机械剪切和激光剪切变压器铁心用硅钢的影响研究
电机用硅钢片研究报告
电机用硅钢片研究报告电机用硅钢片是制造电机中的重要材料，其质量和性能直接影响到电机的效率和使用寿命。
本研究通过对硅钢片的材料成分、磁性能、加工工艺等方面进行分析和研究，探讨了提高硅钢片质量和性能的方法和途径，为电机制造业的发展提供了技术支持和借鉴。
一、硅钢片的材料成分分析硅钢片是由硅钢板冷轧而成的薄板材料，其主要成分为铁和硅。
硅钢片的硅含量一般在2%~4.5%之间，硅的含量越高，磁导率越大，磁能损耗越小。
硅钢片中还含有少量的碳、锰、硫等元素，这些元素的含量对硅钢片的性能也有一定的影响。
二、硅钢片的磁性能分析硅钢片是电机中的重要磁性材料，其磁性能直接影响到电机的效率和使用寿命。
硅钢片的磁性能主要包括磁导率、磁饱和磁感应强度、磁能损耗等指标。
磁导率是指材料在磁场中的导磁性能，磁导率越大，材料的磁性能越好。
硅钢片的磁导率一般在1.6T~2.2T 之间。
磁饱和磁感应强度是指材料在磁场中的饱和磁感应强度，磁饱和磁感应强度越大，材料的磁性能越好。
硅钢片的磁饱和磁感应强度一般在2.0T~2.1T之间。
磁能损耗是指材料在磁场中产生的能量损耗，磁能损耗越小，材料的磁性能越好。
硅钢片的磁能损耗一般在1.5W/kg~4.0W/kg之间。
三、硅钢片的加工工艺分析硅钢片的加工工艺对其质量和性能有着重要的影响。
硅钢片的加工工艺主要包括钢板的清洗、切割、冷轧、退火等过程。
钢板的清洗是为了去除表面的油污和氧化物，保证钢板的表面光洁度和质量。
钢板的切割是为了将大块的钢板切成所需的尺寸。
冷轧是将切割好的钢板通过辊轧机进行轧制，使其成为薄板材料。
退火是将轧制好的硅钢片在高温下进行加热处理，使其达到一定的软化程度，提高其磁导率和磁性能。
四、提高硅钢片质量和性能的方法和途径1. 优化硅钢片的材料成分，提高硅含量，降低杂质含量，提高硅钢片的磁导率和磁性能。
2. 优化硅钢片的加工工艺，采用先进的清洗、切割、冷轧、退火等工艺，保证硅钢片的表面光洁度和质量，提高其磁导率和磁性能。
硅钢卷研究报告
硅钢卷研究报告硅钢卷研究报告硅钢卷是一种压制加工成扁平形的合金钢材料，因为其在制造电动机、变压器和发电设备时有着显著的电磁学性质优势而被广泛应用。
本报告旨在介绍硅钢卷的相关研究进展，探讨其市场需求和发展前景。
一、硅钢卷的成分与制造工艺硅钢卷由硅、钢和微量的钼、铜、钴、锰等金属元素组成，其特殊的电学性质源自于硅的添加。
硅钢卷有优异的低磁滞、低铁损等性能，能够提高电机的能效比和稳定性，成为电机、变压器和发电设备等电器行业的不可缺少的核心材料。
硅钢卷的制造工艺主要包括原材料选料、钢板冷轧和退火处理三个环节。
原料的选择要求含硅量大于2%，钢板的制作要求材料精度高、表面光滑且不存在明显的机械加工痕迹。
钢板经过冷轧变形后，需要通过定向退火获得良好的晶体定向性和低磁滞性。
掌握好制造工艺是保证硅钢卷品质的关键要素。
二、硅钢卷的市场需求硅钢卷由于在电器行业的重要性与特殊性，市场需求量稳步增长。
据不完全统计，目前全球硅钢卷年需求量超过2500万吨，其中近八成用于制造电动机和变压器等设备，中国市场占全球25%以上，因此中国的硅钢卷产业发展也更受到国际市场和国家政策的关注。
三、硅钢卷的发展前景硅钢卷的发展前景十分广阔，在保证品质的基础上，增大规模、提高产能、改善材料性能等措施，将会为硅钢卷的市场前景带来更加广阔的空间。
根据《中共中央国务院关于推进机器人产业发展的指导意见》，未来中国将大力发展新一代信息技术、智能制造、物联网等前沿技术，硅钢卷是支持这些行业发展所必须的标配材料，也将受益于这些行业的发展。
同时，新能源汽车市场的崛起，也将给硅钢卷行业的发展带来潜在支持。
综上所述，硅钢卷是电器制造和新材料制造行业领域的核心材料之一，其需求量和市场前景丰富，对于硅钢卷工业的发展更需要加大研究力度，努力提高生产效能、成本效益等方面，以满足市场需求并创造更多社会价值。
电工用硅(铝)钢的性能分析及应用研究
