Wasserstrahlschneiden von Siliziumstahlblechen: Wesentliche Grundlagen

Wasserstrahlschneiden von Siliziumstahl

Bei der traditionellen Methode zur Herstellung von Siliziumstahlblechen, die in Motoren und Elektrogeräten verwendet werden, werden die Formen auf mechanischen Pressen installiert.

Das Kaltstempelwerkzeug für Siliziumstahlblech besteht hauptsächlich aus einer männlichen und einer weiblichen Matrize, die auf der Presse installiert werden, um das Siliziumstahlblech in den Stator und den Rotor des Motors oder in das Eisenstück des Transformators zu stanzen.

mechanische Pressen

Während des Betriebs eines Siliziumstahlblechwerkzeugs ist die Kante Stoß-, Scher- und Biegekräften ausgesetzt. Außerdem wird die Kante durch das Siliziumstahlblech gequetscht und gerieben. Eine spezielle Beschichtung auf der Oberfläche des Siliziumstahlblechs erhöht die Reibung und den Verschleiß der Kante, was der Hauptgrund für das normale Versagen der Matrize ist.

Infolgedessen ist der Verschleiß der Matrizen sehr hoch, und sie müssen oft nachgeschliffen werden, bevor sie ihre optimale Lebensdauer erreichen. Die Anzahl der gestanzten Teile in einem Matrizensatz ist oft geringer als der theoretische Wert.

Betrachten wir zum Beispiel die Stanzprozess des Siliziumstahlblechs eines bestimmten Motors. Es erfordert sieben Arten von Werkzeugen mit Gesamtkosten von 190.000 Yuan. Die Härte eines Prägestempel für ein Rotorblech beträgt 60 bis 62Hrc und wird auf einer 60t Stanzmaschine installiert. In der Regel kann das Werkzeug mehr als 200.000 Teile stanzen.

Allerdings bricht der Rand des Langlochs der Matrize nach weniger als 9.000 Einsätzen zusammen. Das Schleifen der Matrize (in der Regel nach 50.000 bis 60.000 Einsätzen) und das erneute Aufsetzen auf die Maschine löst das Problem nicht. Stattdessen bleibt der Einsturz bestehen, und an der Außenkante der Matrize entstehen Risse.

Während des kontinuierlichen Stanzens dehnen sich die Risse schnell aus, und die Gussform versagt und wird nach weniger als 20.000 Einsätzen unbrauchbar. Jedes Mal, wenn zwei Motoren produziert werden, müssen drei Arten von Formen geschärft werden, was jedes Mal zwischen 400 und 800 Yuan kostet, was die Herstellungskosten des Produkts relativ hoch macht.

Vor allem bei der Versuchsproduktion eines neuen Produkts sind die Kosten für die Herstellung von Formen sehr hoch, und der Produktionszyklus ist lang, wodurch sich die Kosten für die Entwicklung eines neuen Produkts verdoppeln.

Herstellung und Anforderungen von Siliziumstahlblech

Siliziumstahlblech ist ein wichtiger Bestandteil von Motoren und Elektrogeräten. Seine Leistung wirkt sich direkt auf den Verlust von elektrischer Energie und die Effizienz, die Größe und das Gewicht von Produkten wie Transformatoren aus.

Daher sollten Siliziumstahlbleche im Allgemeinen die folgenden Anforderungen erfüllen:

  • Es sollte eine glatte Oberflächenbeschichtung, eine ausgezeichnete Form, hohe Maßgenauigkeit und minimale Dickenschwankungen innerhalb einer Platte aufweisen.
  • Es sollte günstige elektromagnetische Eigenschaften und ein kornorientiertes Gefüge aufweisen, das den Anforderungen der Anwendung entspricht.

Der Stanzprozess von Siliziumstahlblech sollte nicht nur die typischen Merkmale von Metallschere sondern auch die folgenden besonderen Anforderungen erfüllen.

Grathöhe

Die Höhe des Grats auf dem für das Stanzen verwendeten Siliziumstahlblech sollte 0,05 mm nicht überschreiten. Die Auswirkung von Graten auf die Leistung der gesamten mechanischen Teile der Maschine wird immer mehr beachtet.

