Технологічні методи досягнення заданих фізичних властивостей, точності розмірів і якості поверхні магнітопроводів

Загальні положення

Магнітопроводом називається деталь або комплект деталей, призначених для проходження з певними втратами магнітного потоку, збуджуваного електричним струмом в обмотках намотувальний виробів.

Магнітопроводи є складовими частинами схемотехнічних елементів РЕА: трансформаторів, дроселів, магнітних головок, фільтрів, контурів, запам'ятовуючих пристроїв та ін Форма деталей

утворюють магнітопровід, а також вид і фізичні властивості матеріалів, використовуваних для їх виготовлення, обумовлені призначенням; конструктивними особливостями схемного елемента. За цими ознаками магнітопроводи поділяють на три групи: пластинчасті, лентние і формованні.

Пластинчасті магнітопроводи являють собою пакети, зібрані з штампованих плоских пластин. Вони бувають двох типів (рис. 12.1): броньові (а) і стрижневі (б).

Стрічкові магнітопроводи мають форму круглих (рис. 12.2, а) або прямокутних з округленими кутами кілець (рис. 12.2, б) отриманих спіральної намотуванням на оправлення однієї стрічкової заготовки або П-образної гнучкою декількох попередньо нарізаних смуг. У другому випадку кільця виходять роз'ємними з площиною розрізу (рис. 12.2, в). Нерозрізні стрічкові магнітопроводи характеризуються кращими магнітними характеристиками в порівнянні з раз-різьбленими стрічковими і пластинчастими, так як в останніх неминучі повітряний зазор і часткове замикання торців. Однак нерозрізні стрічкові магнітопроводи мають такі недоліки: складність і велика трудомісткість намотувальних робіт. Перевагою розрізних стрічкових магнітопроводів є те, що котушки для них можна виготовляти на звичайних намотувальних верстатах.

Формованні магнітопроводи складаються з однієї або кількох монолітних об'ємних деталей, виготовлених з порошкоподібних магнітодіелектриків або феритів з використанням керамічної технології (формування та спікання).

Формованні магнітопроводи знайшли широке застосування у високочастотних пристроях РЕА. На рис. 12.3 дано приклад броньового магнітопровода з магнітодіелектриків: а - з замкнутою; б - з разомк-нутой магнітної ланцюгом (/ - подстроечнік, 2 - верхня чашка, 3 - нижня чашка). На рис. 12.4 наведені деякі зразки магнітопроводів з феритів: рис. 12.4, а_і б - замкнутий П-подібний прямо вугільного перерізу; рис. 12.4, в і р-замкнутий П-подібний круглого перерізу, рис. 12.4, д - О-образний; рис. 12.4, е - Г-подібний, рис. 12.4, ж - Е-образний; рис. 12.4, з .- магнітної головки.

Технологічні методи досягнення заданих фізичних властивостей, точності розмірів і якості поверхні магнітопроводів

Магнітопроводи повинні мати високу магнітну проникність, незначну коерцитивної силу, стабільні магнітні характеристики в робочому діапазоні температур і в часі, мінімальні втрати на гістерезис, розсіювання і вихрові струми, стійкість до сторонніх механічних впливів.

Відповідність фізичних властивостей муздрамтеатру цим вимогам досягається, перш за все, вибором магнітного матеріалу і побудовою ТП. При переробці магнітних матеріалів у деталі магнітопроводів вихідні магнітні властивості їх змінюються під тепловим і силовим впливом інструментів і технологічних середовищ. З цієї причини в ТП виготовлення включають ряд операцій з контролю і відновленню магнітних властивостей деталей магнітопроводів, а умови виконання операцій формоутворення підбирають з розрахунком на те, щоб мінімально впливати на зміни цих властивостей.

У якості магнітних матеріалів використовують електротехнічну сталь, залозою нікелеві сплави, магнітодіелектриків і ферити. Електротехнічні сталі, і пермаллои застосовують у вигляді гарячекатаного і холоднокатаного прокату на аркушах і рулонах товщиною 0,04-0,5 мм. Гарячекатані сталі використовують в магнитопроводах, що працюють на низьких частотах, а холоднокатані - у магнитопроводах з підвищеними магнітними характеристиками. Железонікелевих сплави (пермаллои) характеризуються в 10-20 разів більшою магнітною проникністю в слабких магнітних полях в порівнянні з електротехнічною сталлю. Високо пермаллои (72-80% нікелю) марок 79НМ, 80НХС й інші використовують для виготовлення сердечників малогабаритних дроселів і трансформаторів низької частоти, магнітних головок та ін Нізконікелевие пермаллои (30-50% нікелю) марок 8НС, 45Н, 50Н, 50НХС та інші застосовують для виготовлення магнітопроводів силових трансформаторів і дроселів, магнітних головок та ін

Електротехнічні сталі і пермаллои характеризуються малим питомим електричним опором (10-7-10-6Ом'М). Використання їх в магнитопроводах, що працюють на високих частотах, не представляється можливим з-за великих втрат на вихрові струми, що зростають пропорційно квадрату частоти. Для магнітопроводів, що працюють на високих частотах, використовують магнітодіелектриків, які складаються із зерен магнітного матеріалу, розділених діелектриком. У порівнянні з металевими магнітними матеріалами вони характеризуються більш високим електричним опором (10-3-1 Ом-м). Як магнітопроводів з магнітодіелектриків беруть карбонильное залізо (високодисперсний порошок, що складається в основному з частинок сферичної форми), альсифера (магнитомягкие сплав з високою магнітною проникністю, що містить 'близько 9,5% кремнію і 5,5% алюмінію, інше - залізо, ГОСТ 122187-76) і пермаллои.

