1、铁芯制造工艺技术铁芯制造工艺技术讲师：张志臻讲师：张志臻 文件编号：完成日期：2012年3月15日撰写：一审：二审：2012315提前3分钟，准时签到关闭手机或调震动保持安静，提问请举手保持卫生，爱护公共财物精神饱满，认真听讲培训完毕离座后座椅归位。 培训培训/会议都这样，养成习惯会议都这样，养成习惯高素质高素质!u第一部分：铁芯性能特性u第二部分：铁芯制造工艺第一部分 铁芯的性能特性机械特性铁芯要有一定机械强度，不论是非晶还是纳米晶退火后都易碎。所以需要浸漆固化或装护盒。电磁特性是任何铁芯的根本特性，是最重要的质量指标。 这就如同我们买电视机图像和声音是最重要的指标一样，对外部应力敏感，受应
2、力后电磁性能损失很大，故不可摔跌。 电磁特性主要参数是铁损和电感量，我们希望得到的是低铁损高电感铁芯，影响铁芯电磁性能的因素有： 材料本身的铁损、导磁率决定铁芯的铁损和电感高低，制造工艺的优劣。制程控制的好坏等。 几何尺寸尺寸是铁芯的重要质量指标之一，它决定客户的线圈安装尺寸外观要清洁干净，给人赏心悦目的感觉。可靠性在一定环境条件下完成规定功能的能力，比如-30150 温度条件下持续工作的时间 第二部分：铁芯制造工艺1、选料、选料非晶合金材料特性 一般的金属物质大多是晶体结构，而我们现在用的非晶合金带材是非晶体结构，其主要成分是Fe占80%左右（故叫铁基非晶）、Si+B占 20%左右，它是熔融
3、金属以每秒106度的降温速度下超急冷喷制而成厚度大约为305mm的金属薄带。简单的讲就是由于急速冷却其金属和非金属原子来不及排列结晶故叫非晶。非晶态材料具有优异的磁性和韧性，具有高的电阻率，具有耐腐蚀、耐磨、高强度、高硬度的良好的材料特性。从铁芯的电磁特性来讲原材料应选铁损低、i导磁率高、饱和磁通密度Bs高的材料。且依据铁芯工作频率选择不同的材料通常所用的软磁性材料有硅钢片、坡莫合金、非晶、纳米晶、铁氧体等A、非晶铁基非晶1K101，2605SA1主要成分Fe、Si、B， 厚度0.025mm0.035mm，高导磁、饱和磁通密度Bs高可达1.56T，一般适用于50Hz50KHzB、铁基纳米晶1K
4、107组成成分为Fe-M-Si-Cu-B(其中M=Nb、Cr、V、W、Mo等)；厚度0.025mm0.035mm，高导磁、饱和磁通密度Bs高可达1.2T，一般适用于20KHz100KHz2、分条、分条将宽带分剪成我们所需要的宽度，一般带宽都取5的倍数好组合，由于非晶带薄且硬度高，所以分条难度较大，对刀具材质的要求高，刀硬度要高韧性要好，否则分剪带易产生毛刺。分条主要应控制毛刺2mm，无毛刺最理想，但难以做到；还要控制带宽尺寸、。毛刺的危害卷绕时导致跑边、叠厚不均。对电磁性能的影响直接降低叠片系数、容易造成层间短路曾加铁损。弯曲度造成端面不平。3、卷绕、卷绕卷绕方式环形卷绕、矩形卷绕；我们现基本
5、上采用环形卷绕。卷绕要注意事项：尺寸公差、叠片系数（通过重量体现）、叠厚的一致性叠片系数Kc有效切面积Sc（真实可导磁面积）/理论切面积S；Kc反映贴芯卷绕的松紧程度亦可由下式计算 叠片系数Kc = 实际称得重量（g）/理论切面积*理论磁路长度*密度（g）变压器设计计算工作磁通密度（Bm）时是以有效切面积计算的。从变压器设计来讲Kc要大，这样同样理论尺寸下可提高工作磁密Bm、或相同磁密下可减小切面尺寸减小线圈匝长从而节约成本，但对不同的磁性材料应取不同的Kc，并非Kc越高越好。因过高的Kc会增加磁芯的内应力反而降低磁芯性能。0.3mm厚硅钢片Kc=0.97；非晶Kc=0.850.88。Kc对磁