Die elektromagnetischen Eigenschaften von Generatoren, Motoren und Transformatoren, die Siliziumstahlbleche verwenden, werden durch Grate erheblich beeinträchtigt.

Das Stanzen wird zur Herstellung von Siliziumstahlblechen verwendet, die in Generatoren, Motoren und Transformatoren zum Einsatz kommen. Häufig ist der Spalt bei der Herstellung der Matrize zu groß oder er vergrößert sich aufgrund von Verschleiß.

Beim Stanzen wird das Siliziumstahlblech extrudiert, wodurch eine leichte plastische Verformung entsteht. Diese Verformung verbleibt am Rand des Blechs und führt zur Bildung von Graten.

Für den Rotor, den Stator und den Transformatorkern von Generatoren wird eine große Anzahl von Stanzblechen aus Siliziumstahl verwendet, die Grate aufweisen.

Der Grat auf dem Siliziumstahlblech verringert den Stapelfaktor. Um die gleiche Anzahl von Blechen zu installieren, muss das Motorvolumen erhöht werden.

Außerdem wirkt sich der Grat auf die Ausgangsleistung des Motors aus. Es wurde nachgewiesen, dass die Ausgangsleistung des Generators durch die Verwendung entgrateter Siliziumstahlbleche im Vergleich zu Generatoren, die keine entgrateten Siliziumstahlbleche verwenden, um 0,1% bis 0,2% erhöht werden kann.

Auswirkungen auf die Lebensdauer des Generators

Das Vorhandensein von Graten auf Siliziumstahlblechen führt zu erheblichen Lücken zwischen den Blechen, was zur Erzeugung von Wirbelströmen, erhöhten magnetischen Verlusten, höheren Temperaturen, Geräuschen und sogar Kurzschlüssen führen kann, was wiederum Motorausfälle zur Folge hat.

Motoren mit entgrateten Siliziumstahlblechen haben eine um mehr als 5% längere durchschnittliche Lebensdauer als solche ohne Entgratung.

Die verarbeiteten Siliziumstahlbleche können manuell oder automatisch gestapelt werden, wobei der Spalt an der Verbindungsstelle so gering wie möglich sein muss. Dies erfordert Anlagen, die bei maximaler Produktionskapazität eine hohe Genauigkeit, einschließlich der Genauigkeit der Ersatzteile, gewährleisten. Dadurch wird sichergestellt, dass die Produkte nach dem Scheren praktisch gratfrei sind (die Grathöhe nach dem Längsschneiden von Siliziumstahlblech sollte 0,05 mm nicht überschreiten).

Andernfalls können Grate während des Laminierens Überlappungskurzschlüsse zwischen den Lamellen verursachen, die Wirbelstromverluste erhöhen und den Füllkoeffizienten der Lamellen verringern.

In den einschlägigen chinesischen Normen ist eindeutig festgelegt, dass die Grathöhe von Siliziumstahlblechen 0,05 mm nicht überschreiten sollte. Viele Motorenfabriken haben jedoch keine wirksamen Entgratungsmaßnahmen ergriffen. Sie installieren und verwenden immer noch Bleche mit Graten von 0,07 bis 0,1 mm, was die Qualität erheblich beeinträchtigt.

Außerdem sollte die isolierende Lackschicht auf der Oberfläche des Siliziumstahlblechs beim Entgraten nicht sichtbar zerkratzt werden.

Wirkung von Stress

Nach dem Schneiden, Stanzen und Stapeln werden die Siliziumstahlbleche Eigenspannung das die Körner verformt, die Durchlässigkeit verringert und den spezifischen Eisenverlust erhöht.

Um diese Effekte zu vermeiden oder zu minimieren, werden kaltgewalzte orientierte Siliziumstahlbleche in der Regel mit stickstoffgefüllten Glühen bei einer Temperatur von ca. 800°C nach der Scherverarbeitung. Durch diese Behandlung werden die bei der Verarbeitung entstandenen Spannungen beseitigt und die ursprünglichen Eigenschaften bleiben erhalten.