电工用硅（铝）钢的性能分析及应用研究1. 引言电工用硅（铝）钢是一种重要的电工材料，广泛应用于电机、变压器、发电机等领域。
本文将对电工用硅（铝）钢的性能进行分析，并探讨其在各个应用领域中的研究进展。
2. 电工用硅（铝）钢的基本性能电工用硅（铝）钢具有很高的磁导率，低磁滞损耗和低铁损耗等优点，使其成为理想的电工材料。
其主要性能包括磁导率、饱和磁感应强度、磁滞损耗、铁损耗、热稳定性等。
2.1 磁导率电工用硅（铝）钢的磁导率是衡量材料导磁性能的重要指标。
磁导率越高，表示材料导磁性能越好，能更好地集中磁力线。
硅钢的磁导率在1.5T左右，铝硅钢的磁导率更高。
2.2 饱和磁感应强度饱和磁感应强度指的是材料在磁场作用下，磁感应强度达到最大值时所受到的磁场强度。
电工用硅（铝）钢的饱和磁感应强度较高，能够承受较大的磁场作用而不易磁饱和。
2.3 磁滞损耗磁滞损耗是指材料在交变磁场作用下，由于磁化逆转，材料内部发生的涡流和磁滞耗散的能量损耗。
电工用硅（铝）钢具有较低的磁滞损耗，能够减小磁场对材料的能量损耗。
2.4 铁损耗铁损耗是指材料在交变磁场作用下，由于涡流耗散和磁滞损耗而引起的能量损耗。
电工用硅（铝）钢具有较低的铁损耗，通过合理设计和制造，可以减小电机、变压器等设备的能量消耗。
2.5 热稳定性电工用硅（铝）钢在工作温度范围内具有较好的热稳定性，能够承受较高的工作温度而不易发生热变形或失去其导磁性能。
3. 电工用硅（铝）钢在电机中的应用研究电机是电工用硅（铝）钢的主要应用领域之一。
电机的效率和性能直接受制于材料的导磁性能、电阻率和热稳定性。
通过研究电工用硅（铝）钢的性能，并结合电机设计和制造过程中的要求，可以进一步优化电机的性能。
4. 电工用硅（铝）钢在变压器中的应用研究变压器也是电工用硅（铝）钢的重要应用领域之一。
变压器的效率和能量传输能力受制于材料的导磁性能、磁滞损耗和铁损耗。
通过研究电工用硅（铝）钢的性能，并结合变压器设计和制造过程中的要求，可以提高变压器的效率和性能。
电工用硅(铝)钢的铁磁特性研究
电工用硅（铝）钢的铁磁特性研究介绍电工用硅（铝）钢是一种常用的磁性材料，广泛应用于电力变压器、电机和发电机等电气设备中。
硅（铝）钢的磁性能对电气设备的效率和工作性能至关重要。
本文将探讨电工用硅（铝）钢的铁磁特性研究，包括其磁滞回线、磁导率、磁化曲线和磁化损耗等方面。
1. 硅（铝）钢的磁滞性能电工用硅（铝）钢的磁滞性能是指其在外加磁场作用下的磁通密度随时间变化的关系。
磁滞性能越好，电气设备的能量损耗就越低。
为了提高硅（铝）钢的磁滞性能，可以通过合理设计材料的晶粒结构以及加工工艺来控制材料的磁滞性能。
2. 硅（铝）钢的磁导率磁导率是磁场强度和磁化强度之间的比值，反映了材料对磁场的响应能力。
硅（铝）钢的磁导率越高，代表着硅（铝）钢材料对磁场的感应能力越强。
磁导率的研究可以帮助优化电气设备的设计，提高设备的磁场利用效率。
3. 硅（铝）钢的磁化曲线磁化曲线是指材料在外加磁场作用下磁化强度随磁场强度变化的关系。
通过研究硅（铝）钢的磁化曲线，可以了解材料的饱和磁化强度和剩余磁化强度等参数，从而确定电机和发电机等电气设备的最佳工作条件。
4. 硅（铝）钢的磁化损耗磁化损耗是指材料在磁化过程中由于磁旋转和磁畴壁移动而产生的能量损耗。
磁化损耗的大小直接影响电气设备的能量损耗和工作效率。
研究硅（铝）钢的磁化损耗，可以通过合理的材料选择和加工工艺来降低设备的能量损耗。
总结电工用硅（铝）钢的铁磁特性研究在电气设备的设计和性能优化中起着重要的作用。
通过研究硅（铝）钢的磁滞回线、磁导率、磁化曲线和磁化损耗等方面，可以优化硅（铝）钢的磁性能，提高电气设备的效率和工作性能。
同时，值得注意的是电工用硅（铝）钢的铁磁特性研究需要在实验室或工厂进行严格的实验和测试。
通过实验获得的数据可以帮助研究人员深入了解硅（铝）钢的磁性能，并为电气设备的设计和制造提供依据。
未来，随着科学技术的不断发展，磁性材料的研究将迎来新的突破。
