优化改进，全面提升铁芯制造过程中的生产效率和最终电机的性能。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
本发明的目的在于针对目前压缩机电机铁芯应用效率仍有不足的现状，拟提供一种高效率压缩机电机铁芯加工方法，通过适当的加工方法，使得制备的压缩机电机铁芯尺寸精度高、生产效率高、热处理后不粘片、铁芯效率提升，经过后续绕线、装配等常规工序后最终压缩机电机效率提升满足高效化的要求。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种高效率压缩机电机铁芯加工方法，采用无取向硅钢钢卷，依次进行分条、冲片、铆接、铁芯热处理和叠压工序处理，其中冲片工序中，设置冲床凹凸模之间的间隙d＝(10％～15％)H，d为冲床凹凸模之间的间隙，单位mm；H为无取向硅钢的厚度，单位mm。冲床凹凸模之间间隙d优选为0.035-0.05mm。冲床凹凸模之间间隙d的设置，可以保障冲片后毛刺较小，避免后续热处理过程中产生粘片现象。
更进一步地，采用的无取向硅钢钢卷的磁性能P1.5/50≤2.50W/kg、磁感B50≥1.65T。优选为P1.5/50＝2.35W/kg、磁感B50＝1.67T。
更进一步地，考虑无取向硅钢力学性能的各向异性，冲片工序中，设置凸模尺寸在无取向硅钢钢板横向上减小一个补偿值b作为圆度修正，
d为冲床凹凸模之间的间隙，单位mm；Rp0.2L为无取向硅钢的纵向屈服强度，单位MPa；Rp0.2C为无取向硅钢的横向屈服强度，单位MPa。冲床凸模补偿值b优选为2.5μm～7.5μm，补偿值b的设置可以有效保障冲片后的定转子尺寸精度更高。
更进一步地，无取向硅钢钢卷经分条、冲片和铆接处理后，即形成初步铁芯，分条是指将宽度原本较宽的钢卷分条为较细宽度，以适应冲床加工条件，冲片后形成一个个散片，然后根据加工需要将散片铆接即形成初步铁芯，然后对铁芯开始热处理，具体采用步进式隧道加热炉，将铁芯首先在380-400℃温度下保持40-50min，对铁芯表面油渍充分脱脂处理，然后运送至800-820℃温度下保持100-120min恒温退火，不仅可以起到消除应力退火的作用，还有助于硅钢冲片内部晶粒进一步长大，从而降低铁芯损耗；随后以不超过10℃/min的降温速度冷却至440-460℃，将退火冷却后的铁芯运送至440-460℃的发蓝区保持40-60min进行发蓝处理，最后将铁芯送出步进式隧道加热炉空冷至室温，冷却后方可进行后续叠压操作。
更进一步地，铁芯热处理工序中，在脱脂、恒温退火和降温至440-460℃过程中均使用浓度即体积分数为5～10％的CO或15～20％的H2等还原性气体进行还原性气体保护；在发蓝处理过程中持续通入0.02-0.04MPa压力的水蒸气进行保护，使得在铁芯表面生成蓝黑色致密保护层。
更进一步地，铁芯热处理空冷至室温后，才开始进行叠压工序处理，使得铁芯冲片间存在一定的间隙保障热处理的充分性，以及发蓝处理后冲片表面蓝层的均匀性，提高冲片间的绝缘能力。叠压力F的大小按照公式
进行设定，k为系数，对于35W300国标牌号及以上高牌号的硅钢片，具体如35W270、35W250、35W230和35W210牌号的硅钢片，k取值0.2～0.4；S为叠压机压头的面积，单位mm2；Rp0.2L为无取向硅钢的纵向屈服强度，单位MPa；υ为无取向硅钢的泊松比。叠压力F优选为300～500kN。叠压力F的设置尤为重要，叠压力较小时导致冲片间隙大增加漏磁通、叠压力较大时导致冲片表面涂层及蓝化层被压溃，叠压力过大过小都会恶化铁芯性能。采用本发明的叠压力控制可以有效避免以上问题。
采用本发明的压缩机电机铁芯加工方法，能够采用不添加Sn、Nb和REM的低成本无取向硅钢产品，使得制备的压缩机电机铁芯尺寸精度高、生产效率高、热处理后不粘片、铁芯效率提升显著，经过后续绕线、装配等常规工序后最终压缩机电机效率提升2％左右，完全满足下游用户对电机高效化的要求。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)本发明的压缩机电机铁芯加工方法，能够使得铁芯效率提升显著，经过后续绕线、装配等常规工序后最终压缩机电机效率提升2％左右，完全满足下游用户对电机高效化的要求。
