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CN110815052A - 基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法及其制品 - Google Patents

基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法及其制品 Download PDF

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CN110815052A CN201911066865.7A CN201911066865A CN110815052A CN 110815052 A CN110815052 A CN 110815052A CN 201911066865 A CN201911066865 A CN 201911066865A CN 110815052 A CN110815052 A CN 110815052A
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柯海波
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Abstract

本发明公开了一种基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法及其制品，本发明方法以非晶合金带材为基础，将非晶合金带材统一剪裁至预定尺寸，之后将带材堆叠预定层数，并使用夹具在轴向施加预定压力，以确保非晶合金带材之间贴合紧密；随后依次对堆叠好的非晶合金叠片进行真空浸胶、高温固化等工序，获得粘合后的非晶合金板；再将非晶合金板使用水刀切割进行加工成形，最终得到非晶合金定子铁芯制品，在水刀切割时几乎不产生热量，因而可有效避免其他切割方法中铁基非晶合金所存在的被晶化和氧化的风险，确保铁基非晶合金的原有优异性能，有效降低加工成本，而且加工效率高，适用性广，利于广泛推广应用。

Description

基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法及其制品
技术领域
本发明涉及电机定子铁芯制备技术领域，特别涉及一种基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法及其铁基非晶合金定子铁芯制品。
背景技术
铁基非晶合金是一种新型软磁合金材料，其原子排列具有短程有序，长程无序的特点。另外，铁基纳米晶的超微细晶粒结构，使它具有很高的初始磁导率和低铁芯损耗率以及稳定性高等优点，有望代替传统硅钢、铁氧体等广泛应用于高精度、高稳定性要求的电子产品与器件中。尤其是随着频率的提高(>800赫兹)，软磁非晶合金相比于硅钢的低磁损耗优势更加明显。因此，软磁非晶合金更适宜应用于高速高频电机的定子铁芯，从而极大的降低能量损耗和噪声。
传统加工方法很难有效实现非晶合金的加工，因为非晶合金是一种亚稳态的材料，在高温或者强应变下会产生快速弛豫甚至晶化，使得原有的优良特性消失。
热塑性成型或者吹塑成形可用于加工非晶合金，但这类方法对材料相关特性的要求非常高，需要材料具有较宽的过冷液相区，因此可用此类方法进行加工成型的非晶合金材料种类受到限制，且较长的成形时间导致材料在该过程存在着很高的被氧化和晶化风险。
目前金属材料的切割方法主要有刀具切割、激光切割、等离子切割、火焰切割、电火花切割、线切割、水刀切割等。在众多切割方法中，水刀切割是唯一的冷态切割方法，可有效避免非晶合金材料在切割过程中存在的氧化及晶化风险。
水刀切割过程中无化学变化，对切割材质的物化性能无不良影响，而且具有无热变形、切缝窄、精度高、切面光洁无污染等优点。加工适用范围广，可用于传统加工方法无法或难以加工的材料，如玻璃、陶瓷、复合材料、反光材料、化纤、热敏感材料等。切割后，切割面整齐平滑，类似喷砂处理后的效果。
发明专利CN201010211940.7公布了一种高频电机的非晶合金定子铁芯的制备方法。该发明是将常规非晶合金粉末与粘合剂充分混合，再将混合后的合金粉末在特定模具中加压成型，形成所需形状和尺寸的定子铁芯。该非晶合金定子铁芯制备方法材料的利用率高，废料少，但是对于制备槽型复杂的定子铁芯则受到一定限制。
发明专利CN201610221769.5公布了一种非晶合金电机定子铁芯的制备方法。该发明将非晶合金带材叠压成多层叠片，每隔一定厚度夹有金属薄片，非晶合金片和金属薄片以无机高温胶水粘合，最后以线切割加工的方式得到最终的定子铁芯。该方法通过在非晶合金定子铁芯的两端和中间增加高频硅钢片、高强度铝合金薄片或者镁合金薄片，能够增加非晶合金定子齿轮和铁芯端部齿的机械强度，但最后的线切割加工过程中仍然存在着一定被晶化的风险。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的在于，提供一种基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法及其铁基非晶合金定子铁芯制品。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：