电工用硅（铝）钢的铁磁特性研究将继续为电力行业和工业制造领域的发展提供重要支持。
计及切割方式影响的电工钢片磁特性测量和模拟方法研究
计及切割方式影响的电工钢片磁特性测量和模拟方法研究电工钢片广泛应用于现代电机、变压器的铁心,其磁特性兼具磁滞、涡流、磁各向异性等特点,同时受到激励频率和加工工艺等影响。
电机、变压器铁心叠片常采用冲剪、线切割、激光切割等加工方式,这些加工方式会带来电工钢片磁性能的恶化。
优秀的电机设计和性能分析方法离不开精细的材料模型。
开发计及电工钢片切割方式影响的磁特性数学模型对准确预测电机性能具有重要的意义。
有关电工钢片切割边缘效应影响的研究在国外尚处于起步阶段,而在国内,就笔者目力所及,尚未见相关模型的研究报道。
本文基于实验室引进德国的单片一维磁特性测量系统,测量并分析了不同加工方式、切割条数下电工钢片磁特性的演变规律,推导了表征切割边缘效应的分层材料模型和渐变模型,并推导了模型参数的辨识方法。
具体工作内容有:首先,对待切割电工钢片进行退火处理以消除预加工过程中引入的机械应力和热应力,避免对后续实验结果造成干扰。
分别使用剪切、线切割和激光切割法对经退火处理的电工钢片进行切割并测量了不同切割条数和激励形式下的电工钢片磁特性的数据。
然后,分析了不同切边条数,频率,切割方式下,电工钢片的磁特性的演变规律。
详细讨论了不同切割情况和激励方式对电工钢片交流磁化曲线和损耗曲线的影响。
利用切割前后的磁特性测量数据(磁化曲线,铁耗曲线),推导了计及切割边缘效应的电工钢片分层材料模型,计算了不同切割方式下材料磁性能恶化区域的宽度。
基于不同切割边数的磁特性测量数据,推导了磁特性恶化区域范围内距离切割边缘不同位置磁导率的变化规律。
最后,为验证所提出的模型的合理性,通过有限元仿真分析了计及切割影响的三维单片测量器的磁场分布和损耗,并与实际测量结果进行了对比。
应用本文推导的分层模型,仿真了一台无刷直流电机的输出转矩并对比了计及切割边缘影响前后的性能分析结果的差异。
取向硅钢绝缘涂层结构及其对铁芯损耗的影响
取向硅钢绝缘涂层结构及其对铁芯损耗的影
响
取向硅钢绝缘涂层结构及其对铁芯损耗的影响
取向硅钢是一种在普通硅钢表面涂布一层绝缘涂料的特殊材料，
它的磁通方向可以被掌控，从而使其在磁特性方面有明显的优势。
而
铁芯损耗是电机和变压器中不可避免的损失，影响着设备的效率和使
用寿命。
因此，研究取向硅钢绝缘涂层结构对铁芯损耗的影响具有重
要意义。
取向硅钢的绝缘涂层可分为非扒氟聚合物、扒氟聚合物和磁性绝
缘漆三种类型。
研究表明，磁性绝缘漆结构更加紧密，涂层厚度较薄，耐高温性好，而且具有良好的导电性能和磁性能。
因此，在采用磁性
绝缘漆进行涂层时，铁芯损耗会有所降低，这种降低程度与涂层厚度
的控制有一定的相关性。
在其他因素相同的情况下，随着涂层厚度的增加，铁芯损耗逐渐
增加。
因此，在取向硅钢的生产中，要合理控制绝缘涂层的厚度，尽
量做到均匀涂布。
此外，还可以通过增加涂层中的填充物、调整涂布
速度等方式来降低铁芯损耗。
综合来看，取向硅钢绝缘涂层结构对铁芯损耗具有一定的影响，
选择合适的绝缘涂层材料和控制适当的涂层厚度都可以在一定程度上
减少铁芯损耗。
冷轧硅钢片研究报告
冷轧硅钢片研究报告随着工业化进程的加速，电力行业对于高效节能的需求越来越强烈。
而硅钢片作为电机、变压器等电力设备的核心材料，其性能对整个电力系统的质量和效率有着至关重要的影响。
因此，研究硅钢片的性能和制造工艺成为了电力领域的热点问题之一。
本文旨在对冷轧硅钢片的制造工艺、性能特点、应用领域等方面进行探讨和分析，为硅钢片的研究和应用提供参考。
一、制造工艺冷轧硅钢片是指将硅钢带经过冷轧压制后得到的薄板材料。
其制造工艺主要包括：原材料配料、熔炼、轧制、退火、表面处理等步骤。
1. 原材料配料硅钢片的主要成分是硅和铁，其中硅的含量在3%~5%之间。
此外，还需要添加少量的碳、锰、硫等元素。
这些元素的含量和比例对于硅钢片的性能有着重要的影响。