(2)本发明的压缩机电机铁芯加工方法，采用合适的热处理方法，保证铁芯中的残余应力得到充分释放消除，且使得晶粒发生进一步长大，组织均匀性进一步提高，铁芯表面生成蓝黑色致密的绝缘保护层，定子铁芯效率得到提升。
(3)本发明的压缩机电机铁芯加工方法，对冲片参数进行了精准设置，保证了压缩机电机铁芯尺寸精度，有利于降低电机的杂散损耗，提升电机效率。
(4)本发明的压缩机电机铁芯加工方法，热处理之后才进行叠压工序，且对叠压力合理控制，进一步促进铁芯的效率改善提升。
(5)本发明的压缩机电机铁芯加工方法，能够采用不添加Sn、Nb和REM的全工艺无取向硅钢产品作为压缩机电机铁芯的原材料，成本较低。
具体实施方式
为进一步了解本发明的内容，结对本发明作详细描述。
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例1
本实施例的压缩机电机铁芯加工方法，具体采用公称厚度0.35mm，磁性能为P1.5/50＝2.35W/kg、磁感B50＝1.67T的全工艺无取向硅钢钢卷根据铁芯尺寸分条，将分条在高速冲床上进行定转子的冲片加工，其中，冲床凹凸模之间的间隙设置为0.035mm，凸模尺寸在钢板横向上减小2.5μm作为补偿修正，冲片在高速冲床中铆接成定转子铁芯，采用步进式隧道加热炉并使用体积分数为5～10％的CO或者15～20％的H2保护热处理过程，将铁芯首先在380℃温度范围内保持40min对铁芯表面的油渍进行充分脱脂处理，然后运送至800℃的温度下保持100min进行恒温退火，然后以10℃/min的降温速度冷却至460℃，接着将退火冷却后的铁芯运送至460℃，并持续通入0.02～0.04MPa压力水蒸气的发蓝区保持40min进行发蓝处理，最后将发蓝处理后的铁芯运送出步进式隧道加热炉直接进行空冷，待铁芯冷却至室温后进行叠压操作，叠压力为300kN。
采用上述方法制备的压缩机电机铁芯尺寸精度高、生产效率高、热处理后不粘片、铁芯效率高，经过后续绕线、装配等常规工序后，电机效率93.02％，完全满足下游用户对电机高效化的要求。
实施例2
本实施例的压缩机电机铁芯加工方法，基本同实施例1，所不同的是，本实施例中采用磁性能为P1.5/50＝2.50W/kg、磁感B50＝1.65T的全工艺无取向硅钢钢卷根据铁芯尺寸分条，冲片工序中，冲床凹凸模之间的间隙设置为0.050mm，凸模尺寸在钢板横向上减小7.5μm作为补偿修正；热处理工序中，将铁芯在390℃温度范围内保持45min对铁芯表面的油渍进行充分脱脂处理，然后运送至810℃的温度下保持120min进行恒温退火，然后以8℃/min的降温速度冷却至440℃，接着将退火冷却后的铁芯运送至440℃的发蓝区保持50min进行发蓝处理，待铁芯冷却至室温后进行叠压操作，叠压力为400kN。采用上述方法制备的压缩机电机铁芯尺寸精度高、生产效率高、热处理后不粘片、铁芯效率高，经过后续绕线、装配等常规工序后，电机效率达到93.55％。
实施例3
本实施例的压缩机电机铁芯加工方法，基本同实施例1，所不同的是，本实施例中采用磁性能为P1.5/50＝2.40W/kg、磁感B50＝1.68T的全工艺无取向硅钢钢卷根据铁芯尺寸分条，冲片工序中，冲床凹凸模之间的间隙设置为0.040mm，凸模尺寸在钢板横向上减小4.5μm作为补偿修正；热处理工序中，将铁芯在400℃温度范围内保持50min对铁芯表面的油渍进行充分脱脂处理，然后运送至800℃的温度下保持110min进行恒温退火，然后以9℃/min的降温速度冷却至450℃，接着将退火冷却后的铁芯运送至450℃的发蓝区保持60min进行发蓝处理，待铁芯冷却至室温后进行叠压操作，叠压力为500kN。采用上述方法制备的压缩机电机铁芯尺寸精度高、生产效率高、热处理后不粘片、铁芯效率高，经过后续绕线、装配等常规工序后，电机效率达到93.21％。
实施例4
本实施例的压缩机电机铁芯加工方法，基本同实施例1，所不同的是，本实施例中采用磁性能为P1.5/50＝2.50W/kg、磁感B50＝1.65T的全工艺无取向硅钢钢卷根据铁芯尺寸分条，冲片工序中，冲床凹凸模之间的间隙设置为0.050mm，凸模尺寸在钢板横向上减小7.5μm作为补偿修正；热处理工序中，将铁芯在400℃温度范围内保持40min对铁芯表面的油渍进行充分脱脂处理，然后运送至820℃的温度下保持120min进行恒温退火，然后以10℃/min的降温速度冷却至460℃，接着将退火冷却后的铁芯运送至460℃的发蓝区保持40min进行发蓝处理，待铁芯冷却至室温后进行叠压操作，叠压力为500kN。采用上述方法制备的压缩机电机铁芯尺寸精度高、生产效率高、热处理后不粘片、铁芯效率高，经过后续绕线、装配等常规工序后，电机效率达到93.36％。
