CN114703346A - 新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺，属于电机铁芯制造技术领域，具体工艺过程包括超声波清洗、喷砂处理和高频加热水冷处理，超声波清洗和喷砂处理目的是清除铁芯表面的杂质，保证铁芯的均匀受热和冷却，高频加热水冷处理采用高频加热水冷设备，高频加热水冷设备通过设置旋转的工作台，保证了高频感应加热时铁芯的受热均匀和后续淬火过程的冷却均匀，通过对铁芯进行高频加热水冷处理有助于消除铁芯加工过程中的内应力，改善铁芯的力学性能和磁性能，本发明中制得的淬火剂在高温段能有效提高冷却效率，在400℃以下温度段能有效降低冷却速率，有助于铁芯余温自然回火，进而有助于改善铁芯的力学性能和磁性能。

Description

新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺
技术领域
本发明属于电机铁芯制造技术领域，具体地，涉及新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺。
背景技术
新能源汽车电机铁芯通常采用无取向硅钢材料叠装而成，无取向硅钢通过冲裁制成的冲片，再经过铆接、焊接、胶结等方法将冲片固定制得铁芯，铁芯制备过程中会产生内应力，目前大多企业采用热处理炉对铁芯进行热处理，旨在消除铁芯内部存在的内应力，进而提升铁芯的力学性能和磁性能，但是，目前热处理炉处理存在加热速度较慢和加热均匀度较差的问题，导致经过热处理炉处理后的铁芯内应力消除效果并不显著，进而导致达不到更高的市场要求，因此，亟需改进铁芯热处理工艺，从而获得力学性能和磁性能优异的铁芯产品。
发明内容
本发明的目的在于提供新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺，以解决背景技术中的问题
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺，包括如下步骤：
步骤S1：将待处理铁芯置于含有纯水的超声波清洗槽中，超声波清洗5-10min，然后将铁芯依次转移到含有氢氟酸溶液和氢氧化钠溶液的超声波清洗槽中，超声波清洗3-5min，取出铁芯；
步骤S2：将清洗后的铁芯置于喷砂设备中，用除杂砂粒对铁芯表面进行喷砂处理，喷砂时长为30-40s，喷砂处理结束后，将铁芯置于纯水槽中漂洗，然后置于烘箱中烘干，烘干温度为150-180℃，烘干时长为8-10min；
步骤S3：通过高频加热水冷设备对铁芯进行高频加热水冷处理，将步骤S2中烘干后的铁芯加热到960-980℃，保温3-5s，然后向铁芯喷射淬火剂进行淬火处理，淬火时间为15-18s，淬火结束后，铁芯在空气中利用余温自然回火，冷却至室温后，制得成品铁芯。
进一步地，所述步骤S1中氢氟酸溶液质量浓度为5-10％，氢氧化钠溶液质量浓度为15-20％。
进一步地，所述步骤S2中除杂砂粒为白刚玉、绿碳化硅和氧化锆中的一种。
进一步地，所述步骤S2中除杂砂粒的粒度为60-100目。
进一步地，所述步骤S3中高频加热水冷设备设定的交流电流频率为200-300kHz。
进一步地，所述步骤S3中淬火剂温度为20-30℃。
进一步地，所述高频加热水冷设备包括框体，框体的底部设置有动力层，框体的中部设置有工作层，框体的顶部设置有控制层；
动力层包括电机，电机固定安装在动力层的底部，电机输出端固定安装有主动齿轮，主动齿轮啮合有从动齿轮，从动齿轮固定连接有第二连杆，第二连杆的下端贯穿从动齿轮的旋转中心并与动力层的底部转动连接；
工作层包括工作台，第二连杆的上端贯穿工作层的底部并与工作台的旋转中心固定连接，工作台的上表面卡合连接有铁芯，工作层的顶部与第二连杆对应处固定安装有第一连杆，第一连杆的下端固定连接有感应线圈，感应线圈外侧固定安装有屏蔽罩，屏蔽罩内侧底部固定安装有若干淬火喷枪；