2. 熔炼将经过配料的原材料放入电炉中进行高温熔炼，使其达到液态状态。
在熔炼过程中，需要控制熔体的温度、化学成分和氧化物的含量，以保证熔体的质量。
3. 轧制将熔体浇铸成连续带状，在轧机上经过多次轧制，使其逐步拉长、变薄，最终得到硅钢带。
4. 退火硅钢带在轧制过程中会产生较大的残余应力和组织缺陷，为了消除这些缺陷，需要进行退火处理。
退火温度和时间的选择是关键，一般在800℃~1000℃之间，持续时间为2~4小时。
5. 表面处理硅钢片表面需要进行处理，以提高其表面光洁度和耐腐蚀性。
一般采用酸洗、磷化、涂油等方法进行表面处理。
二、性能特点冷轧硅钢片具有以下几个特点：1. 低损耗硅钢片的主要用途是制造电机、变压器等电力设备，其损耗率对于设备的效率和使用寿命有着重要的影响。
冷轧硅钢片具有低损耗的特点，能够有效地提高设备的效率和节能性能。
2. 高磁导率硅钢片的磁导率是其重要的性能指标之一，冷轧硅钢片具有较高的磁导率，能够提高电机、变压器等设备的磁场强度和功率密度。
3. 良好的加工性能冷轧硅钢片具有较好的加工性能，可以进行剪切、冲压、焊接等加工操作，方便制造各种形状和规格的电机、变压器等设备。
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Material Sciences 材料科学, 2020, 10(7), 548-554 Published Online July 2020 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/ms https://doi.org/10.12677/ms.2020.107066
文章引用: 丁超, 张鑫强, 胡卓超. 机械剪切和激光剪切变压器铁心用硅钢的影响研究[J]. 材料科学, 2020, 10(7): 548-554. DOI: 10.12677/ms.2020.107066
Effect on Magnetic Properties of Grain-Oriented Silicon Steel between Mechanical Shearing and Laser Shearing
Chao Ding, Xinqiang Zhang, Zhuochao Hu Research Institute Silicon Steel Research Institute, Baoshan Iron & Steel Co., Ltd., Shanghai
Received: Jun. 26th, 2020; accepted: Jul. 10th, 2020; published: Jul. 17th, 2020
Abstract In this paper, the changes of microstructure and property of grain-oriented silicon steel by me-chanical shearing and laser shearing are compared, and the differences of the two shear methods on magnetic properties are analyzed. The results show that the magnetic properties of laser shearing GO is slightly greater than that of mechanical shearing. However, after annealing, the properties of the silicon steel sheet processed by these two shearing methods tend to be the same. Laser shearing may be applied to produce the transformer core.