Основні переваги магнітодіелектриків: малі втрати на вихрові струми, стабільні магнітні характеристики в робочому інтервалі температур і в часі. До числа недоліків слід віднести невелику магнітну проникність (1,26 · 10-5 - 7,53 · 10 ~ б Гн / м) на радіочастотах, що обмежує можливість підвищення добротності різних індуктивних елементів. Для роботи з малими втратами на високих частотах до декількох десятків мегагерц використовують магнітні матеріаликерамічного типу, ферити, які одержані спіканням при високій температурі суміші окислів заліза з окислами нікелю, цинку, марганцю, магнію, міді або іншого двовалентного металу. Феррити характеризуються високою магнітною проникністю (1,26 · 10-5 - 2,52 • 10 ֿ ³ Гн / м) і питомим електричним опором (1 - 105 Ом • м)

Для забезпечення необхідної точності та форми і розмірів при виготовленні пластинчастих магнітопроводів із заданою шорсткістю поверхні використовують штампування, обробку різанням і фізико-хімічні методи. При штампуванні та обробці різанням у поверхневих шарах матеріалу в результаті силового впливу інструменту кристали правильної форми, характерні для вихідного матеріалу, руйнуються і орієнтуються в напрямку руху інструменту. В результаті погіршуються характеристики магнітопроводів, наприклад, магнітна проникність зменшується, а коерцитивна сила збільшується. Для відновлення магнітних характеристик матеріалу проводять відпал, викликає рекристалізацію матеріалу.

При виготовленні розрізних стрічкових магнітопроводів розрізання є однією з відповідальних операцій. Відхилення режимів цієї операції від оптимальних може призвести до появи короткозамкнених витків і наклепу, в результаті зростуть втрати на вихрові струми. Розрізання магнітопроводів здійснюють різними способами, наприклад, фрезеруванням, абразивним кругом, електроіскровий обробкою і т. д. При фрезеруванні поверхню розрізу виходить нерівною, а витки муздрамтеатру виявляються короткозамкненими. Крім того, має місце наклеп і зміна орієнтації зерен у місці розрізу. Розрізання магнітопроводів абразивним кругом (шорсткість обробленої поверхні Rа 1,25 мкм) і електроіскровий обробкою (Rz 20 мкм) дають кращі результати. Після розрізання абразивним кругом відпадає необхідність застосування подальшого шліфування. Електроіскрових обробка дозволяє уникнути механічного впливу на магнітопровід і замикання окремих його витків. Поверхневий шар, в якому в результаті теплового впливу відбувається зміна орієнтації зерен до глибини 0,05-0,08, мм, видаляється при подальшому шліфуванні торців муздрамтеатру.

Точність розмірів, форми і якість поверхні формованих магнітопроводів забезпечується точністю розмірів і шорсткістю поверхні оформляє порожнини прес-форм. Магнітні характеристики формованих магнітопроводів забезпечуються якістю порошку магнітного матеріалу і матеріалу діелектричної зв'язку. Кількість зв'язки при виготовленні магнітопроводів повинно бути по можливості мінімальним, так як її збільшення різко знижує магнітну проникність муздрамтеатру і збільшує діелектричні втрати. Формувальна суміш на основі полістиролу має гарну плинність, тому її використовують для виготовлення складних за формою магнітопроводів. Магнітна проникність формованих магнітопроводів залежить від їх щільності, яка забезпечується вибором тиску при пресуванні. Зі збільшенням тиску пресування магнітна проникність зростає до певного значення для даного типу магнітного матеріалу. При подальшому збільшенні тиску пресування зростають втрати на гістерезис, тому що має місце пластична деформація феррочастіц, зростає електропровідність і втрати на вихрові струми через руйнування ізоляційної плівки навколо феррочастіц.

Оптимальний тиск пресування для магнітодіелектриків лежить в інтервалі 600 - 1000 МПа, а для феритів - 80-200 МПа. Тривалість витримки під навантаженням не впливає на щільність магнітного матеріалу. Забезпечення рівномірної щільності магнітного матеріалу в формованому муздрамтеатрі здійснюється пресуванням у прес-формах з подвійним тиском зверху і знизу. Крім того, в магнитопроводах з феритів у випадку нерівномірного щільності при подальшому спіканні виникають значні внутрішні напруги, що викликають викривлення і розтріскування. Для виключення розтріскування магнітопроводів з феритів проводять такі технологічні заходи: перед спіканням нагріванням з них видаляють зв'язку; при спіканні швидкість підйому температури обмежують 200-300 К / год через швидкого випаровування залишилася зв'язки; після витримки при температурі спікання потрібно повільне охолодження зі швидкістю 50 -100-.К / Ч.

Магнітопроводи з однаковими магнітними характеристиками можуть бути отримані тільки при однаковій температурі по всій робочій зоні печі. Температурний режим підтримується з точністю ± 5 До автоматичним регулюванням.