一种基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法，其包括以下步骤：
(1)根据所需将非晶合金条带剪裁出多片具有所需形状及尺寸的非晶合金薄片；
(2)将非晶合金薄片堆叠至所需数量，并使用夹具固定，且在堆叠方向上施加可调节的压力，获得薄片叠组；
(3)对薄片叠组依次进行低真空浸胶工序和高温固化工序，经固化后，获得非晶合金块；
(4)去除非晶合金块上多余的胶料和修正边角，然后通过水刀切割机进行水刀切割加工成型得到铁基非晶合金定子铁芯制品。
作为本发明的一种改进，所述非晶合金条带的成分为Fe78Si9B13。具有高导磁性和低损耗的特点。
作为本发明的一种改进，所述非晶合金条带的厚度为10～25μm，优选为20μm，厚度合理，易于设计。
作为本发明的一种改进，所述步骤(2)中的非晶合金薄片的堆叠数量为50～200片。优选为50片、100片和200片。
作为本发明的一种改进，所述步骤(2)中在堆叠方向上施加可调节的压力为0～100MPa，灵活性高，满足实际中施压需求。
作为本发明的一种改进，所述步骤(3)中的低真空浸胶工序的真空度小于200Pa，更利于胶液的浸入。
作为本发明的一种改进，所述步骤(3)中的低真空浸胶工序使用的胶水为牌号为E1228MR的环氧树脂胶水；粘接效果好，耐冲击强度高、坚固柔韧，耐溶剂性能好。所述步骤(3)中的高温固化工序的固化温度为140～160℃，固化时间为100～140min。固化后，胶膜韧性好，耐冲击强度高，抗震动效果好，低膨胀系数，耐高温。
作为本发明的一种改进，所述步骤(4)的水刀切割机的型号为Proto Max的水刀切割机。体积小巧，安全，容易操作。
作为本发明的一种改进，所述水刀切割机使用的磨料为粒度为80目的石榴石颗粒，磨料流速为0.635Kg/min，喷嘴高压设置为413.69MPa，低压设置为137.9MPa。在保证切割速度的同时，也提升切割效果，切割后，切割面整齐平滑，而且割缝小，加上冷却切割的特性，可以提高材料利用率。
一种采用上述基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法制得的铁基非晶合金定子铁芯制品。整体性好，切割表面光洁圆滑，综合性能佳。
本发明的有益效果为：本发明合理选用铁基非晶合金并结合水刀进行切割，在水刀切割时几乎不产生热量，因而可有效避免其他切割方法中铁基非晶合金所存在的被晶化和氧化的风险，可以最大程度的保证铁基非晶合金的原有优异性能，进而解决传统加工方法中由于铁基非晶合金硬度高导致的刀具快速损耗问题，降低加工成本，而且加工效率高，适用性广，利于广泛推广应用；采用本发明基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法制得的铁芯制品具有切割表面光洁圆滑，整体性好等优点。
下面结合附图与实施例，对本发明进一步说明。
附图说明
图1为本发明的制备方法流程图。
图2为本发明的铁基非晶合金定子铁芯制品结构示意图。
具体实施方式
实施例：参见图1，本实施例提供的一种基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法，其包括以下步骤：
(1)根据所需将非晶合金条带剪裁出多片具有所需形状及尺寸的非晶合金薄片；所述非晶合金条带的成分优选为Fe78Si9B13，具有高导磁性和低损耗的特点。所述非晶合金条带的厚度为10～25μm，优选为20μm。
(2)将非晶合金薄片堆叠至所需厚度，并使用夹具固定，且在堆叠方向上施加可调节的压力，具体是在堆叠方向上施加可调节的压力为0～100MPa，经施压固定后，获得薄片叠组；较佳的，所述非晶合金薄片的堆叠数量为50～200片。堆叠的数量优选为50片、100片或200片。其中50片非晶合金薄片堆叠的厚度约为0.1mm；100片非晶合金薄片堆叠的厚度约为0.2mm；200片非晶合金薄片堆叠的厚度约为0.4mm；
(3)对薄片叠组依次进行低真空浸胶工序和高温固化工序，经固化后，获得非晶合金块；其中低真空浸胶工序的真空度小于200Pa。在低真空浸胶工序中使用的胶水优选为牌号为E1228MR的环氧树脂胶水；粘接效果好，耐冲击强度高、坚固柔韧，耐溶剂性能好。所述步骤(3)中的高温固化工序的固化温度为140～160℃，优选为150℃，固化时间为100～140min，优选为120min；固化后，胶膜韧性好，耐冲击强度高，抗震动效果好，低膨胀系数，耐高温。