对比例1
本对比例的压缩机电机铁芯加工方法，基本也同上述实施例，不同的是，加工工序中冲床凹凸模之间的间隙设置为0.060mm，且未设置凸模尺寸补偿修正。采用上述方法制备的压缩机电机铁芯冲片毛刺较大，热处理后粘片，装配时出现定转子卡阻，定子内孔和转子外圆经过车削加工后方可装配成功，电机效率90.72％。
其余各对比例与实施例的具体工艺参数比对和产品性能的比对，具体见表1。
表1实施例和对比例的参数和性能比对信息表
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，只是本发明的实施方式之一，实际并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种高效率压缩机电机铁芯加工方法，其特征在于：采用无取向硅钢钢卷，依次进行分条、冲片、铆接、铁芯热处理和叠压工序处理，其中冲片工序中，设置冲床凹凸模之间的间隙d＝(10％～15％)H，d为冲床凹凸模之间的间隙，单位mm；H为无取向硅钢的厚度，单位mm。
2.根据权利要求1所述的一种高效率压缩机电机铁芯加工方法，其特征在于：冲片工序中，设置凸模尺寸在无取向硅钢钢板横向上减小一个补偿值b作为圆度修正，
d为冲床凹凸模之间的间隙，单位mm；Rp0.2L为无取向硅钢的纵向屈服强度，单位MPa；Rp0.2C为无取向硅钢的横向屈服强度，单位MPa。
3.根据权利要求1所述的一种高效率压缩机电机铁芯加工方法，其特征在于：铁芯热处理工序中，采用步进式隧道加热炉，将铁芯首先在380-400℃温度下保持40-50min，对铁芯表面油渍充分脱脂处理，然后运送至800-820℃温度下保持100-120min恒温退火；随后以不超过10℃/min的降温速度冷却至440-460℃，将退火冷却后的铁芯运送至440-460℃的发蓝区保持40-60min进行发蓝处理，最后将铁芯送出步进式隧道加热炉空冷至室温。
4.根据权利要求3所述的一种高效率压缩机电机铁芯加工方法，其特征在于：铁芯热处理工序中，在脱脂、恒温退火和降温至440-460℃过程中均使用浓度为5～10％的CO或15～20％的H2进行还原性气体保护；在发蓝处理过程中持续通入0.02-0.04MPa压力的水蒸气保护。
5.根据权利要求1所述的一种高效率压缩机电机铁芯加工方法，其特征在于：铁芯热处理空冷至室温后，开始进行叠压工序处理，叠压力F的大小按照公式
进行设定，k为系数，对于35W300国标牌号及以上高牌号的硅钢片，k取值0.2～0.4；S为叠压机压头的面积，单位mm2；Rp0.2L为无取向硅钢的纵向屈服强度，单位MPa；υ为无取向硅钢的泊松比。
6.根据权利要求1所述的一种高效率压缩机电机铁芯加工方法，其特征在于：冲片工序中，冲床凹凸模之间间隙d优选为0.035-0.05mm。
7.根据权利要求2所述的一种高效率压缩机电机铁芯加工方法，其特征在于：冲片工序中，冲床凸模补偿值b优选为2.5μm～7.5μm。
8.根据权利要求5所述的一种高效率压缩机电机铁芯加工方法，其特征在于：叠压工序中，叠压力F优选为300～500kN。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种高效率压缩机电机铁芯加工方法，其特征在于：采用的无取向硅钢钢卷的磁性能P1.5/50≤2.50W/kg、磁感B50≥1.65T。
10.根据权利要求9所述的一种高效率压缩机电机铁芯加工方法，其特征在于：采用的无取向硅钢钢卷的磁性能优选为P1.5/50＝2.35W/kg、磁感B50＝1.67T。
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- 2021-10-25 CN CN202111238673.7A patent/CN114069986B/zh active Active
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