Технические требования к пластинам
В зависимости от конструкции магнитопровода пластины электротехнической стали изготовляют с отверстиями, если стержни и ярма прессуются горизонтальными шпильками, или без отверстий, если прессовка выполняется стальными бандажами (полубандажами) или бандажами из стеклоленты.
В любом случае для качественной сборки магнитопровода его пластины нужно изготовлять с выполнением определенных технических требований.
Во-первых, пластины не должны иметь волнистости и коробоватости, большей, чем это допустимо по ГОСТ 21427.1—75. Коробоватость стали искажает размеры пластин при изготовлении и не позволяет собрать магнитопровод правильной формы и сечения. Волнистость листов делает стержни и ярма криволинейными, волнистыми и ухудшает условия прессовки.
Во-вторых, кромки пластин должны обладать определенной чистотой. Дело в том, что при изготовлении пластин, особенно при затупившейся режущей части или плохо отлаженных штампах, на кромках образуются заусенцы, размеры которых часто превышают допустимые. Заусенцы, перекрывая листы или нарушая изоляцию соседней пластины, образуют контуры для протекания вихревых токов, которые могут вызвать значительные местные нагревы при работе трансформатора («пожар» в стали), а также дополнительно увеличивают потери в магнитопроводе. Для снятия или уменьшения заусенцев (допустимый размер — 0,005 мм для стали 0,35 мм и 0,007 мм — для стали 0,5 мм) пластины приходится пропускать через специальные закатные валки или обрабатывать на шлифовальных станках.
В-третьих, пластины должны иметь форму и размеры с минимальными отклонениями по длине и ширине. Допускаемое отклонение по длине составляет для пластин до 400 мм — 0,4 мм, для пластин 400—800 мм — 0,5 мм. По ширине такие отклонения не должны превосходить +0,5 мм для ширины пластин до 400 мм и +0,6 мм — для пластин большей ширины. Жесткие допуски на размеры должны исключить образование зазоров или перекрытий (налезаний) пластин друг на друга при сборке магнитопровода.
Наконец, пластины стали должны иметь надежную межлистовую изоляцию. Рулонная сталь выпускается промышленностью уже с жаростойким изоляционным покрытием, и изготовленные из этой стали пластины трансформаторов I—III габаритов, как правило, не требуют дополнительной изоляции. При отсутствии такого покрытия (листовая сталь) или при использовании стали для трансформаторов большей мощности пластины магнитопроводов должны быть дополнительно изолированы лаком, жидким стеклом, керамическим покрытием или другим способом. Особые требования предъявляются к обращению с пластинами: при изготовлении, разгрузке, раскладе пластины недопустимо бросать, перегибать или ломать; их нельзя укладывать в стопы высотой более 200 мм; недопустима установка каких-либо грузов на пластины, в том числе и контейнеров со сталью.
Изготовление пластин из рулонной стали
Технология изготовления пластин из рулонной стали разделяется на два основных процесса:
1) продольная резка рулонов, поставляемых с металлургических заводов, на отдельные рулоны шириной, равной ширине пластин;
2) поперечная резка каждого раскроенного рулона на пластины указанной в чертежах длины и штамповка отверстий (если они предусмотрены конструкцией магнитопровода).
Рулоны стали, получаемые с заводов, нередко имеют поврежденные кромки шириной 3—10 мм, которые должны быть обязательно обрезаны. При продольном разрезе подбирают (с учетом обрезанных кромок) такое сочетание ширины пластин, при котором отходы были бы минимальными, а коэффициент использования рулонной стали — наибольшим. При оптимальном раскрое рулона коэффициент использования достигает 0,93.
Резка стали на рулоны требуемой ширины производится многодисковыми ножницами на поточных линиях продольного раскроя, которыми в настоящее время оснащено большинство отечественных трансформаторных заводов. Качество реза и ширина разрезаемых полос зависят от качества и заточки режущих дисков, их настройки и точной установки. Боковой зазор между ножами — дисками — настраивают с помощью калиброванных распорных (дистанционных) втулок и тонких пластмассовых прокладок. Скорости резания на линиях продольной резки достигают 60—80 м/мин и более.