(4)去除非晶合金块上多余的胶料和修正边角，然后通过水刀切割机进行水刀切割加工成型得到铁基非晶合金定子铁芯制品，参见图1。所述水刀切割机的型号为ProtoMax的水刀切割机。Proto MAX将切割台面和泵整合到一体，所配备的泵为5HP，切割功率是30000psi，是一款灵巧、安全、容易操作的水切割设备。在使用过程中，Proto MAX合上水刀盖，非晶合金块被淹没在水下，进行安全静音地切割(噪音在76分贝)。切割时，水花不外溅，保证了加工环境的干净清洁。且Proto MAX切割时不产生热影响区，也不会改变非晶合金块材料的性质。
在加工过程中，所述水刀切割机使用的磨料为粒度优选为80目的石榴石颗粒，磨料流速优选为0.635Kg/min，喷嘴高压设置优选为413.69MPa，低压设置优选为137.9MPa。各参数设定科学合理，能有效提升切割速度和切割精度，即在保证切割效率的同时，也提升切割质量。切割后，切割面整齐平滑，而且割缝小，加上冷却切割的特性，可以提高材料利用率。
具体切割加工中，50片非晶合金薄片堆叠的厚度约为0.1mm，切割时间约为0.46min；100片非晶合金薄片堆叠的厚度约为0.2mm，切割时间约为0.46min；200片非晶合金薄片堆叠的厚度约为0.4mm，切割时间约为0.53min；而在同等的加工条件下，线切割的切割时长则大于20min。本发明基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法相对于传统线切割加工方法大大提高了加工效率。而且在水刀切割时几乎不产生热量，因而可有效避免其他切割方法中铁基非晶合金所存在的被晶化和氧化的风险，可以最大程度的保证铁基非晶合金的原有优异性能，进而解决传统加工方法中由于铁基非晶合金硬度高导致的刀具快速损耗问题，降低加工成本。
采用本发明基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法制得的铁基非晶合金定子铁芯制品，其的切割表面光洁圆滑，整体性好，综合性能佳。
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。如本发明上述实施例所述，采用与其相同或相似的步骤而得到的其它方法及制品，均在本发明保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：
(1)根据所需将非晶合金条带剪裁出多片具有所需形状及尺寸的非晶合金薄片；
(2)将非晶合金薄片堆叠至所需数量，并使用夹具固定，且在堆叠方向上施加可调节的压力，获得薄片叠组；
(3)对薄片叠组依次进行低真空浸胶工序和高温固化工序，经固化后，获得非晶合金块；
(4)去除非晶合金块上多余的胶料和修正边角，然后通过水刀切割机进行水刀切割加工成型得到铁基非晶合金定子铁芯制品。
2.根据权利要求1所述的基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法，其特征在于：所述非晶合金条带的成分为Fe78Si9B13。
3.根据权利要求1或2所述的基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法，其特征在于：所述非晶合金条带的厚度为10～25μm。
4.根据权利要求1所述的基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的非晶合金薄片的堆叠数量为50～200片。
5.根据权利要求1所述的基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中在堆叠方向上施加可调节的压力为0～100MPa。
6.根据权利要求1所述的基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的低真空浸胶工序的真空度小于200Pa。
7.根据权利要求1所述的基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中的低真空浸胶工序使用的胶水为牌号为E1228MR的环氧树脂胶水；所述步骤(3)中的高温固化工序的固化温度为140～160℃，固化时间为100～140min。
8.根据权利要求1所述的基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法，其特征在于：所述步骤(4)的水刀切割机为型号为Proto Max的水刀切割机。
9.根据权利要求1或8所述的基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法，其特征在于：所述水刀切割机使用的磨料为粒度为80目的石榴石颗粒，磨料流速为0.635Kg/min，喷嘴高压设置为413.69MPa，低压设置为137.9MPa。
10.一种采用权利要求1-9中任意一项所述基于水刀切割的铁基非晶合金定子铁芯制备方法制得的铁基非晶合金定子铁芯制品。
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