繞線機(jī)卷繞漆包線過程中,漆包低應(yīng)力對成型性的影響

        小型電機(jī)和線圈的制造商面臨著提高產(chǎn)能和提高產(chǎn)品可靠性的需要，他們需要不斷減少由于線圈繞制和裝配產(chǎn)生對漆包線絕緣性能的破壞。由于在線圈繞制和裝配過程會(huì)產(chǎn) 生較大的拉伸，漆包線的絕緣層一定要有良好的柔韌性,同 時(shí)漆包線還應(yīng)擁有良好的可成型性（導(dǎo)線的柔軟度）。

        1  漆包線的可成型性 漆包線的機(jī)械性能分為導(dǎo)體的和漆膜的機(jī)械性能。漆包線在繞線機(jī)繞制線圈的過程中，在嵌線工藝過程中，以及用漆包線線圈作為元件的電氣產(chǎn)品，在運(yùn)行過程中，都有機(jī)械應(yīng)力作用于漆包線上，因此可能產(chǎn)生漆包線伸長，漆膜損傷等現(xiàn)象。 所以漆包線有伸長率、回彈角、柔軟度、抗拉強(qiáng)度、漆膜彈性、漆膜的附著力和耐刮等性能的要求。

        1.1  導(dǎo)體的機(jī)械性能項(xiàng)目：有柔軟度、伸長率、回彈角、 抗拉強(qiáng)度。

伸長率反映著材料的塑性變形，用其來考核漆包線的延展性?；貜椊呛腿彳浂葎t反映著材料的彈性變形，用其來考 核漆包線的柔軟度?？估瓘?qiáng)度與導(dǎo)體的回復(fù)再結(jié)晶程度及回復(fù)后組織的晶粒大小有關(guān)，抗拉強(qiáng)度、柔軟度和伸長率的好壞反映了銅材質(zhì)量和漆包退火的程度，它們對于繞線質(zhì)量有 很大的關(guān)系。

        在漆包線涂制過程中，如果涂漆道數(shù)和回線的次數(shù)過多，在導(dǎo)輪的直徑不夠大的條件下，導(dǎo)線不斷受到拉伸和壓 縮的交替變形，造成晶格的歪扭，在拉伸時(shí)容易拉斷。漆包線在繞線機(jī)繞制運(yùn)行時(shí)，線上承受過大的張力，將使線材拉細(xì)，此時(shí)由于晶格上原子或離子因滑動(dòng)而產(chǎn)生的位移，已形成了殘余內(nèi) 部應(yīng)力，因此線材脆性提高，而伸長率和柔軟率下降。

        導(dǎo)體的退火程度和漆包線的抗拉強(qiáng)度、伸長率的大小和柔軟度的好壞有很大的關(guān)系。在充分退火的線里，晶粒大小完整，內(nèi)部沒有或是很少有殘余內(nèi)應(yīng)力，在進(jìn)行伸長率試驗(yàn)時(shí)，一部分外力耗用在使晶格上的原子或離子的移動(dòng)和晶粒變形方面，漆包線就比較不容易拉斷，得到較大的伸長率數(shù)據(jù)；反之，變形程度越大的冷拉銅絲，晶粒已產(chǎn)生畸變形成了纖維組織，金屬內(nèi)部存在殘余內(nèi)應(yīng)力，在力學(xué)上來說是處于不平衡狀態(tài)，受到拉力就容易拉斷，其伸長率變低。

        在充分退火的銅線里，內(nèi)部沒有或很少有殘余內(nèi)應(yīng)力， 在進(jìn)行回彈（柔軟度）試驗(yàn)時(shí)，材料只是依靠本身所引起的 應(yīng)變勢能（柔軟度）進(jìn)行回彈，所以回彈的角度較小（柔軟度好）。反之沒有退火充分的銅線內(nèi)部存在殘余的內(nèi)應(yīng)力再加上變形勢能的作用就呈現(xiàn)出較大的回彈的角度（柔軟度差）。

        2  低應(yīng)力伸長儀預(yù)測電磁線的卷繞性 電磁線的一系列測試要求為的是保障電磁線的高品質(zhì)絕緣性能。 為了電機(jī)行業(yè)生產(chǎn)高品質(zhì)、柔韌電磁線并得到合格的測試數(shù)據(jù)，高精度的測試裝備、細(xì)心的試樣準(zhǔn)備、先進(jìn)的測試 方法缺一不可。一些新的測試方法與測試裝備，盡管未列入行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，依然可以用來幫助測定電磁線的品質(zhì)。特別是對 電機(jī)行業(yè)，有許多測試儀器可以幫助預(yù)測電磁線的卷繞性性能。低應(yīng)力伸長儀（LSE）對電磁線的導(dǎo)體的柔軟度進(jìn)行測 定。電磁線良好的卷繞性能與其導(dǎo)體的柔軟度緊密相關(guān)。電 磁線的柔軟度決定了線圈卷繞和線圈裝配過程中的可成型性。低應(yīng)力拉伸（LSE）測試可以對導(dǎo)體的柔軟度做出更加精確的區(qū)分。

