Технология МАЛОГАБАРИТНЫХ ГИРОМОТОРОВ

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПАКЕТОВ

Технологический процесс изготовления пакетов роторов и ста­торов гиромоторов должен быть построен так, чтобы он обеспечи­вал, начиная с проверки стали и до окончательной сборки гиромо­торов, получение в них минимальных потерь от гистерезиса, вихре­вых токов и создавал более равномерную проводимость. Пакеты должны быть надежно механически скрепленными, должно быть обеспечено плотное прилегание пластин друг к другу; несоблюде­ние этого вызовет гудение пластин во время перемагничивания, а следовательно, и неприятный шум гиромотора при работе.

Технологический процесс изготовления пакетов железа рото­ров и статоров гиромоторов состоит из следующих операций: резки полос, штамповки пластин, снятия заусенцев, отжига, изоляции пластин, сборки пакетов, проверки магнитных свойств железа и готовых пакетов.

Электротехническая сталь поставляется на заводы с сертифика­тами, в которых указывается марка стали и основные электротехни­ческие данные испытаний этой партии стали по ГОСТ 802—58.

Заводы, потребляющие сталь в больших количествах, зная марку стали и основные параметры (индукцию и потери), указан­ные в сертификате поставщика, иногда запускают сталь в произ­водство без дополнительной ее проверки. Заводы, потребляющие небольшое количество стали и получающие ее распакованными
пачками из разных партий, присланных в разное время и без сер­тификатов, перед запуском в производство должны проверять сталь по основным магнитным параметрам.

Магнитные характеристики стали определяются на дифференци­альном аппарате Эпштейна, согласно рекомендациям ГОСТ. Однако этот метод требует большой затраты времени на подготовку образца к испытаниям и большого расхода материала, так как образец изготовляется из полос, чаще всего не пригодных для дальнейшего использования. Наконец, усреднение результатов измерения яв­ляется не совсем удобным для проверки в заводских условиях, так как на приготовление одного образца расходуется обычно 3—4 нормальных листа.

В лаборатории электротехнических и магнитных измерений Института электротехники АН УССР разработана схема,[2] позво­лившая создать установку для испытания целых листов электро­технической стали с непосредственным отсчетом измеряемых характеристик, т. е. без внесения каких-либо поправок. На такой установке могут испытываться образцы электротехнической стали размером 375 X 750 мм, что позволяет определять свойства одного листа нормальных размеров вдоль направления проката и поперек его и в течение нескольких минут производить измерения:

1) общих удельных потерь в стали jp0;

2) максимального значения индукции Вм\

3) максимального значения напряженности магнитного поля Н

4) эффективного значения напряженности магнитного поля Н\

5) угла потерь в стали;

6) на основе измерений, указанных в п. 2, 3, 5, возможно вы­числение значений комплексной магнитной проницаемости, ком­плексного магнитного сопротивления и их активных и реактивных составляющих.

Раскрой листов

Нормальные листы электротехнической стали имеют размеры 750 X 1500 мм. При раскрое листа на отдельные полосы необходимо разрезать их по ширине на 1,4—1,6 мм больше размера готовой пластины. Полосы разрезают на гильотинных или многороликовых ножницах. Точность и производительность гильотинных ножниц значительно ниже, чем многороликовых, на которых лист разрезается за один проход на нужное число полос. На рис. 47 изображена схема многороликовых ножниц. Необходимо все листы разрезать в одном направлении вдоль проката, что уменьшает коробление полос, улучшает условия штамповки, а также обеспечивает опре­деленное расположение пластин в пакетах (это очень важно, так как магнитная проводимость вдоль и поперек проката разная).

Штамповка пластин

Штамповка пластин осуществляется на эксцентриковых прессах в штампах совмещенного действия, обеспечивающих за один ход ползуна пресса окончательную вырубку пластин высокой точности. Пластины должны иметь высокую точность по шагу пазов, так как даже незначительная величина этой погрешности приводит к умень­шению сечения паза и затрудняет укладку обмотки в пазы. Штам­повка должна производиться только острыми штампами, что обе­спечивает получение незначительных заусенцев. Величина зау­сенцев на пластинах зависит также от колебания толщины мате-

Риала, зазора между пуансоном и матрицей, точности установки штампа и др. Наличие заусенцев на пластинах обычно приводит к уменьшению количества пластин в пакете, увеличению потерь на вихревые токи из-за замыкания пластин заусенцами, а заусенцы, образуемые по контуру пазов, вызывают повреждение пазовой изо­ляции в процессе укладки обмотки в пазы.