6、芯性能的影响 Kc过小会导致客户实际使用的工作磁密Bm偏高性能指标变差，由公式Bm=U104/4.44fScN可见 Bm与有效面积Sc成反比，例：一变压器工作电压220V,电源频率2KHZ,初级线圈100匝，铁芯叠厚15mm，带宽40mm，设计取Kc=0.86。计算其工作Bm解：铁芯理论切面积为S=1.54.0=6cm2； 则Sc=60.86=5.16 cm2 Bm=22010000/4.44*2000*5.16*100=0. 48T如果卷得过松Kc=0.80，则Sc=60.8=4.8 cm2；这时Bm=22010000/4.44*2000*4.8*100=0.516 T在相同频率下磁密升高，
7、铁芯损耗增加,发热损坏变压器。反之若Kc=0.92,则退火除应力困难，磁芯性能也差。上下叠厚要一致，现实由于分条毛刺影响很难做到，现允许上下偏差0.3mm；偏差大定型难，易变形，也会误判叠厚尺寸。4、一次装模定型（中小规格环形铁芯无需带模退火）、一次装模定型（中小规格环形铁芯无需带模退火）铁芯由圆变方注意事项芯模要装平整，装好后要敲打铁芯四周死角使其松紧一致应力均匀分散。但实际上四个角应力还是要比四边大。四边皱折要消除， 装夹板尺寸要到位不可过紧或过松，过紧退火应力难消除、过松外形尺寸超差。 多装铁芯少用模板，装好后要检查铁芯有无变型5、退火、退火退火目的消除铁芯内应力，并适度改变晶态组织，达
8、到恢复、并改善磁性能 。退火控制工艺参数升温、降温速度，保温温度，保温时间，保护气氛或真空度，装炉量。C型非晶铁芯保温395410。纳米晶保温温度550。升温、降温速度，保温时间与装炉量及铁芯尺寸大小有关。装炉量多、铁芯尺寸大，升温、降温慢，保温时间则要相应加长。另外升温快慢与炉子结构、功率大小也有关，功率大则快。600 以下辐射传热效率低。真空条件下主要靠辐射传热。C型铁芯在氮气保护气氛中退火处理，在此氮气起保护铁芯防氧化及对流传热作用。对流传热效率高。热平衡公式Q放=Q吸 Q放=I2Rt (j) I电流，R电阻，t发热时间 Q=C*m*t; Q吸热量 J，C比热J/Kg，m质量 Kg，t
9、温度差 Q=K*A*t Q吸热量 J，K传热系数J/mm2，A传热面积mm2， t 温度差炉温的均匀性至关重要，温度过低或过高都会导致产品报废，这关系到产品性能的一致性，理论上讲当铁芯尺寸、松紧度一样时，只要退火温度一样，铁芯性能就基本一样。影响温度均匀性的因素有：炉子本身结构（对流风道结构、对流方式、传热方式、空间大小、加热功率），装炉量，装炉摆放方式(应留出对流通道），铁芯尺寸大小等（一般原则大小悬殊的不能同炉，同炉时大铁芯放外围，小铁芯放中央）。降温非晶铁芯退火在410350 可快降，后面要慢。纳米晶则要快冷。注意事项避免氧化，局部过热，不可随意更改装炉量，装炉量改了工艺时间要相应改。温