Obwohl Versuche gezeigt haben, dass der spezifische Eisenverlust von kaltgewalztem orientiertem Siliziumstahlblech nach Glühen um etwa 30% reduziert wird, entscheiden sich viele Hersteller wegen der damit verbundenen Kostensteigerung gegen dieses Verfahren.

Sichelbiegen von Stahlblech

Angesichts der besonderen Leistungsanforderungen an Siliziumstahlbleche ist es von entscheidender Bedeutung, dass bei ihrer Herstellung hohe Standards eingehalten werden.

Diese Normen müssen sogar die Kriterien der American Society for Testing and Materials (ASTM) für das seitliche Biegen von geschertem Metall übertreffen, die einen Grenzwert von höchstens 6 mm/3 m in der Länge vorsehen. Folglich muss die Auslegung des Scherprozesses für Siliziumstahlbleche noch strengere Anforderungen erfüllen.

Lotusblatt-Rand

Das gescherte Siliziumstahlblech muss frei von sichtbaren Wellen sein, die gemeinhin als Lotosblattkante bezeichnet werden.

Bei Wellen darf das Verhältnis von Wellenhöhe zu Wellenlänge 2,5% nicht überschreiten.

Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, wird das Siliziumstahlblech stark plastisch verformt, was zu einer Beschädigung der Domänenstruktur und einer erheblichen Erhöhung der Verluste führt.

Isolierung

Isolationsbeschädigungen im Scherbereich oder an der Bandoberfläche sind nicht zulässig. Außerdem muss die Blechkante frei von Extrusionsschäden sein, da die Nichteinhaltung dieser Kriterien die Qualität des Eisenkerns beeinträchtigen kann.

Anwendung der Wasserschneidetechnik

Wasserschneiden von Siliziumstahlblech

Ultra-Hochdruck Wasserschneidenauch als Wassermesser oder Wasserstrahl bekannt, ist ein Verfahren, bei dem ein hochenergetischer Wasserstrom erzeugt wird, indem gewöhnliches Wasser in mehreren Stufen unter Druck gesetzt wird. Dieser Wasserstrom wird dann durch eine feine Düse geleitet, um Materialien mit einer Geschwindigkeit von fast einem Kilometer pro Sekunde zu schneiden.

Diese Schneidetechnik wird als Ultrahochdruckwasserschneiden bezeichnet. Ihr Ursprung geht auf Schottland zurück, wo sie entdeckt wurde. Über einen Zeitraum von 100 Jahren führte die experimentelle Forschung zur Entwicklung eines industriellen Hochdruckwasserschneidsystems.

Das Wasserhochdruckschneiden ist nicht patentiert. Im Jahr 1968 führte ein Professor der Columbia University in den Vereinigten Staaten jedoch Abrasivstoffe in das Hochdruckwasser ein, was den Schneidprozess durch Schleifen der Materialien mit dem Abrasivstoff und dem Hochdruckwasserstrahl beschleunigte.

Heute haben die Vereinigten Staaten, Deutschland, Russland und Italien einen Durchbruch in der Ultrahochdruck-Wasserschneidetechnik mit einem maximalen Schneiddruck von 550 MPa erzielt. Diese Methode wird häufig eingesetzt für Schneidstoffe wie Stein, Metall, Glas, Keramik, Zementprodukte, Papier, Lebensmittel, Kunststoffe, Stoffe, Polyurethan, Holz, Leder, Gummi, Munition und vieles mehr.

Es gibt drei Hauptanwendungen für das Wasserschneiden:

Erstens: Schneiden von nicht brennbaren Materialien wie Marmor, Keramikfliesen, Glas, Zementprodukten und anderen Materialien, die nicht durch thermisches Schneiden bearbeitet werden können.

Zweitens: Schneiden von brennbaren Materialien wie Stahlplatten, Kunststoff, Stoff, Polyurethan, Holz, Leder, Gummi usw. In der Vergangenheit konnten diese Materialien auch mit dem thermischen Schneiden bearbeitet werden, was jedoch häufig zu Verbrennungsstellen und Graten führte. Beim Wasserschneiden hingegen treten solche Probleme nicht auf, und die physikalischen und mechanischen Eigenschaften der geschnittenen Materialien bleiben unverändert, was ein wesentlicher Vorteil des Wasserschneidens ist.