Статорные и роторные штампы совмещенного действия сложны по конструкции и трудоемки в изготовлении. Их преимуществами являются высокая производительность, а также точность размеров штампуемых изделий и строгая концентричность их наружного и внутреннего контуров. При особо тщательном изготовлении штам­пов можно получать размеры деталей 2-го класса точности. Пуан­соны и матрицы штампов совмещенного действия изготовляются из стали Х12 или Х12М; при отсутствии их допускается применение заменителей 5ХВС, ХГ или 9ХВГ. При качественном изготовлении штампов и правильной их эксплуатации они дают 500—800 тыс. вырубок с переточкой после 8—10 тыс. вырубок.

Конструкции штампов для статорных и роторных пластин гиро­моторов аналогичны конструкциям штампов для статорных и ро­торных пластин малогабаритных электродвигателей.

Остановимся на опыте эксплуатации аналогичных штампов, изготовленных из твердых сплавов, позволяющих делать до 100 млн. вырубок при средней производительности на одну заточку в 2 млн.

На заводе Могельнице в Чехословакии. Твердосплавные штампы в сравнении со штампами из легированных сталей, как видно из приведенных цифр, отличаются высокой стойкостью и вырубают пластины почти без заусенцев.

Для изготовления вырубных штампов применяют наиболее вязкие виды твердых сплавов, в состав которых входит 85% кар­бида вольфрама и 15% кобальта или 80% карбида вольфрама и 20% кобальта. Конструктивно эти штампы мало отличаются от обычных. В твердосплавных штампах высокой стойкостью должны обладать все детали, которые подвергаются износу при эксплуата­ции. Зазор между пуансоном и матрицей в этих штампах берется несколько большим, чем у стальных; его подбирают в зависимости от твердости штампуемого материала в пределах от 10 до 14% его толщины. Заготовки деталей штампов — пуансоны и матрицы — изготовляются с припусками на обработку. Величина припусков колеблется от 0,3 до 1 мм. Обработку до конечных размеров произ­водят электроэрозионным способом и шлифованием карборундовыми кругами или кругами с алмазной крошкой. На этом заводе изго­товлен сложный пятипозиционный штамп для пластин статора и ротора небольшого коллекторного электродвигателя, чертеж ко­торого приведен на рис. 48, а. На рис. 48, б показана штамповка, полученная на этом штампе. Штамп предназначен для работы на обычном прессе, причем на нем следует применять автоматическое пневматическое устройство для подачи штампуемых лент. Подающее устройство устанавливают на штампе. Для захвата материала слу­жат два рычага, снабженных на рабочих концах пальцами, имею­щими цилиндрическую поверхность и несколько срезанные края. При поступательном движении материала пальцы западают в спе­циальные отверстия, а при обратном движении надвигаются на ленту. Обратное движение происходит при верхнем ходе пол­зуна пресса. Рычаги укреплены на валиках, соединенных с поршне-

■ выми штоками воздушных цилиндров. Для подъема подаваемых лент на валике имеется дополнительный рычаг с рабочим концом, направленным к наружной стороне штампа. Перед началом верх­него хода ползуна пресса к концу рычага прижимается планка,

■ закрепленная на верхней стороне штампа, поворачивающая ва­лик таким образом, что пальцы подающих рычагов приподнимаются над штампуемой лентой. Валик с поршневыми штоками соединен

- при помощи поворотного шарнира. После надвигания пальцев на ленту задвижка переключает сжатый воздух для выполнения обрат­ного движения поршня, а вместе с тем и всей подающей системы. Подающее устройство работает надежно при 110 ходах в минуту, чем достигается высокая производительность.

Несмотря на ряд трудностей при изготовлении твердосплавных штампов, примеры стойкости, приведенные выше, указывают на большую экономическую выгоду, получаемую при внедрении их для штамповки статорных и роторных пластин гиромоторов и дру­гих электрических машин.

Снятие заусенцев

После штамповки пластин статорного и роторного железа с них, как правило, снимают заусенцы. Существует несколько спо­собов снятия заусенцев, но са­мым распространенным из них является снятие на специальных станках абразивными кругами. Наиболее удачной конструкцией из этих станков считается кон­струкция, схема которой изоб­ражена на рис. 49. Станок со­стоит из укрепленного в шпин­деле передвигающегося верти­кально при помощи ходового винта абразивного круга 3, опорного стола 4 и бесконечной ленты 2, которая подает пластины 1, уложенные на нее вверх заусенцами, под абразивный круг. В связи с большим количе-

Ством образующейся металлической и абразивной пыли станки оборудуются вытяжными устройствами.