10、度和时间是一个动态变化的，应密切关注，尤其温度最为重要，温度低了除应力不彻底，晶态变化不够。温度高了晶态变化过度，纳米晶退火过程中有晶化放热应防冲温过热。6、冷却脱模、冷却脱模 理论上铁芯退火后应慢冷（每小时小于60 降温 ），急冷会产生收缩应力，使性能变坏，应让铁芯冷到50才能操作脱模。作业时注意事项非晶、纳米晶退火后易碎，退火后的各工序铁芯应轻拿轻放，切不可随意摔扔。作业后芯模要整齐装箱，谨防芯模碰坏混装。7、退火后性能测试、退火后性能测试退火是决定铁芯性能的关键，故应每炉测试性能，测铁损、电感，被测的非晶C型铁芯必须推捏松才能测。其它类及纳米晶铁芯则不可挤捏。8、浸漆、浸漆目的目的层间绝
11、缘，增加机械强度，另外一个重要作用使每一片粘结成整体便于切层间绝缘，增加机械强度，另外一个重要作用使每一片粘结成整体便于切割。割。对漆的要求绝缘耐热等级要H级180以上，电阻率高，储存性好，粘结力强，固化应力小，渗透性好，一般都是环氧树脂。逆变、互感器则应力要小。浸漆方式常温常压、真空、真空压力，真空压力浸漆应是最好的工艺，抽真空的作用是将片层间的空气抽走让出空间给漆进去，加压是为增加渗透压。注意事项铁芯上的水或油污会大大降低漆的附着粘结力，故必须保持铁芯干燥、干净无油污、松弛（浸漆前必须推松），3131漆易吸潮而增加粘度，故应保持环境干燥，压缩气体应干燥、干净无油污。加压会增加漆液中的气体含
12、量，故应将之抽去。易燃防火。9、装模定型、装模定型要固定铁芯形状才能烘干固化注意事项脱模剂涂抹均匀，尺寸要装夹到位，铁芯表面要擦清洁（非晶碎片、油污纸屑），不变形、不错位，有时会有铁芯拱起来，这是由于铁芯叠厚不均匀形成了契型，故在夹紧的时候会往契尾方向凸。这时可间隔翻面装部分铁芯。3131漆是单组份，热固型环氧树脂，室温下不会固化。故有时放置二、三个小时可照常往下做。只要卷绕平整，没有整不平的铁芯丙酮是较强的有机溶剂，可稀释3131漆，故擦拭铁芯表面时不许用湿淋淋的丙酮，应将布拧至半干状擦。10、烘烤固化、烘烤固化3131热固型，耐热等级H级 180，烘烤温度不要超过180。该漆单层漆膜在16
13、0下3分钟便固化，完全固化反应完达到固化强度需一小时左右。工艺控制过程中短时（半小时内）超温10，便没什么影响。在耐热温度下长时间烘烤也没有坏处，故烘烤时间只可长不可短。操作过程应时刻关注温度变化，及加热电流大小。11、脱模刮漆、脱模刮漆烘烤固化好的铁芯，应待冷却至50才可脱模，否则易导致铁芯开裂。刮漆主要是要将铁芯表面的漆瘤刮平，漆瘤会影响切割定位，也会影响线圈装配，特别说明四个R角处的漆瘤可不刮因其不会影响切割定位，且剥片时会被剥掉。从理论上讲铁芯端面的一层漆膜是有益无害的（可更有效防锈、防散片减少噪音），均匀平整干净的漆膜没必要刮掉。烘烤固化的铁芯会产生固化应力，故需停放一段时间释放应力
14、后才能切割，以减少因局部应力过大切割后裂缝。12、切割、切割C型铁芯切割的作用是 便于装线圈（可先单独绕好线圈缩短变压器生产周期）；调整气隙（起到调节电感量、抑制过饱和）注意事项 切割对铁芯性能影响很大，切面质量的好坏(粗糙度、垂直度、对称度)直接影响铁芯性能，影响切面质量的因数有：切割机的精度和稳定性精度和稳定性要高切割砂轮片强度、粒度大小、耐磨性、平整度、厚度与直径，厚度与直径的选择由铁芯本身切面积大小决定切割砂轮片转速现在是1450转/分、与冷却效果有关铁芯进给速度与单位时间内切削量有关夹具不可松动、不可有缝隙空位铁芯本身切面积大小高度、厚度，冷却会更困难，铁芯高度大砂轮片径向摆动大，应