控制层包括电动伸缩块，电动伸缩块的顶部与控制层的顶部固定连接，第一连杆的上端贯穿控制层的底部并与电动伸缩块的底部固定连接，控制层底部一侧固定安装有高频电源，高频电源与感应线圈电性连接，控制层底部另一侧固定安装有控制面板，控制面板与高频电源、电动伸缩块和电机电性连接。
进一步地，所述屏蔽罩材质为铜、铁和铝中的一种。
进一步地，所述屏蔽罩厚度为1-1.2mm。
进一步地，所述淬火剂包括如下重量份原料：
碳酸钠20-25份、氯化钠8-10份、氢氧化钠5-8份、去离子水55-60份、柠檬酸钠20份、藕粉30份、丙烯酸8-10份、顺丁烯二酸15份、对甲苯酚0.5-1份和苯甲酸钠5份。
所述淬火剂通过如下步骤制备：
步骤A1：将碳酸钠、氯化钠、氢氧化钠和去离子水加入反应釜中，搅拌溶解30min，然后将反应釜升温至40℃，加入柠檬酸钠、藕粉和丙烯酸，搅拌溶解30min后静置，待反应釜温度降至30℃时加入淀粉，继续搅拌90min，制得混合液；
步骤A2：将混合液置于-20℃的环境中冷冻35min，制得冷冻混合液；
步骤A3：将步骤A2中制得的冷冻混合液置于反应釜中，反应釜升温至55℃，加入顺丁烯二酸、对甲苯酚和苯甲酸钠，搅拌90min，反应釜继续加热至95℃，搅拌20min，制得淬火剂。
进一步地，所述步骤A1和步骤A3中反应釜升温速率为10℃/min。
本发明的有益效果：
本发明的新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺，首先，对铁芯进行超声波清洗，铁芯经过加工后表面会吸附油污等杂质，热处理时杂质易烧结并附着在铁芯表面，影响铁芯的均匀受热和冷却，利用氢氟酸和氢氧化钠处理铁芯能够快速高效地清洗油污等杂质；然后，对铁芯进行喷砂处理，喷砂处理可以除去铁芯表面的加工毛刺，使得铁芯表面更加平整光滑，同时能够进一步清理铁芯表面的杂质和前工序残留的酸液和碱液，有助于后续铁芯的均匀受热和冷却；最后，本发明采用高频加热水冷设备对铁芯进行热处理，高频加热有着加热速度快的优点，通过高频加热水冷设备对铁芯进行热处理能够消除铁芯加工过程中的内应力，改善铁芯的力学性能(屈服强度和抗拉强度)，同时，由于内应力通过磁电耦合效应将在铁芯内部产生较大的应力磁各向异性，应力磁各向异性对铁芯的磁畴结构及其磁化过程起重要作用，通过热处理可以消除内应力，从而减弱铁芯内部的应力磁各向异性，进而改善铁芯的磁性能。
同时，本发明制备了淬火剂，淬火剂中氯化钠能够附着于炽热的淬火铁芯表面，剧烈的震动形成雾化状，使淬火过程中的蒸汽膜迅速破裂，从而明显提高冷却效率；碳酸钠和对甲苯酚能够调和淬火液的冷却速度；丙烯酸和氢氧化钠能够去除铁芯表面氧化层；苯甲酸钠、顺丁烯二酸、柠檬酸钠和藕粉的加入，能够确保了该淬火剂在淬火时，当铁芯温度降低到400℃以下时，淬火剂的流动性变低，淬火剂包裹在铁芯上，降低冷却速度也大大降低，有助于淬火后铁芯余温自然回火，进而有助于降低铁芯的内应力。
最后，本发明中的高频加热水冷设备通过设置旋转的工作台，保证了高频感应加热时铁芯的受热均匀和后续淬火过程的冷却均匀，同时，由于高频产生的磁场对人体辐射的影响很大，所以本发明的高频加热水冷设备设置了屏蔽罩，用于隔离磁场对人员的伤害。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，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为本发明中高频加热水冷设备的结构示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、框体；2、动力层；21、电机；22、主动齿轮；23、从动齿轮；24、第二连杆；3、工作层；31、工作台；32、铁芯；33、感应线圈；34、屏蔽罩；35、淬火喷枪；4、控制层；41、电动伸缩块；42、第一连杆；43、高频电源；44、控制面板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