Фирма «Сперри» для снятия заусенцев применяет специальные
настольные станки (рис. 50). Станок состоит из двух ведущих шпин­делей, приводимых от одного электродвигателя. На шпинделях насажены ведущие шкивы. На некотором расстоянии расположены холостые шкивы такого же диаметра. На верхние шкивы наде­вается бесконечная лента с нанесенным абразивным слоем. На нижние шкивы надевается бесконечный кожаный ремень. При ра­боте шкивы вращаются в разные стороны, двигая ремни в разных направлениях. Так, например, абразивный ремень движется на рабочего, а кожаный нижний — от рабочего. Пластины уклады­ваются на нижнюю ленту; когда они проходят между лентами, с них снимаются заусенцы. Далее пластины движутся по наклонному столу и укладываются на стержни. Рабочий может наблюдать ук­ладку железа на стержни в зеркало, установленное наклонно к столу. Характерно, что пластины, надетые после штамповки на стержни, в таком виде транспортируются на все операции до самой сборки.

Отжиг пластин

При резке полос на ножницах и штамповке, в них по периметру и во всей массе металла возникают внутренние напряжения (упроч­нение), ухудшающие магнитные свойства и увеличивающие гисте - резисные потери. Упрочнение с резким ухудшением магнитных свойств и уве­личением гистерезисных потерь распро­страняется по периметру штамповки на расстоянии 0,5—1 мм. Упрочнение и внутренние напряжения в металле обыч­но снимаются отжигом.

Отжиг статорных и роторных пла­стин гиромоторов производят в электри­ческих печах. Роторные пластины от­жигаются после лакового покрытия, что обеспечивает отсутствие выгорани-я ла­кового покрытия при заливке коротко - замкнутой обмотки. Отжиг роторных пластин производится в железных ящи­ках при температуре 500—550°, в тече­ние 1—1,5 часа с доступом воздуха. Та­кой отжиг хотя и не обеспечивает полностью восстановления маг­нитных свойств упрочненного периметра пластин, но происходит при температуре, при которой окончательно выгорают летучие веще­ства изоляционного лака. Сохранение их приводит к тому, что при заливке короткозамкнутой обмотки летучие вещества, испаряясь, образуют газовые раковины в обмотке, что вызывает брак роторов гиромоторов. На отожженных пластинах пленка должна быть бле­стящего, ровного черно-коричневого цвета и при перегибе пластины не должна отскакивать. Отжиг статорных пластин, подобранных И связанных пакетами, производится в закрытых железных ящиках
(рис. 51). Пакеты сверху покрывают слоем асбеста, затем посыпают стружкой из серого чугуна. Ящики, замазанные огнеупорной гли­ной, загружают в печь при температуре 350—400°. Температуру печи повышают до 850° и при этой температуре ящики выдерживают в течение 3 час. Ящики охлаждают вместе с печью до 200°, а затем на воздухе.

Такой отжиг без доступа воздуха обеспечивает получение пла­стин с хорошими магнитными свойствами и с очень незначительной окалиной.

Изолирование пластин

Статорные пластины после отжига, а роторные до отжига, как было сказано выше, покрывают изоляционным лаком, создающим на пластине хорошую изоляционную поверхностную пленку. Перед лаковым покрытием поверхность пластин должна быть чистой,

Без масляных пятен и не иметь следов коррозии, к которым лак плохо пристает. Для этой цели пластины после отжига обезжири­вают промывкой в бензине или любым другим способом, обеспечи­вающим соответствующую чистоту.

Статорные и роторные пластины покрывают бакелитовым ла­ком или глифталемасляным лаком № 1154 на специальных агрега­тах (рис. 52). Агрегат состоит из лакировального аппарата 1, пла­стинчатого транспортера 2, двух камер с лампами инфракрасного излучения 3, двух камер с электронагревателями 4 и 5 и двух эле­ктровентиляторов 6.

Лакировальный аппарат (рис. 53) имеет четыре валика, при­водимых во вращение от электродвигателя через передаточный ме­ханизм. Два нижних стальных валика 1 частично погружены в ба­келитовый лак и при вращении подают его на верхние, покрытые резиной валики 2. Бакелитовый лак вязкостью 25—30 сек. по во­ронке НИИЛК № 7 поступает в корпус 3 аппарата самотеком из ре­зервуара 4. Лакируемые пластины опускаются в щель крышки корпуса, проходят между вращающимися, покрытыми резиной валиками и по наклонному лотку попадают на металлический пла­стинчатый транспортер.

Толщина наносимой пленки регулируется зазором между по­крытыми резиной валиками при помощи регулировочных винтов 5 и в среднем колеблется от 0,01 до 0,015 мм.

