Corte por agua de chapas de acero al silicio: Fundamentos esenciales | MachineMFG

Corte por agua de chapas de acero al silicio: Fundamentos esenciales

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El método tradicional para producir chapas de acero al silicio, que se utilizan en motores y aparatos eléctricos, consiste en instalar moldes en prensas mecánicas.

La matriz de estampación en frío de chapa de acero al silicio se compone principalmente de matrices macho y hembra, que se instalan en la prensa para punzonar la chapa de acero al silicio en el estator y el rotor del motor o la viruta de hierro del transformador.

prensas mecánicas

Durante el funcionamiento de un troquel de chapa de acero al silicio, el borde está sometido a fuerzas de impacto, cizallamiento y flexión. Además, la chapa de acero al silicio aprieta y frota el borde. Un recubrimiento especial en la superficie de la chapa de acero al silicio aumenta la fricción y el desgaste del borde, que es la razón principal del fallo normal de la matriz.

Como resultado, el desgaste de las matrices es grave y a menudo es necesario afilarlas antes de que alcancen su vida útil ideal. El número de piezas punzonadas en un juego de troqueles suele ser inferior a su valor teórico.

Por ejemplo, considere la proceso de borrado de la chapa de acero al silicio de un determinado motor. Requiere siete tipos de troqueles con un coste total de 190.000 yuanes. La dureza de un troquel de estampación para una chapa de rotor es de 60 a 62Hrc y se instala en una máquina herramienta de estampación de 60t. Normalmente, la matriz puede troquelar más de 200.000 piezas.

Sin embargo, el borde del orificio de la ranura del troquel se colapsa después de ser utilizado menos de 9.000 veces. Rectificar el troquel (normalmente después de 50.000 a 60.000 veces) y volver a colocarlo en la máquina no resuelve el problema. Por el contrario, el colapso persiste y aparecen grietas en el borde exterior de la matriz.

Durante el estampado continuo, las grietas se expanden rápidamente y el molde falla, quedando inservible tras menos de 20.000 usos. Cada vez que se fabrican dos motores, hay que afilar tres tipos de moldes, lo que cuesta entre 400 y 800 yuanes cada vez, con lo que el coste de fabricación del producto es relativamente alto.

Especialmente durante la producción de prueba de nuevos productos, los costes de fabricación de moldes son considerablemente altos, y el ciclo de producción es largo, lo que duplica el coste de desarrollo del nuevo producto.

Producción y requisitos de la chapa de acero al silicio

La chapa de acero al silicio es un componente crucial de motores y aparatos eléctricos. Su rendimiento afecta directamente a la pérdida de energía eléctrica y a la eficiencia, el tamaño y el peso de productos como los transformadores.

Por lo tanto, la chapa de acero al silicio debe cumplir, en general, los siguientes requisitos:

  • Debe tener un revestimiento superficial liso, una forma excelente, una gran precisión dimensional y una variación de grosor mínima dentro de la misma placa.
  • Debe poseer propiedades electromagnéticas favorables y una estructura de grano orientado que cumpla los requisitos de la aplicación.

El proceso de blanking de la chapa de acero al silicio no sólo debe tener las características típicas del corte de metales sino que también cumplan los siguientes requisitos especiales.

Altura de la rebaba

La altura de la rebaba en la chapa de acero al silicio utilizada para el troquelado no debe superar los 0,05 mm. Cada vez se presta más atención al impacto de las rebabas en el rendimiento de todas las piezas mecánicas de la máquina.

Las características electromagnéticas de los generadores, motores y transformadores que utilizan chapas de acero al silicio se ven muy afectadas por las rebabas.

El troquelado se utiliza para formar las chapas de acero al silicio que se emplean en generadores, motores y transformadores. A menudo, la holgura de fabricación de la matriz es demasiado grande o aumenta debido al desgaste.

Durante el proceso de blanking, la chapa de acero al silicio se extruye, lo que provoca una ligera deformación plástica. Esta deformación permanece en el borde de la chapa, lo que provoca la formación de rebabas.

El rotor, el estator y el núcleo del transformador de los generadores utilizan un gran número de chapas de acero al silicio con rebabas.

Las rebabas en la hoja de acero al silicio reducen el factor de apilamiento. Para instalar el mismo número de hojas, el volumen del motor debe aumentar.