高频加热水冷设备：
请参阅图1所示，本发明的高频加热水冷设备包括框体1，框体1的内部分为三个部分，框体1的底部为动力层2，框体1的中部为工作层3，框体1的顶部为控制层4；动力层2包括电机21，电机21固定安装在动力层2的底部，电机21的输出端侧设有主动齿轮22，电机21的输出端与主动齿轮22的旋转中心固定连接，主动齿轮22啮合有从动齿轮23，从动齿轮23固定连接有第二连杆24，第二连杆24的下端贯穿从动齿轮23的旋转中心并与动力层2的底部转动连接，第二连杆24与动力层2的底部转动连接处设置有若干光滑滚珠；工作层3包括工作台31，第二连杆24的上端贯穿工作层3的底部并与工作台31的旋转中心固定连接，工作台31的上表面卡合连接有铁芯32，工作层3的顶部与第二连杆24对应处固定安装有第一连杆42，第一连杆42的下端固定连接有感应线圈33，感应线圈33外侧固定安装有屏蔽罩34，所述屏蔽罩34材质为铜、铁和铝中的一种，屏蔽罩34厚度为1-1.2mm，优选地，选用1.2mm铜质屏蔽罩34，屏蔽罩34内侧底部固定安装有若干组淬火喷枪35，优选地，设置8组淬火喷枪35，淬火喷枪35均匀环形分布在屏蔽罩34底部的内侧，淬火喷枪35喷淋范围覆盖铁芯32；控制层4包括电动伸缩块41，电动伸缩块41的顶部与控制层4的顶部固定连接，第一连杆42的上端贯穿控制层4的底部并与电动伸缩块41的底部固定连接，控制层4底部一侧固定安装有高频电源43，高频电源43与感应线圈33电性连接；控制层4底部另一侧固定安装有控制面板44，控制面板44与高频电源43、电动伸缩块41和电机21电性连接。
高频加热水冷设备的工作原理：
首先通过控制面板44设定高频电源43的交流电流频率、电动伸缩块41的运动时间和电机21的输入功率，接着将铁芯32卡合在工作台31上，启动电机21，电机21的输出轴带动主动齿轮22旋转，主动齿轮22带动从动齿轮23旋转，从动齿轮23带动第二连杆24旋转，第二连杆24带动工作台31旋转，工作台31带动铁芯32旋转，旋转铁芯32便于均匀受热和冷却，然后启动电动伸缩块41伸长，电动伸缩块41伸长带动第一连杆42下移，第一连杆42下移带动感应线圈33和屏蔽罩34下移，当铁芯32处于感应线圈33内部时，启动高频电源43，高频电源43将高频交流电流输送至感应线圈33，感应线圈33中交变电流产生交变磁场，交变磁场穿过铁芯32形成回路，铁芯32的横截面内产生涡流，通过涡流发热加热铁芯32，铁芯32加热到目标温度后，启动电动伸缩块41收缩，电动伸缩块41收缩带动感应线圈33和屏蔽罩34上移，当上移到铁芯32处于淬火喷枪35喷淋范围时，关闭电动伸缩块41，启动淬火喷枪35，开始水冷淬火。
实施例2
制备淬火剂：
所述淬火剂包括如下重量份原料：
碳酸钠20份、氯化钠8份、氢氧化钠5份、去离子水55份、柠檬酸钠20份、藕粉30份、丙烯酸8份、顺丁烯二酸15份、对甲苯酚0.5份和苯甲酸钠5份。
所述淬火剂通过如下步骤制备：
步骤A1：将碳酸钠、氯化钠、氢氧化钠和去离子水加入反应釜中，搅拌溶解30min，然后将反应釜以10℃/min速率升温至40℃，加入柠檬酸钠、藕粉和丙烯酸，搅拌溶解30min后静置，待反应釜温度降至30℃时加入淀粉，继续搅拌90min，制得混合液；
步骤A2：将混合液置于-20℃的环境中冷冻35min，制得冷冻混合液；
步骤A3：将步骤A2中制得的冷冻混合液置于反应釜中，反应釜以10℃/min速率升温至55℃，加入顺丁烯二酸、对甲苯酚和苯甲酸钠，搅拌90min，反应釜继续以10℃/min速率升温至95℃，搅拌20min，制得淬火剂。
实施例3
制备淬火剂：
所述淬火剂包括如下重量份原料：