Транспортировочная лента подает пластины в первую камеру с лампами инфракрасного излучения мощностью 500 вт, которые

Расположены сверху и снизу ленты. Здесь происходит интенсивное испарение растворителя из лаковой пленки при температуре 100—110°.

Во второй камере инфракрасного облучения продолжается процесс удаления растворителя из пленки, причем режим сушки такой же, как в первой камере. Далее пластины поступают в первую камеру с электронагревателями 4 (рис. 52), где температура дости­гает 400—450°. Здесь лаковая пленка доходит до стадии В, т. е. теряет способность растворяться в органических растворителях.

Во второй камере с электронагревателями 5 температура равра 650—700°. В этой камере лаковая пленка приобретает качества, соответствующие стадии С, т. е. полной полимеризации. Цвет пленки становится коричневым. Покрытые пластины с транспортера соби­рают в железные ящики.

Последнее время широко применяются агрегаты, у которых нагрев и доведение лаковой пленки на пластинах производятся индукционным методом. Схема такого агрегата дана на рис. 54.

Агрегат состоит, как и описанный выше, из лакировального аппарата такой же конструкции и двух пластинчатых транспорте­ров, движущихся в противоположных направлениях. Верхние пластины транспортеров проходят в металлических, сваренных из листовой стали коробах. Сверху коробы изолированы листовым асбестом, на который непосредственно намотан медный изолирован-

Ный провод. Нагрев пластин на транспортере происходит за счет того, что проходящий переменный ток по обмотке, располо­женной на металлических коробах, создает магнитное поле, изме­няющее свою полярность с частотой подводящего напряжения. Частота обычно берется 50 гц. Во время перемагничивания про­исходят большие потери от вихревых токов и гистерезиса, которые и нагревают всю металлическую систему транспортера, в том числе и пластины, находящиеся на транспортере. Пластины, прошедшие всю длину верхнего транспортера, подаются на такой же нижний и двигаются в обратном направлении, продолжая нагреваться. При прохождении покрытой лаком пластины по верхней и нижней частям транспортера бакелитовый лак сначала теряет летучие рас­творители, а затем проходит постепенно все стадии до полной полимеризации. Такая установка является более экономичной вследствие того, что тепло, находящееся в коробах, имеет неболь­шие потери, и того, что нагревательный элемент изготовляется из медного провода и не нагревается выше температуры нагрева на­ружной поверхности короба. Температура внутри короба достигает не более 250°.

Пластины, покрытые лаковой пленкой на агрегатах, дают коэффициент заполнения 0,93—0,96. Лаковая пленка получается эластичной, негигроскопичной, обладает достаточной механической прочностью, достаточными изоляционными свойствами и защищает пластины от коррозии.

Паротермическое оксидирование пластин

В ряде случаев пластины пакетов статоров и роторов после обмотки подвергаются вакуумной пропитке изоляционными ла­ками. Изоляционный лак, проникая между пластинами, создает дополнительную изоляцию. Для снижения трудоемкости и экономии изоляционных лаков применяют паротермическое оксидирование пластин.

Паротермическое оксидирование при нагреве пластин из электро­технической стали в контейнере в атмосфере смеси водяного пара с воздухом при температуре 500—550° позволяет получить на по­верхности пластины оксидное покрытие, обеспечивающее антикор­розионное и изоляционное предохранение пластин в собранных пакетах при эксплуатации.

Пластины, подвергающиеся паротермическому оксидированию, должны быть чистыми, без заусенцев, химически обезжиренными и не иметь на поверхности окалины и следов коррозии. При нали­чии окалины и коррозии, превышающей 5% общей площади поверх­ности пластины, они подвергаются травлению в серной или соля­ной кислоте с ингибиторами или в фосфорной кислоте с последую­щей нейтрализацией и сушкой.

Паротермическое оксидирование пластин производят на спе­циальной установке (рис. 55) следующим образом. Подготовленные пластины собирают в пакетики, связывают стальной проволокой и загружают в специальный контейнер 1, изготовленный из нержа­веющей стали и вмонтированный в термическую печь. После за­грузки контейнер закрывают плотно крышкой, затягивая послед­нюю болтами. В отверстие дверцы крышки 2 вставляют термопару и включают нагрев печи и самопишущие приборы. После нагрева печи с контейнером и пластинами до температуры 500—550° пла­стины выдерживают при этой температуре в течение 1 часа. Пластины из трансформаторной стали Э42 выдерживают при тем­пературе 750 ± 30° в течение 2 час. и затем охлаждают до темпе­ратуры 550° перед пуском пара в контейнер.