15、选较厚且外径大的砂轮片冷却效果选择的冷却液要防锈、吸热好，冷却泵流量压力大小，冷却液喷淋位置。要过滤沉砂。13、研磨、研磨砂轮切割的切面粗糙度大，在光电放大镜下能看到纵横交错的很多划痕，这些划痕即是层间短路的表现，层间短路会形成高频涡流损耗，通过有效可减少高频涡流损耗，亦可消除切面气隙提高电感量降低损耗。研磨质量与研磨方向有关，应先沿横向粗磨，再纵向精磨。这样可减少磨成弧面装夹具要平整不可有空隙，夹板位置、夹的松紧冷却液14、超声清洗研磨产生的粉末会造成切面短路，可通过超声清洗掉。清洗液要有除油污及防锈功能。15、真空烘干烘烤的作用除水分、除应力切割、研磨都是采用水做冷却液稀释剂，故要及时将水
16、烘干减少生锈。切割面的切割应力、磨削应力，降低铁芯性能。水分常温常压也可以烘干，在一个大气压101325Pa（1公斤/、0.1Mpa）下水在100才沸腾气化，如抽真空在绝压9583Pa（表压-0.09Mpa）下水在45沸腾气化；20000Pa（-0.08Mpa）时是60；40000Pa(-0.06Mpa)时是76所以说真空度越高气化温度越低水分越易蒸发，烘干一定量的水所需的时间就越短，这可缩短烘烤生产时间。所以要控制的两个参数是真空度、温度、时间，缝隙中的水分由于两个光滑面上液体表面张力作用(吸附)，水分难以挥发，若常压下要100烘得12小时以上才能烘干，故有时当真空度较低时不是不能烘而是要延
17、长烘烤时间，烘烤温度在110内也是可高可低跟时间匹配。当然最高烘烤温度不能超过漆的耐热等级。16、切面处理 切割、研磨都会造成切面层间短路，导致铁损增加，应设法减少或消除层间短路。 此操作注意事项酸蚀时间不能过长，看见切面产生大量气泡时即应及时将切面擦干净，并对切面烘干，烘干很重要。其将直接影响铁损。7、剥片整理作用将外表面脏的片剥掉，使尺寸满足公差要求。所以对剥片整理来说在满足尺寸公差要求的前提下剥的越少越好。保留最大叠厚对改善磁性能极为有利。不能为剥不能为剥片而剥片片而剥片，时刻记住保证重量，叠厚尽可能取正公差。允许表面有两层不松动的断带。 剥片量计算称重量、测量叠厚、测量窗口尺寸最大剥片
18、余量=测量实际厚度-标准叠厚内圈要剥片厚度=（标准窗口尺寸-实际测量尺寸）/218、倒角 作用方便客户套装线圈，不易造成散片碎片。 倒角应小于0.4X45,要倒直倒均匀.19、喷码 喷码位置在标识线对面中间，字体要清晰。20、防锈包装 防锈纸存放环境空气流动小，湿度40%的干燥环境。保存和使用 气相防锈纸是靠浸润在纸上的挥发性物质不断释放出一种气体来阻断空气中的水和氧气接触被保护物体，从而起到防锈作用。防锈纸在存放过程中会吸收空气中的水份，也会不停的释放挥发掉有效成份降低功效，故气相防锈纸不可长时间裸露在空气中，更不可放在潮湿通风的地方。 需用时即取即用，不用时须密封保存，对大卷气相防锈纸材料每次取用完后应立即用塑料薄膜包裹起来。 被防锈的产品应用气相防锈纸裹覆，而后用塑料袋封装或真空封装。注意：当防锈纸暴露在空气中受潮后，则不可使用。 铁芯切面间须垫防锈装护盒时对铁芯应轻拿轻放小心套装，严禁野蛮套装。 TKS! 2012218
