Фураев В.В.
СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОПРОВОДОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН *
Аннотация:
магнитопроводы в электрических машинах, таких как двигатели и генераторы, важны для передачи магнитного потока, и их создание должно быть точным и эффективным. Существует несколько методов производства магнитопроводов, каждый с собственными особенностями, преимуществами и недостатками
Ключевые слова:
магнитопроводы электрических машин, метод штамповки, метод резки на машинах с числовым программным управлением, порошковая металлургия, изготовление методом 3D-печати
УДК 620.9
Фураев В.В.
Оренбургский государственный университет
(г. Оренбург, Россия)
СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОПРОВОДОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН
Аннотация: магнитопроводы в электрических машинах, таких как двигатели и генераторы, важны для передачи магнитного потока, и их создание должно быть точным и эффективным. Существует несколько методов производства магнитопроводов, каждый с собственными особенностями, преимуществами и недостатками.
Ключевые слова: магнитопроводы электрических машин, метод штамповки, метод резки на машинах с числовым программным управлением, порошковая металлургия, изготовление методом 3D-печати.
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
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
3D-печать является новым методом создания магнитопроводов с использованием композитных магнитных материалов. Изготовление магнитопроводов электродвигателей на 3D-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 3D-принтере с использованием пластика с добавками металлического порошка:
– Дизайнерская гибкость: 3D-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: 3D-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 3D-принтере не требуется изготовление дорогостоящих штампов, форм и оснастки.
Недостатки создания магнитопроводов для электродвигателей на 3D-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 3D-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:
Номер журнала Вестник науки №6 (63) том 4
Ссылка для цитирования:
Фураев В.В. СПОСОБЫ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МАГНИТОПРОВОДОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН // Вестник науки №6 (63) том 4. С. 981 - 989. 2023 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/9303 (дата обращения: 19.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2023. 16+