Además, la rebaba afecta a la potencia de salida del motor. Se ha demostrado que la potencia de salida del generador puede aumentar de 0,1% a 0,2% utilizando chapas de acero al silicio desbarbadas en comparación con los generadores que no utilizan chapas de acero al silicio desbarbadas.

Impacto en la vida útil del generador

La presencia de rebabas en las láminas de acero al silicio crea huecos importantes entre las laminaciones, lo que puede provocar la producción de corrientes parásitas, un aumento de las pérdidas magnéticas, temperaturas más elevadas, ruido e incluso cortocircuitos, con el consiguiente fallo del motor.

Los motores con chapas de acero al silicio desbarbadas tienen una vida útil media más de 5% superior a la de los motores sin desbarbar.

Las chapas de acero al silicio procesadas pueden apilarse manual o automáticamente, y la separación en la junta debe reducirse al mínimo. Esto requiere equipos que mantengan una alta precisión, incluida la precisión de las piezas, cuando se alcanza la máxima capacidad de producción. Esto garantiza que los productos estén prácticamente libres de rebabas tras el cizallado (la altura de la rebaba tras el cizallado longitudinal de la chapa de acero al silicio no debe superar los 0,05 mm).

De lo contrario, durante la laminación, las rebabas pueden provocar cortocircuitos de vuelta entre las laminaciones, aumentar las pérdidas por corrientes parásitas y reducir el coeficiente de llenado de la laminación.

Las normas pertinentes de China establecen claramente que la altura de las rebabas de las chapas de acero al silicio no debe superar los 0,05 mm. Sin embargo, muchas fábricas de motores no han aplicado medidas eficaces de desbarbado. Siguen instalando y utilizando chapas con rebabas de hasta 0,07~0,1 mm, lo que afecta gravemente a la calidad.

Además, la película de pintura aislante de la superficie de la chapa de acero al silicio no debe rayarse visiblemente durante el desbarbado.

Efecto del estrés

Tras el corte, el estampado y el apilado, las chapas de acero al silicio se someten a tensión interna que deforma los granos, reduce la permeabilidad y aumenta la pérdida específica de hierro.

Para evitar o minimizar estos efectos, las chapas de acero al silicio orientado laminadas en frío suelen tratarse con nitrógeno. recocido a una temperatura de aproximadamente 800°C tras el tratamiento de cizallamiento. Este tratamiento elimina las tensiones generadas durante el procesado y garantiza la conservación de las propiedades originales.

Aunque los ensayos han demostrado que la pérdida específica de hierro de la chapa de acero al silicio orientado laminada en frío después de recocido se reduce en unos 30%, muchos fabricantes optan por no adoptar este proceso debido al aumento de costes asociado.

Doblado de hoz de chapa de acero

Dados los requisitos especializados de rendimiento de las chapas de acero al silicio, es crucial mantener altos estándares en su producción.

Estas normas deben superar incluso los criterios de doblado lateral de la Sociedad Americana de Pruebas y Materiales (ASTM) para metal cizallado en general, que establece un límite de no más de 6 mm/3 m de longitud. En consecuencia, la disposición del proceso de cizallado de las chapas de acero al silicio debe cumplir requisitos aún más estrictos.

Borde de hoja de loto

La chapa de acero al silicio que ha sido cizallada debe estar libre de cualquier onda visible, lo que comúnmente se conoce como borde de hoja de loto.

En caso de oleaje, la relación entre la altura de la ola y la longitud de onda no debe superar 2,5%.

Si no se cumple esta condición, la chapa de acero al silicio sufrirá graves deformaciones plásticas, lo que provocará daños en la estructura del dominio y un aumento significativo de las pérdidas.

Aislamiento

No se admiten daños en el aislamiento dentro de la zona de cizallamiento ni en la superficie de la banda. Además, el borde de la chapa no debe presentar daños por extrusión, ya que el incumplimiento de estos criterios puede afectar negativamente a la calidad del núcleo de hierro.

Aplicación de la tecnología de corte de agua

Corte con agua de chapa de acero al silicio

Ultrapresión corte de aguatambién conocido como cuchillo de agua o chorro de agua, es un proceso que genera un flujo de agua de alta energía presurizando agua ordinaria a través de múltiples etapas. A continuación, este flujo de agua se dirige a través de una boquilla fina para cortar materiales a una velocidad de casi un kilómetro por segundo.