Drittens kann das Schneiden von brennbaren und explosiven Materialien wie Munition und das Schneiden in brennbaren und explosiven Umgebungen nicht durch andere Verarbeitungsmethoden ersetzt werden.

Was die Wasserqualität betrifft, so gibt es zwei Arten des Ultrahochdruckwasserschneidens: das Reinwasserschneiden und das Abrasivschneiden.

Wasserschneidetest

Der Wasserschneidetest für Siliziumstahlblech wird mit dem Altorf-Wassermesser als Hauptgerät durchgeführt.

Der Hochspannungsgenerator (APW38037Z-09A) der Anlage ist mit einem kompletten Satz von ursprünglich importierten Kompressoren von AccuStream Inc. ausgestattet.

Das Steuersystem verwendet PLC anstelle von Relais, um eine Kommunikation und flexible Steuerung mit dem Computer zu erreichen.

Die Schneidplattform (APW-2030BA) hat eine Gantry-Struktur, die sie im Vergleich zu einer freitragenden Struktur stabiler und genauer macht.

Die Anlage ist mit einer Industrie-PC-Plattform mit spezieller Wasserschneidesoftware auf Windows-Basis ausgestattet, die von einem echten Windows XP-System unterstützt wird.

Der lineare Teil des Schneidprozesses hat eine Geschwindigkeit von 800 mm/min, während der Kreisbogen-Teil eine Geschwindigkeit von 300 mm/min hat. Die Dicke des für den Test verwendeten Siliziumstahlblechs beträgt 0,5 mm.

Nach dem Test wird das Produkt aus dem Wassertank der Schneideplattform entnommen, getrocknet und auf seine Größe hin überprüft. Das Produkt wies nur am Messereingang beim Schneiden von Rundlöchern ein Problem auf, das außerhalb der Toleranzen lag. Dieses Problem wurde hauptsächlich durch einen zu schnellen Messereingang während der Programmierung verursacht, wodurch sich das Loch elliptisch anfühlte. Bei der erneuten Prüfung verschwand dieses Phänomen, und der Grat betrug weniger als 0,05 mm. Das Produkt konnte ohne Schleifen gestapelt werden, und der Rest des Produkts entsprach den Anforderungen der Zeichnung.

Schlussfolgerung

Die Testergebnisse des Wasserstrahlschneidens von Siliziumstahlblechen zeigen, dass eine optimale Produktqualität durch die Verwendung geeigneter Schneidprozessparameter, die genaue Überwachung der Wasserqualität und der Sandkorngröße sowie die Steuerung der Einlassgeschwindigkeit und der Richtung des Lichtbogens erreicht werden kann.

Das Wasserstrahlschneiden bietet mehrere Vorteile, z. B. hohe Geschwindigkeit, hervorragende Qualität, Kosteneinsparungen und einfache Produktänderung. Außerdem erweist es sich als besonders nützlich bei der Versuchsproduktion neuer Produkte, da keine Formen benötigt werden. Dadurch wird der Produktionsvorbereitungszyklus erheblich verkürzt und die für neue Produkte erforderlichen Anfangsinvestitionen werden minimiert. Die Ergebnisse solcher Versuche sind sehr zufriedenstellend.

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Shane
Autor

Shane

Gründerin von MachineMFG

Als Gründer von MachineMFG habe ich mehr als ein Jahrzehnt meiner Karriere der metallverarbeitenden Industrie gewidmet. Meine umfangreiche Erfahrung hat es mir ermöglicht, ein Experte auf den Gebieten der Blechverarbeitung, der maschinellen Bearbeitung, des Maschinenbaus und der Werkzeugmaschinen für Metalle zu werden. Ich denke, lese und schreibe ständig über diese Themen und bin stets bestrebt, in meinem Bereich an vorderster Front zu bleiben. Lassen Sie mein Wissen und meine Erfahrung zu einem Gewinn für Ihr Unternehmen werden.

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