Резка пластин заданной длины из ленты рулона шириной, равной ширине пластины, производится на автоматических линиях поперечного раскроя. Штамповка отверстий и высечка пазов (при необходимости) могут осуществляться одновременно с разрезкой ленты. Для поперечного раскроя стальную ленту из рулона, закрепленного на разматывателе, специальным устройством подают под отрезные и вырубные штампы, где отрезают пластину и, если это необходимо, пробивают в ней отверстия. Подачу производят на длину, равную заданной длине пластины.
Поперечная резка пластин на автоматических линиях производится автономными гильотинными ножницами. Резка косоугольных пластин осуществляется с помощью поворотных гильотинных ножниц. Универсальные беспрессовые линии (т. е. линии только для резки) обычно совмещают поперечную резку пластин прямоугольной формы и пластин с косыми торцами. После отрезки пластины укладывают в ровную стопу специальными стопоукладчиками и размещают для хранения в многоярусном накопителе. Аккуратные укладка, хранение и перевозка имеют большое значение для надлежащего качества пластин трансформаторной стали.
Изготовление пластин из листовой стали
Известно, что холоднокатаная электротехническая сталь обладает резко выраженной анизотропией, т. е. она неодинаково намагничивается относительно направления прокатки: наилучшее намагничивание происходит по направлению прокатки, наихудшее — под углом в 55° к прокатке.
При раскрое рулонной стали длина пластин всегда совпадает с направлением прокатки — это получается уже при резке рулона на отдельные части, ширина которых соответствует ширинам пластин.
Другое дело — листовая сталь: раскрой листов должен выполняться с минимальными отходами, и с учетом не только размеров пластин, но обязательно — направления прокатки. Для этого на каждый тип магнитопровода, собираемого из пластин листовой стали, составляют схему, последовательность и порядок раскроя заготовок. Однако даже при самом тщательном раскрое использовать полностью листовую сталь не удается: коэффициент ее использования редко превышает 0,85.
Листовая электротехническая сталь раскраивается, как правило, на гильотинных ножницах, имеющих по два ножа: нижний — неподвижный и верхний — подвижный. Лист стали вручную подкладывают (до упора) под кромки ножниц и специальным устройством прижимают к столу, предохраняя таким образом лист от горизонтального перемещения и искривленного разреза. Ножницы включаются в работу ножной педалью.
Для получения прямого угла у листа отрезают вначале кромки шириной 5—10 мм, а затем разрезают его на пластины заданной ширины. Основным недостатком гильотинных ножниц является их низкая производительность.
Обрезку пластин по длине и штамповку отверстий выполняют на кривошипных или эксцентриковых прессах. Размеры отштампованных пластин проверяют на контрольном столе: прямой угол — угольником, а ширину и длину — линейкой.
Для получения пластин с малыми (в пределах допуска) заусенцами необходимо постоянно поддерживать в хорошем состояния режущий инструмент (ножницы матрицы, пуансоны), периодически его затачивать и точно соблюдать технологические процессы.
Отжиг пластин
В процессе продольного и поперечного раскроя, штамповки электротехническая сталь подвергается ударам и перегибам, в результате чего в ней возникают механические повреждения (наклеп), повышается твердость, значительно увеличиваются потери в стали и ток холостого хода.
Для снятия напряжения и восстановления начальных электромагнитных характеристик пластины магнитопровода подвергают отжигу. Установлено, что отжиг пластин из стали марки 3413 (Э-330) по ГОСТ 21427.0—75 снижает потери до 8%, а ток холостого хода на 25—30% по сравнению с трансформаторами, изготовленными из неотожженной стали.
Отжиг пластин производят в специальных печах путем постепенного повышения температуры печи до 800—820° С, выдерживания стали при этой температуре, а затем ее медленного охлаждения. Для этой цели используют печи разных конструкций, но наиболее производительной является отжиговая рольганговая печь непрерывного действия. Она состоит из следующих основных элементов: загрузочного стола для приемки и транспортировки пластин к камерам нагрева, собственно камеры нагрева с электрическими нагревателями и камеры охлаждения с водоохлаждаемыми и вентиляторными установками. Где это возможно, отжиговые печи ставят в одну линию с лакировальными машинами для изолировки пластин, если в этом есть необходимость.