Keywords Grain-Oriented Silicon Steel, Mechanical Shearing, Laser Shearing, Magnetic Property
机械剪切和激光剪切变压器铁心用硅钢的影响研究
丁 超，张鑫强，胡卓超 宝山钢铁股份有限公司中央研究院硅钢研究所，上海
收稿日期：2020年6月26日；录用日期：2020年7月10日；发布日期：2020年7月17日
摘 要 本文对比研究了机械剪切和激光切割对变压器铁心用取向硅钢组织和性能变化情况，分析两种剪切方式丁超 等 DOI: 10.12677/ms.2020.107066 549 材料科学
对硅钢片磁性能的影响差异，探讨了激光切割硅钢片技术实现生产过程自动化可行性。研究结果表明，激光剪切磁性能劣化程度较机械剪切略大3%。但退火后，这两种剪切加工方式加工的硅钢片性能趋于一致。激光切割这种剪切方式可以应用于变压器铁心的加工。
关键词 铁心，剪切加工，激光切割，电磁性能
Copyright © 2020 by author(s) and Hans Publishers Inc. This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
1. 引言 变压器铁心空载性能的关键主要决定于取向硅钢硅钢材料性能和加工劣化，从而影响到变压器等产品的性能、体积、重量和各种材料的节约。 取向硅钢在加工成铁心的过程中必须经过纵剪分条，横剪成片的加工过程，目前变压器生产企业的硅钢片剪切方式主要为机械切断。针对叠铁心产品有纵剪和横剪；针对卷铁心产品有纵剪和变宽纵剪。硅钢片剪切通常需要达到下列几种要求：首先剪切过程中需要减少毛刺，因为在硅钢片上的产生的毛刺，一方面会造成叠片时片与片间搭接引起涡流损耗增加，另一方面降低了叠片系数；其次在剪切过程中需要减少硅钢片变形，否则产生内应力会导致磁畴结构被破坏，铁损增加[1] [2]；最后在剪切过程中还需要减少硅钢片边部涂层的损伤，避免影响铁心质量。硅钢片在剪切时，剪刃刃口部分会承受着冲击力、剪切力和弯曲力，以及来自于硅钢片摩擦力。而且对于取向硅钢，表面的玻璃膜底层硬度极大会进一步加强了剪刃的磨损。剪刃磨损后就必须进行修磨，否则会由于刀具间隙过大，硅钢片在剪切过程中产生微小的塑性变形，形成比较大的毛刺。剪刃的更换和修磨一方面带来生产成本的增加，另一方面也会影响生产效率。 作为一种新的剪切方式，激光切割利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射的材料迅速熔化、汽化、烧蚀或达到燃点，同时借助与光束同轴的高速气流吹除熔融物质，从而实现将工件切开。由于激光切割是一种非接触式的加工方式，不存在刀具磨损，也可以避免没有材料接触受力变形等问题。采用激光切割取向硅钢，不但可以提升生产效率，降低生产成本，易于实现生产过程自动化。而且还能满足硅钢片剪切工艺要求，比较好的控制剪切毛刺、弯曲变形和涂层的剥落。但由于硅钢片在激光切割过程中存在急速升温和急速降温的过程，会产生热应力，可能会影响硅钢片磁性能。 本文旨在对比分析机械剪切和激光切割两种剪切方式下取向硅钢的断面微观形貌变化和磁性能变化规律，为变压器厂现场选择剪切方式提供参考。 2. 实验方法和设备
本实验中机械切割和激光切割的材料为宝钢生产的同一钢卷取向硅钢成品，牌号为B23P085。实验用硅钢片的化学成分如表1所示。
Table 1. B23P085 chemical composition, % (mass percent) 表1. B23P085化学成分，% (此处为质量百分比)
C Si Mn P S B23P085 0.002 3.2 0.28 0.2 0.002 丁超 等 DOI: 10.12677/ms.2020.107066 550 材料科学