        3  低應(yīng)力拉伸測試 電磁線導(dǎo)體的柔軟度受到退火工藝、制造過程中的拉伸、導(dǎo)體直徑大小、張力系統(tǒng)、及其他可能的因素影響。電 磁線行業(yè)中通常使用的 NEMA，IEC 和 JIS 的回彈角測試測定了導(dǎo)體的柔軟度，但回彈角測試有其一定的局限性。我們經(jīng)常會(huì)遇到這樣一種情形，有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員或在線的繞線工人會(huì)感到這組線比另外一組線要硬一些，但它們的回彈角參 數(shù)卻很類似。這種情況，LSE 測試就可以將回彈測試不能測到的導(dǎo)體的柔軟度予以區(qū)分開來。LSE 測試還可在你改變生產(chǎn)工藝后幫助你判斷導(dǎo)體柔軟度的差異。

        在 LSE 測試中（ASTM 1676 標(biāo)準(zhǔn)），樣線的每一個(gè)截面都在指定的拉力下被拉伸。這種拉伸產(chǎn)生的永久無應(yīng)力伸長 作為電磁線的可成型性的一種尺度。LSE 測試的意義在于，在這些低應(yīng)力下所測試的永久變形性成為導(dǎo)體柔軟度的一種尺度，用來表示導(dǎo)體在卷繞過程中吸收彎曲和經(jīng)度扭絞的能力。LSE 值越大，導(dǎo)線的可成型性和卷繞性越好。這個(gè)測試適用于對導(dǎo)線的可成型性和卷繞性要求很高的電機(jī)繞組行業(yè)用電磁線。

        LSE 低應(yīng)力拉伸測試方法： 下面是 LSE 測試方法的描述：

（1）從成品線盤或線圈上取下樣線，小心操作盡可能 減小彎曲（注意：采用不正確的方法獲取的樣線往往得不到 正確的測試結(jié)果）。

（2）LSE 測試的樣線長度應(yīng)該是測試量程的長度加上測試把手要求的長度。

（3）用固定線夾夾住樣線一端，樣線另一端由活動(dòng)線夾夾住。線夾間距離應(yīng)該是 10+/-0.1 英寸（254+/-2.5mm）。

（4）加上一個(gè)自然拉力將擬測樣線校直，清除導(dǎo)線的 彎曲。將拉伸測量裝置置零。對應(yīng)導(dǎo)體截面施加的初始拉力 為：銅導(dǎo)體為 7500psi（51.7Mpa)，鋁導(dǎo)體為 4000pis

（27.6Mpa）。

（5）對銅導(dǎo)體，將拉力增加到 15000 pis（103.4Mpa） 并夾持 30+/-1 秒。對鋁導(dǎo)體，將拉力增加到 8000 pis

（55.2Mpa）并夾持 30+/-1 秒。

（6）然后將這個(gè)力恢復(fù)到初始拉力，即對銅導(dǎo)體為

7500 pis（51.7Mpa）或?qū)︿X導(dǎo)體為 4000 pis（27.6Mpa）。

（7）永久性拉伸便通過拉伸測量裝置測得。

（8）再根據(jù)導(dǎo)線的原始標(biāo)準(zhǔn)長度 10 英寸（254mm）以 百分?jǐn)?shù)算出并記錄下 LSE 值。

        4  低應(yīng)力測試在生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用

        4.1 嵌線狀態(tài)不同的樣品低應(yīng)力對比 意大利 SICME 公司設(shè)備 SV-1000 漆包機(jī)生產(chǎn)汽車電機(jī)漆

包線，客戶反饋漆包線線硬，嵌線困難，須查找造成漆包線線硬的原因。

針對客戶投訴，對客戶反饋的嵌線狀態(tài)不同的樣品進(jìn)行分析，主要針對伸長率、回彈角、動(dòng)摩擦、靜摩擦、低應(yīng)力、

抗拉強(qiáng)度等。

表 1 嵌線狀態(tài)不同的樣品性能對比

嵌線狀   規(guī)格   伸長率  GB回彈   NEMA 回彈  動(dòng)摩擦  靜摩擦  低應(yīng)力   柔軟度   抗拉強(qiáng)度

                                           ％                                                                                        （mm）    (N/mm2)     