В паропроводе 3 поднимают давление пара до 3—5 атм, закры­вают вентиль 4 и продувают пар сначала на выход, открывая для этого вентиль 5. Затем закрывают вентили 8 и 5 и продувают пар через отстойник 6, открыв для этого вентили 7 и 4. Закрыв вентиль 7, продувают пар через паропровод, открыв вентили 8 и 9\ затем закры­вают вентиль 9 и открывают вентили 10 и И, тем самым пропуская пар в контейнер и производя оксидирование пластин. Пар в контей­нер подается под давлением в 3—5 атм в течение 2,5 часа для ди­намной стали и 3—3,5 часа—для трансформаторной; необходимо следить за выходом пара из паропровода во избежание перекрытия и конденсации пара. Давление пара на выходе должно быть не менее 0,2—0,3 атм. Температура печи с контейнером должна все время поддерживаться в пределах 500—550°.

По истечении времени, необходимого для оксидирования, за­крывают вентили 4, 8, 10 и 11, выключают нагрев печи и дают ей

Охладиться вместе с контейнером до температуры 200°. Затем вы­нимают термопару, отключают самопишущие приборы, открывают дверцу печи, крышку контейнера, выгружают из него пакеты и укладывают их в тару, в которой пластины поступают на контроль, а затем на сборку пакетов статоров и роторов. Температура нагрева и охлаждения контролируется по записям самопишущих приборов. Оксидное покрытие должно представлять плотный сплошной слой сизо-синего цвета по всей поверхности пластин. На пластинах не должно быть непокрытых мест, пор и трещин; контроль этих де­фектов производится погружением пластин, взятых на выбор, в свежеприготовленный 3%-ный раствор медного купороса на 30 сек. При наличии более трех красных точек меди на 1 см2 поверх­ности пластины производятся повторные испытания удвоенного количества пластин. Оксидное покрытие должно иметь сопротивле­ние изоляции не менее 5 ом при проверке электродом площадью 7 мм2 в разных пластинах и не должно отслаиваться при изгибе пластины на 90° вокруг оправки диаметром 20 мм.

Если требования к качеству оксидного покрытия при повтор­ных испытаниях пластины не удовлетворяются, пластины этой партии бракуются и возвращаются на повторное паротермическое оксидирование.

Сборка пакетов

Пакеты роторов собирают по количеству пластин из пластин, отожженных после лакировки или оксидирования, связывают про­волокой и в таком виде направляют на заливку короткозамкнутой

Обмотки. Перед заливкой пластины набирают в специальные сбор­ники с фиксацией по пазам, опрессовывают по толщине с опреде­ленным допуском и вставляют в форму центробежного литья, как описано в гл. 2.

Сборка пакетов роторов с косыми пазами фирмой «Сперри» производится на специальных оправках (рис. 56). Рабочий по ка­либру подбирает требуемое число пластин на гладкую оправку и продвигает их на себя, перемещая с гладкой на спиральную оправку. Спиральная оправка гладким хвостовиком вставляется плотно в отверстие гладкой оправки, на которой первоначально на­ходятся подготовленные пластины. При передвижении отделенного калибром необходимого количества пластин с гладкой оправки на спиральную пластины получают необходимый скос по заданной спирали, скользя своими пазами по ножам спиральной оправки, толщина которых соответствует толщине прорези пластин. Спираль­
ная оправка с набранным таким образом пакетом вынимается из отверстия гладкой оправки; на гидравлическом прессе пакет опрес - совывается до необходимого размера. Затем спиральная оправка выталкивается из пакета железа и в его отверстие запрессовывается цилиндрическая оправка, на которой и происходит заливка пакета. После предварительной механической обработки короткозамкнутой обмотки оправка из пакета удаляется.

Статорные пластины после изолирования лаком или оксидиро­вания подбирают в пакеты по счету или весу и связывают прово­локой. Пакеты статоров гиромоторов обычно собирают на специаль­ной втулке, которая крепится в крышке или напрессовывается на втулку крышки, как показано в гл. 1. При сборке пакета статор­ная втулка устанавливается в приспособление, смазывается бакели­товым лаком, на нее надевается крайняя торцовая пластина и затем напрессовывается весь пакет с верхней торцовой пластиной. Торцо­вые пластины берут толщиной от 0,8 до 1 мм в зависимости от диа­метра и толщины пакета. Пакет, напрессованный на втулку, обжи­мают на гидравлическом прессе, с необходимым давлением до тре­буемого размера; не снимая давления, втулку развальцовывают, чем и скрепляется пакет.