Способы изготовления магнитопроводов электрических машин

Furaev V.V.

METHODS OF MANUFACTURING MAGNETIC CIRCUITS OF ELECTRIC MACHINES

Abstract

Один из распространенных методов - штамповка. В этом процессе металлический лист (обычно из электротехнической стали), который разрезается на заготовки, затем формируется под давлением с помощью штампов и прессов, после чего образуется пакет стальных листов, называемых магнитопроводом. Этот метод обладает высокой точностью и производительностью, однако требует значительных капиталовложений в оснастку и оборудование, экономическая эффективность оправдана только при крупном серийном производстве.

Преимущества метода штамповки магнитопроводов для электродвигателей:

- Быстрота процесса: автоматизированные станки обеспечивают высокую скорость штамповки и производство большого количества деталей за короткий период времени;

- Высокая точность: штамповка обеспечивает точность размеров и геометрии магнитопроводов;

- Низкая стоимость серийного производства: стандартизированные штампы и машины позволяют сократить затраты на производство магнитопроводов по сравнению с другими методами;

- Улучшение электромеханических характеристик: магнитопроводы, изготовленные методом штамповки, могут способствовать оптимизации характеристик, параметров и размеров электродвигателей.

Недостатки метода штамповки магнитопроводов для электродвигателей:

- Высокие затраты на оснастки и инструменты: производство магнитопроводов штамповкой требует использования дорогих материалов и инструментов;

- Ограничения по форме и размерам: штамповка может быть непригодна для производства магнитопроводов с очень сложной геометрией;

- Возможные механические повреждения: штамповка может вызывать деформации на поверхности листов, что может ухудшить магнитные характеристики магнитопровода после сборки, для предотвращения чего требуется дополнительная механическая обработка, увеличивающая сложность процесса и стоимость конечного изделия;

- Появление нежелательных остаточных напряжений: штамповка может вызывать внутренние напряжения в материале, влияющие на работу и надежность электродвигателя.

Таким образом, при выборе метода производства магнитопроводов для электродвигателей с использованием штамповки важно учитывать размеры, геометрию, качество и стоимость, чтобы определить, подходит ли данный метод для конкретного случая. На рисунке 1 изображен пример штампа для изготовления магнитопроводов электрических машин.

Рисунок 1. Четырехпозиционный штамп последовательного действия

магнитопровод электрический

Резка на станках с числовым программным управлением (ЧПУ) представляет собой современный и точный метод, включающий применение специализированных станков с твердым ножом, лазером, плазменной или водяной резкой для создания деталей магнитопровода из листовых материалов. Полученные детали затем складываются и фиксируются для формирования магнитопровода.

Процесс создания магнитопроводов на станках с ЧПУ включает следующие этапы:

- Подготовка материала: листы из электротехнической стали готовятся к обработке, очищаются от загрязнений и нередко покрываются антикоррозионным составом;

- Разработка и настройка программы обработки: на основе схем и 3D - моделей деталей магнитопровода создается управляющая программа, которая затем загружается на станок с ЧПУ. Программа определяет путь и параметры резки, скорость перемещения инструмента и другие необходимые операции для получения готовой детали;

- Вырезание деталей: после загрузки программы на станок с ЧПУ лист электротехнической стали размещается на рабочей поверхности станка, после чего осуществляется резка деталей нужных размеров и формы;

- Удаление остатков и обработка кромок: после резки с деталей удаляются шлак, а кромки дополнительно обрабатываются для повышения качества и характеристик магнитопровода;

- Контроль качества: после обработки кромок осуществляется проверка качества деталей, их размеров, формы и отсутствия дефектов;

- Сборка магнитопровода: вырезанные и обработанные детали собираются в готовый магнитопровод, который затем применяется в конструкции электрической машины.

Метод резки на станках с ЧПУ имеет несколько преимуществ по сравнению с традиционными методами производства магнитопроводов, такими как штамповка. К ним относятся высокая точность, автоматизация, возможность создания сложных геометрических форм и эффективное использование материала без значительных отходов. Однако, этот метод может быть более медленным и менее выгодным при крупносерийном производстве. На рисунке 2 изображен фрезерный станок с ЧПУ для изготовления магнитопроводов электрических машин.

Рисунок 2. Фрезерный станок с ЧПУ

Метод порошковой металлургии включает компактирование металлического порошка в определенной форме и последующее спекание для получения магнитопровода с нужными свойствами. Этот подход позволяет создавать изделия с точными геометрическими характеристиками, равномерной структурой и улучшенными магнитными и механическими свойствами по сравнению с традиционными методами, такими как штамповка, хотя и связан с большими затратами на материалы и оборудование.

