磁性元器件电泳卷绕机设计及制造

磁性元器件电泳卷绕机设计及制造

淮永亮 赵奔峰 周喜强

陕西长岭迈腾电子股份有限公司 陕西 宝鸡 721001

摘要：高饱和磁感应强度铁钴钒软磁合金1J22磁性铁心，在国内属于一种新型电磁元件，主要由于国产1J22带材表面无绝缘涂层，铁心制造比较困难，目前国内无此类铁心磁性器件的成熟生产加工技术，无专业不能满足军品国产化的市场需求。因此针对该问题下面介绍一种磁性元器件电泳卷绕机设计及制造方法。

关键词：磁性元器件；电泳；铁镍软磁合金

1 引言

磁性铁心电泳卷绕机属专用生产设备，主要适用于铁钴钒软磁合金1J22磁性铁心的卷制生产，亦可应用于铁镍软磁合金铁心（1J50、1J79、1J85 等）的生产。此类磁性器件主要用于制造航空、航天器中的电源器件、控制系统的变压器、电感器等磁性元器件，以及武器控制导航用的磁性器件，为航空航天器及武器提供电源、进行信号传输、进行飞行控制等。

2 产品概述

2.1 产品用途

本磁性铁心电泳卷绕机主要适用于铁钴钒软磁合金1J22磁性铁心及铁镍软磁合金铁心（1J50、1J79、1J85 等）的生产，主要进行工艺过程的涂复、烘干、卷制工序内容。

2.2 产品特点

本磁性铁心电泳卷绕机主要具有以下特点优点：

1）裸带表面电泳涂层范围广，均匀度高，电泳涂层厚度可调。

    2）采用组合的机械系统，使氧化镁电泳-溶剂烘干-铁心卷制三项功能一次性实现，提高生产效率。

    3）采用伺服驱动与涡轮蜗杆组成驱动系统，使主轴具有无极变速功能。

4）采用电磁机械混合涨力系统，提供精确且恒定的涨力。

5）采用跟随式烘干系统，烘干系统以涡轮蜗杆传动与齿轮传动相结合，烘干器由两组标准快速加热元件组成。

6）环氧板制成绝缘工作台面，防止直/交流触电风险；以钢带弹性和行程电磁开关器相结合设计成直流电路短路保护系统；防止电泳意外引起的火灾风险；电泳槽采用不锈钢制作，并在其上端设计成翻转式绝缘机构，使电泳液处于准封闭环境，避免和减少有害电泳介质挥发，保护人身安全。

3 设计过程

3.1 性能指标要求

3.2 设计要求

1)电泳卷绕机设计应符合国家机床设计规范GB/T5226-1996 《工业机械电气设备通用技术条件》、 GB15760-1995 《金属切削机床、安全防护通用技术条件》、 GB/T29545-2013 《机床数控系统可靠性设计》、GB/T50040-2020 《动力机器基础设计标准》、GB/T40808-2021《机床节能设计方法》。

2)电泳卷绕机应能实现钢带电泳-带材烘干-铁心卷绕三个工序的综合功能，通过本设备能够直接将裸钢带卷制成标准的电磁铁心。

3)主轴转速无极可调，卷制速度满足0-28转/分,采用数字圈数显示控制。

4)电泳卷绕机采用直流电泳模式，电泳介质为丙酮+氧化镁，电泳层厚度0～0.1mm，电泳涂层均匀度±0.001mm。

5)电泳卷绕机钢带涨力0～50N.m，并且无级可调，微小涨力时进给精度不大于0.5 N.m，卷制铁心叠片系数不低于0.86。

6)电泳卷绕机应具有断带短路保护功能及机构，确保操作安全及防火安全。应具有绝缘操作界面，以防触电风险。

4 产品设计过程

4.1 电泳机原理设计

4.2 结构设计

本磁性铁心电泳卷绕机主要由支持平台、动力驱动变速系统、单向传动系统、无心跟随烘干系统、电泳系统、送料机构及断电保护机构、电磁机械混合涨力系统、支持机构等8部分组成。

4.2.1 动力驱动变速系统结构设计

动力驱动变速系统主要采用交流伺服电机与涡轮蜗杆减速机相结合，实现无极调速、单向传动、转速恒定的卷绕速度功能。控制界面采用30度仰角的人体化、个性化、集成化的操作界面，采用弹压式按压旋纽开关与旋转调速开关相结合的操作按键方式。动力控制电路及器件集成安装在主轴下方支座封闭环境内。主轴支座采用8mm厚钢板焊接结构，电机、变速器、支座及支座与工作台面间采用螺纹刚性联接。                                                   

4.2.2 无心跟随烘干系统结构设计

无心跟随烘干系统由同心升降机构与烘干机构组成。同心升降机构由涡轮蜗杆设计成减速、单向传动进给、反向自锁的机械结构，再由扇形齿轮齿条啮合机构实现同心式滚动，最后由弧形滑块滑道机构实现无心式同心式转动。烘干机构采用4个200W的加热器元件组成，分两组进进行调温控制，以达到不同的烘干温度与烘干效果。加热同心安装在加热支架内，由石棉进行绝缘。

4.2.3 电泳系统结构设计

电泳箱用不锈钢制作，设计成锥箱形，作为电泳过程的正极，既能保证钢带与电泳液的良好接触，又能尽量减少可燃溶剂量，充分提高电泳液利用效率。前端带有接料凸唇，用于接承钢带流落液体，下端附有泄料口，排出废料。箱体上盖设计有带料翻转机构，用绝缘材料制成，设备运转时功能是将钢带伸入电泳介质进行电泳，并将电泳箱体密封，防止电泳介质挥发及起火。

4.2.4 钢带涨力系统结构设计

本设备设计了特定的机械/电磁混合涨力系统。机械张力系统由自行设计的机械鼓刹式制动器与弹性预紧机构组成,由夹紧旋钮施加预紧力。弹性预紧机构能有效保证摩擦阻尼力的稳定，克服钢带涨力冲击引起的断带现象，并使磁性铁心的叠片系数保持批量一致性。电磁涨力系统由磁粉制动器和数显控制器组成，扭矩大小由控制器旋钮调制。涨力系统与料架同轴安装，阻尼通过料轴传递给涨力给钢带。

4.2.5 承送料机构设计

承送料机构由料架与扶料机构组成。料架同心安装在料轴上，与主轴以键结合，扶较机构由不同平行滚轴组成，将钢带绷直。

4.3 电气安全设计

（1）遵守机床安全设计规范，选取标准规范的电器控制器件。

（2）在设备左端设置有总电气控制盒，交流电路安装适合的过载空气保护开门关，并按功能不同分组控制。

（3）设备主工作面采用10mm厚环氧绝缘板制成，有效隔绝电流传导，进行人体用电安全防护，设备支架采用铝合金型材制成，使设备有效接地，对人身进行有效保护，防止触电风险。

（4）设计直流短路保护机构，依靠钢带弹力进行驱动，在钢带断开时及时动作断开直流电源，防止直流短路引起的电泳液体价质起火风险。

5 结论

磁性铁心电泳卷绕机完全满足1J22软磁合金铁心生产的涂复-烘干-卷制工艺加工要求，卷制叠片系数0.88～0.94，电泳涂层均匀度±0.001mm。该设备具有无极变速、数控程度高，布局合理紧凑、机构灵活的特点，能根椐需求适时调整涂层厚度与涨紧力，操作安全方便、电气设施安全可靠等优点。

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