碳酸钠25份、氯化钠10份、氢氧化钠8份、去离子水60份、柠檬酸钠20份、藕粉30份、丙烯酸8-10份、顺丁烯二酸15份、对甲苯酚1份和苯甲酸钠5份。
所述淬火剂通过如下步骤制备：
步骤A1：将碳酸钠、氯化钠、氢氧化钠和去离子水加入反应釜中，搅拌溶解30min，然后将反应釜以10℃/min速率升温至40℃，加入柠檬酸钠、藕粉和丙烯酸，搅拌溶解30min后静置，待反应釜温度降至30℃时加入淀粉，继续搅拌90min，制得混合液；
步骤A2：将混合液置于-20℃的环境中冷冻35min，制得冷冻混合液；
步骤A3：将步骤A2中制得的冷冻混合液置于反应釜中，反应釜以10℃/min速率升温至55℃，加入顺丁烯二酸、对甲苯酚和苯甲酸钠，搅拌90min，反应釜继续以10℃/min速率升温至95℃，搅拌20min，制得淬火剂。
实施例4
新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺，包括如下步骤：
步骤S1：将待处理铁芯置于含有纯水的超声波清洗槽中，超声波清洗5min，然后将铁芯依次转移到含有质量浓度为5％的氢氟酸溶液和质量浓度为15％的氢氧化钠溶液的清洗槽中浸泡并进行超声波清洗，清洗时长均为3min，取出铁芯；
步骤S2：将清洗后的铁芯置于喷砂设备中，用60目白刚玉对铁芯表面进行喷砂处理，喷砂时长为30s，喷砂处理结束后，将铁芯置于纯水槽中漂洗，然后置于烘箱中烘干，烘干温度为150℃，烘干时长为8min；
步骤S3：利用实施例1的高频加热水冷设备对铁芯进行高频加热水冷处理，设定交流电流频率为200kHz，将步骤S2中烘干后的铁芯加热到960℃，保温3s，然后向铁芯喷射实施例2制备的淬火剂进行淬火处理，淬火剂温度为20℃，淬火时间为15s，淬火结束后，铁芯在空气中利用余温自然回火，冷却至室温后，制得成品铁芯。
实施例5
新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺，包括如下步骤：
步骤S1：将待处理铁芯置于含有纯水的超声波清洗槽中，超声波清洗10min，然后将铁芯依次转移到含有质量浓度为10％的氢氟酸溶液和质量浓度为20％的氢氧化钠溶液的清洗槽中浸泡并进行超声波清洗，清洗时长均为5min，取出铁芯；
步骤S2：将清洗后的铁芯置于喷砂设备中，用100目绿碳化硅对铁芯表面进行喷砂处理，喷砂时长为40s，喷砂处理结束后，将铁芯置于纯水槽中漂洗，然后置于烘箱中烘干，烘干温度为180℃，烘干时长为10min；
步骤S3：利用实施例1的高频加热水冷设备对铁芯进行高频加热水冷处理，设定交流电流频率为300kHz，将步骤S2中烘干后的铁芯加热到980℃，保温5s，然后向铁芯喷射实施例3制备的淬火剂进行淬火处理，淬火剂温度为30℃，淬火时间为18s，淬火结束后，铁芯在空气中利用余温自然回火，冷却至室温后，制得成品铁芯。
对比例1
将实施例4中的步骤S3的高频加热水冷设备换成常用的热处理炉，其余工艺过程保持不变。
对比例2
将实施例4的步骤S3去除，即去除加热水冷过程，其余工艺过程保持不变。
对比例3
将实施例5中的步骤S3的淬火剂换成常用的工业盐水，其余工艺过程保持不变。
对实施例4-5和对比例1-3制得的铁芯进行取样并进行如下性能测试：(铁芯样件：外径100mm，轴向长度120mm)
力学性能检测：屈服强度和抗拉强度按照A50拉伸试样进行测试。
磁性能检测：铁损P1.0/400(W/kg)为频率400Hz交变磁场和最大磁通密度1.0T时的铁芯损耗；磁感应强度B5000为磁场强度为5000A/m条件下测得的磁感应强度。
具体测试数据如表1所示：
表1
Figure BDA0003648314690000101
由表1数据可以得出如下结论：