样品分别进行机械剪切和在激光线切割加工成24片尺寸为30 mm * 320 mm的爱泼斯坦样板。机械切割采用西安启源的纵剪分条设备ZJX(1005)-1250/120，对硅钢片进行分条。激光切割设备采用德国Trumpf Cell 3010 (L33)激光切割机，其采用TruFiber 400激光器，最大输出功率为400 W，波长为1050~1250 nm。经CNC控制焦点，最大切割速度可达：50 m/min，定位精度和重复定位精度在0.02 mm以下。为确保吹气的稳定性，高压气体先经一组气体过滤器及调压阀先行降压，进入吹气喷嘴前再经过一个有CNC程式控制的电控调压阀，使吹气与激光的输出达到同步。 将剪切好的爱泼斯坦样板在MTR-1322交流磁化特性检测设备上进行磁性能检测，测量样板在不同磁感下的磁性能；对磁性能检测后的爱泼斯坦样板在退火炉中以820℃ × 2 h，并且慢冷的工艺进行消除应力退火处理，充分释放残余应力；对退火后的样板再次进行磁性能检测。在试验过程中，取经过机械剪切和激光切割两种方式剪切的硅钢片，分别制成样品，在OLYMPUS-OLS4100型电子显微镜下和德国Brockhaus磁畴显微镜下分别对剪切断面微观形貌和边部磁畴进行观测。
3. 实验结果与分析 3.1. 断面微观形貌 将机械剪切和激光线切割后的材料断面制成小样，OLYMPUS-OLS4100型电子显微镜下对比观测剪切断面微观断面形貌，见图1。
Figure 1. Section morphology of mechanical cutting and laser cutting. (a) Mechanical cutting; (b) Laser cutting 图1. 机械剪切和激光切割断面形貌。(a) 机械剪切；(b) 激光切割
对于取向硅钢剪切而言，在剪切的断面处，不可避免存在因为涂层剥落而形成的白边区和由于材料分割形成的变形区。从微观形貌来看，机械剪切和激光切割对样板切口处的绝缘涂层均产生了一定的破坏。两者的白边区差异不明显，但激光剪切样板切口处变形区略宽。
3.2. 断面的变形区、白边区、毛刺对比分析
在OLYMPUS-OLS4100型电子显微镜下分别对机械剪切和激光切割后的样板的白边区、变形区进行了测量，同时使用螺旋测微器测量了毛刺高度，结果见图2。 从白边区尺寸对比来看，机械剪切对样板切口处的绝缘涂层的破坏较激光线切割严重；从变形区尺寸对比来看，激光切割对样板切口处的变形较机械剪切严重。对比毛刺高度的结果，机械剪切最大毛刺高度11 µm，激光切割最大毛刺高度12 µm，两者基本相当。 丁超 等 DOI: 10.12677/ms.2020.107066 551 材料科学
Figure 2. Difference of the height of the white edge, deformed area and burr between mechanical cutting and laser cutting 图2. 机械剪切和激光切割白边区、变形区和毛刺高度的差异
3.3. 断面附近磁畴对比分析 在德国Brockhaus磁畴显微镜下分别对机械剪切和激光切割后的样板的边部磁畴进行观测，结果下图3。
Figure 3. Comparison of domain morphology near the cross section of mechanical shear and laser cutting. (a) Mechanical cutting; (b) Laser cutting 图3. 机械剪切和激光切割断面附近磁畴形貌对比。(a) 机械剪切；(b) 激光切割
由图可见，激光切割样板断面附近磁畴发生明显的变形，受应力影响的磁畴区域宽度为6.2 mm，而机械切割样板的边部磁畴变形不明显，受应力影响的磁畴区域宽度为3.3 mm。