困難     1.41    41      28       42       0.100   0.046    0.121%    355     256

容易     1.41    41      28       41       0.102   0.040    0.174%    358     255

        通過數(shù)據(jù)對比可以看出，不同嵌線狀態(tài)的漆包線，伸長率、回彈角、摩擦系數(shù)、柔軟度、抗拉強(qiáng)度沒有明顯區(qū)別， 嵌線困難線在低應(yīng)力指標(biāo)上差距較大，低應(yīng)力決定漆包線柔 軟性，低應(yīng)力越高，線越軟。

        4.2 漆包線復(fù)繞對低應(yīng)力的影響 漆包線生產(chǎn)過程中的復(fù)繞工序，主要將大容量線盤中的成品線繞制成小容量線盤，滿足不同客戶需求，復(fù)繞后存在 成品線手感變硬的問題，對復(fù)繞前后的成品線測試低應(yīng)力，發(fā)現(xiàn)低應(yīng)力急劇下降。

        據(jù)此我們初步判斷收線對低應(yīng)力有極大影響，需對此判斷進(jìn)行驗(yàn)證。

        4.3 低應(yīng)力下降的根源分析 對漆包烘爐出來的漆包線在連續(xù)的不同位置取樣，檢測低應(yīng)力，以判斷低應(yīng)力下降的趨勢.

        從圖 1 可以看出，烘爐出口至涂覆表面潤滑劑區(qū)間漆包 線的低應(yīng)力沒有明顯下降，經(jīng)過壓緊輪至成品收線低應(yīng)力出 現(xiàn)明顯下降，烘爐出口至涂覆表面潤滑劑區(qū)間行線轉(zhuǎn)向?qū)л?直徑較大，而壓緊輪至成品收線區(qū)間行線轉(zhuǎn)向?qū)л喼睆捷^ 小，在導(dǎo)輪的直徑不夠大的條件下，導(dǎo)線不斷受到拉伸和壓 縮的交替變形，造成晶格的歪扭，降低低應(yīng)力值，在拉伸時(shí) 容易拉斷。須對壓緊輪至成品收線區(qū)間行線轉(zhuǎn)向?qū)л啿糠诌M(jìn)行改造。

                  表 2  復(fù)繞線性能對比

型號(hào)     規(guī)格    狀態(tài)    低應(yīng)力

QZ(G)-2  1.12    復(fù)繞前  0.182％

QZ(G)-2  1.12    復(fù)繞后  0.125％

        4.4  改進(jìn)方案

        改進(jìn)小組對問題點(diǎn)進(jìn)行討論，判斷收線導(dǎo)輪直徑太小， 導(dǎo)致線過度彎曲，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，降低低應(yīng)力數(shù)據(jù)。據(jù)此對收 線導(dǎo)輪進(jìn)行改造，前后對如下四組導(dǎo)輪進(jìn)行改造：過渡導(dǎo)輪（200mm 改為 330mm）、張力桿導(dǎo)輪（200mm 改為 330mm）、排 線上方導(dǎo)輪（200mm 改為 330mm）、排線導(dǎo)輪（200mm 改為250mm），導(dǎo)輪尺寸原則為在考慮實(shí)際位置，操作安全性，漆 包線包角等因素下導(dǎo)輪盡量大。

        通過對比數(shù)據(jù)可以看出，改造后低應(yīng)力明顯提升，達(dá)到 目標(biāo)樣品的實(shí)際水平，客戶實(shí)際使用滿足要求，嵌線手感， 繞線成型整齊度，槽滿率，繞線線傷等各項(xiàng)繞線性能得到較大提高。

表 3設(shè)備改造前后各項(xiàng)指標(biāo)對比

狀態(tài)對比  規(guī)格  　伸長率%  GB回彈   NEMA回彈   動(dòng)摩擦   靜摩擦  低應(yīng)力  柔軟度   抗拉強(qiáng)度

                                                          %                                                                                                        (mm)     (N/mm2)                

改造前    1.41    41       28        42        0.100     0.046   0.121%   355    266.1

改造后    1.41    42       28        40        0.102     0.036   0.182%   363    254.1

嵌線容易  1.41    41       28        41        0.102     0.040   0.174%   358    25

5  結(jié)  語

新的測試技術(shù)幫助改善電磁線的性能和質(zhì)量，從而滿足 電機(jī)和繞組行業(yè)的需求。低應(yīng)力拉伸（LSE）測試通過低應(yīng) 力永久變形的測量來幫助測定導(dǎo)線的柔軟度。LSE 值給出導(dǎo) 線柔軟度一個(gè)指標(biāo)，也就是導(dǎo)線在繞線過程中對彎曲和徑向 扭絞的吸收能力。LSE 值越大，導(dǎo)線的可成型性和卷繞性越好。通過低應(yīng)力數(shù)值的分析，查找漆包線生產(chǎn)過程造成線材變硬的原因。