Esta técnica de corte se denomina corte por agua a ultra alta presión. Su origen se remonta a Escocia, donde fue descubierta. A lo largo de 100 años, la investigación experimental condujo al desarrollo de un sistema industrial de corte por agua a alta presión.

El corte con agua a alta presión no está patentado. Sin embargo, en 1968, un profesor de la Universidad de Columbia (Estados Unidos) introdujo abrasivos en el agua a alta presión, lo que aceleró el proceso de corte al triturar los materiales con el abrasivo y el chorro de agua a alta presión.

En la actualidad, Estados Unidos, Alemania, Rusia e Italia han logrado grandes avances en la tecnología de corte con agua a ultra alta presión, con una presión de corte máxima de 550 MPa. Este método se utiliza ampliamente para materiales de corte como piedra, metal, vidrio, cerámica, productos de cemento, papel, alimentos, plásticos, tela, poliuretano, madera, cuero, caucho, municiones, etc.

El corte de agua tiene tres usos principales:

En primer lugar, el corte de materiales incombustibles como mármol, baldosas de cerámica, vidrio, productos de cemento y otros materiales que no pueden procesarse mediante corte térmico.

En segundo lugar, el corte de materiales combustibles como chapas de acero, plástico, tela, poliuretano, madera, cuero, caucho, etc. En el pasado, el corte térmico también podía procesar estos materiales, pero a menudo producía zonas de combustión y rebabas. El corte por agua, por el contrario, no produce tales problemas, y las propiedades físicas y mecánicas de los materiales cortados permanecen inalteradas, lo que constituye una ventaja significativa del corte por agua.

En tercer lugar, el corte de materiales inflamables y explosivos, como la munición, y el corte en entornos inflamables y explosivos no pueden sustituirse por otros métodos de procesamiento.

En cuanto a la calidad del agua, el corte con agua a ultra alta presión está disponible en dos formas: corte con agua pura y corte abrasivo.

Prueba de corte con agua

La prueba de corte con agua de la chapa de acero al silicio se realiza utilizando como equipo principal la cuchilla de agua Altorf.

El generador de alta tensión (APW38037Z-09A) del equipo está equipado con un juego completo de sobrealimentadores originalmente importados de AccuStream Inc.

El sistema de control utiliza PLC en lugar de relés para lograr la comunicación y el control flexible con el ordenador.

La plataforma de corte (APW-2030BA) tiene una estructura de pórtico, que la hace más estable y precisa en comparación con una estructura en voladizo.

El equipo está equipado con una plataforma de PC industrial con un software especial de corte por agua basado en Windows y respaldado por un sistema Windows XP original.

La parte lineal del proceso de corte tiene una velocidad de 800 mm/min, mientras que la parte de arco circular tiene una velocidad de 300 mm/min. El grosor de la chapa de acero al silicio utilizada en la prueba es de 0,5 mm.

Tras la prueba, el producto se saca del depósito de agua de la plataforma de corte, se seca y se comprueba su tamaño. El producto presentaba un problema de fuera de tolerancia sólo en la entrada de la cuchilla durante el corte de agujeros redondos. Este problema fue causado principalmente por una entrada demasiado rápida de la cuchilla durante la programación, haciendo que el agujero pareciera elíptico. Durante la repetición de la prueba, este fenómeno desapareció, y la rebaba era inferior a 0,05 mm. El producto podía apilarse sin rectificar, y el resto del producto cumplía los requisitos del plano.

Conclusión

Los resultados de las pruebas del proceso de corte con agua de chapas de acero al silicio indican que se puede conseguir una calidad óptima del producto utilizando los parámetros adecuados del proceso de corte, vigilando de cerca la calidad del agua y el tamaño de las partículas de arena, y controlando la velocidad de entrada y la dirección del arco.

El corte por agua ofrece varias ventajas, como alta velocidad, excelente calidad, ahorro de costes y fácil modificación del producto. Además, resulta especialmente útil durante la producción de prueba de nuevos productos, ya que no se necesitan moldes. Esto reduce significativamente el ciclo de preparación de la producción y minimiza la inversión inicial necesaria para nuevos productos. Los resultados de estos ensayos han sido muy satisfactorios.

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