Преимущества порошкового метода изготовления магнитопроводов для электродвигателей:

- Большая гибкость в дизайне: порошковая металлургия позволяет производить магнитопроводы различных форм и размеров без использования сложных предметов и инструментов;

- Высокая геометрическая точность: порошковый метод обеспечивает точность размеров и формы конечного изделия;

- Отличные магнитные и механические характеристики: порошковая металлургия позволяет получать изделия с высокой плотностью и равномерной структурой, что благоприятно влияет на магнитные и механические свойства магнитопроводов электродвигателей;

- Сохранение материалов: порошковая металлургия предполагает меньше отходов и обрезков по сравнению с традиционными методами создания магнитопроводов.

Недостатки порошкового метода изготовления магнитопроводов для электродвигателей:

- Высокие затраты на оборудование: для производства магнитопроводов порошковым методом требуется специальное оборудование, что может существенно увеличить начальные инвестиции;

- Необходимость дополнительных операций: после компактирования и спекания может потребоваться еще одна механическая обработка, что, в свою очередь, увеличивает стоимость производства магнитопроводов;

- Ограничения в массовом производстве: при больших объемах производства порошковая металлургия может быть менее эффективна из -за относительно низкой скорости процесса и продолжительности спекания;

- Повышенные требования к качеству порошка: свойства порошка напрямую влияют на характеристики получаемого магнитопровода, что подразумевает необходимость контроля качества исходного материала. На рисунке 3 представлен процесс изготовления методом порошковой металлургии.

Рисунок 3. Процесс изготовления деталей методом порошковой металлургии

ЭБ-печать является новым методом создания магнитопроводов с использованием композитных магнитных материалов. Изготовление магнитопроводов электродвигателей на ЭБ-принтере с применением пластика, смешанного с металлическим порошком, представляет собой процесс, в котором термопласт с добавками металлических частиц наносится слоями для создания объемного объекта. Такая комбинация материалов может обеспечить определенные магнитные свойства и механическую прочность изделия. Основные ограничения этого метода - неоднородные магнитные свойства и низкая прочность, а также невысокая производительность, что делает его неприемлемым для массового производства.

Преимущества создания магнитопроводов для электродвигателей на Э D- принтере с использованием пластика с добавками металлического порошка:

- Дизайнерская гибкость: ЭБ-печать позволяет создавать сложные геометрические формы без ограничений формования, что может быть недостижимо при использовании других традиционных методов производства;

- Прототипирование и малые партии: быстрое и простое получение прототипов или небольших серий может быть очень полезным при разработке и проектировании новых изделий или модификаций электродвигателей;

- Сокращение материальных отходов: Э D-принтеры могут использовать только необходимое количество материала, что минимизирует отходы и, следовательно, конечную стоимость материалов;

- Минимальные инвестиции в инструменты и оборудование: для создания магнитопроводов на ЭБ-принтере не требуется изготовление дорогостоящих штампов, форм и оснастки.

Недостатки создания магнитопроводов для электродвигателей на Э D- принтере с использованием пластика с добавками металлического порошка:

- Относительно низкая механическая прочность: из-за наличия пластика и способа нанесения материала механическая прочность и магнитные свойства могут быть ниже, чем у изделий, произведенных другими методами;

- Низкая скорость и производительность: процесс 3 D-печати относительно медленный и может быть неподходящим для массового производства. На рисунке 4 изображен принцип работы 3D печати.

Рисунок 4. FDM технология 3D печати

Список литературы

Копылов, И, П, Проектирование электрических машин: учебник для бакалавров / И, П, Копылов; ответственный редактор И, П, Копылов, -- 4-е изд,, перераб, и доп, -- Москва: Издательство Юрайт, 2018, -- 767 с,

Технология производства электрических машин: [Учеб, пособие для вузов по спец, "Электр, машины"] / М, В, Антонов, Л, С, Герасимова, - М,: Эрегоиздат, 1982, - 511 с,

Вольдек А, Электрические машины, Машины переменного тока: Учебник для вузов / А, Вольдек, В, Попов, - Санкт-Петербург: Питер, 2007, - 352 с,

Анурьев, В, И, Справочник конструктора-машиностроителя: в 3-х т, / В, И, Анурьев; ред, И, Н, Жесткова, - 5-е изд,, перераб, и доп, - Москва: Машиностроение, 1980, - Том 1, - 559 с.

Размещено на Allbest.ru