1)对比实施例4和对比例1的各项数据可得，采用本发明高频加热水冷设备相比传统的热处理炉，热处理制备的铁芯的屈服强度和抗拉强度得到显著提升，磁性能检测中铁损P1.0/400有显著降低，磁感应强度B5000有显著增强；
2)对比实施例4和对比例1-2的各项数据可得，相比于未进行热处理铁芯，本发明高频加热水冷设备和传统的热处理炉对铁芯热处理均能显著提升铁芯的力学性能和磁性能；
3)对比实施例5和对比例1的力学性能可得，本发明制备的淬火剂对比传统的工业盐水，淬火制备的铁芯的屈服强度和抗拉强度得到一定的提升。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：将待处理铁芯置于含有纯水的超声波清洗槽中，超声波清洗5-10min，然后将铁芯依次转移到含有氢氟酸溶液和氢氧化钠溶液的超声波清洗槽中，超声波清洗3-5min，取出铁芯；
步骤S2：将清洗后的铁芯置于喷砂设备中，用除杂砂粒对铁芯表面进行喷砂处理，喷砂时长为30-40s，喷砂处理结束后，将铁芯置于纯水槽中漂洗，然后置于烘箱中烘干，烘干温度为150-180℃，烘干时长为8-10min；
步骤S3：通过高频加热水冷设备对铁芯进行高频加热水冷处理，将步骤S2中烘干后的铁芯加热到960-980℃，保温3-5s，然后向铁芯喷射淬火剂进行淬火处理，淬火时间为15-18s，淬火结束后，铁芯在空气中利用余温自然回火，冷却至室温后，制得成品铁芯。
2.根据权利要求1所述的新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺，其特征在于，步骤S1中氢氟酸溶液质量浓度为5-10％，氢氧化钠溶液质量浓度为15-20％。
3.根据权利要求1所述的新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺，其特征在于，步骤S2中除杂砂粒为白刚玉、绿碳化硅和氧化锆中的一种。
4.根据权利要求1所述的新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺，其特征在于，步骤S2中除杂砂粒的粒度为60-100目。
5.根据权利要求1所述的新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺，其特征在于，步骤S3中高频加热水冷设备设定的交流电流频率为200-300kHz。
6.根据权利要求1所述的新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺，其特征在于，步骤S3中淬火剂温度为20-30℃。
7.根据权利要求1所述的新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺，其特征在于，所述淬火剂包括如下重量份原料：碳酸钠20-25份、氯化钠8-10份、氢氧化钠5-8份、去离子水55-60份、柠檬酸钠20份、藕粉30份、丙烯酸8-10份、顺丁烯二酸15份、对甲苯酚0.5-1份和苯甲酸钠5份；
所述淬火剂通过如下步骤制备：
步骤A1：将碳酸钠、氯化钠、氢氧化钠和去离子水加入反应釜中，搅拌溶解30min，然后将反应釜升温至40℃，加入柠檬酸钠、藕粉和丙烯酸，搅拌溶解30min后静置，待反应釜温度降至30℃时加入淀粉，继续搅拌90min，制得混合液；
步骤A2：将混合液置于-20℃的环境中冷冻35min，制得冷冻混合液；
步骤A3：将步骤A2中制得的冷冻混合液置于反应釜中，反应釜升温至55℃，加入顺丁烯二酸、对甲苯酚和苯甲酸钠，搅拌90min，反应釜继续升温至95℃，搅拌20min，制得淬火剂。
8.根据权利要求7所述的新能源汽车电机铁芯高频加热水冷工艺，其特征在于，步骤A1和步骤A3中反应釜升温速率为10℃/min。
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