Struers 司特尔
季度最佳样品的案例分享
标题:电机定子样品的制备
随着新能源汽车行业的蓬勃发展,对新能源车零部件的检验需求越来越大。与传统燃油车的零部件检验相比,新能源车零部件的检验还包括锂电池、电池壳、电机转子和定子等,其中转子和定子(如图1)的尺寸大,形状较复杂且材料不均一(包含铜和硅钢等),给操作人员带来很多困扰。由于样品尺寸大,常规切割设备难以满足切割要求,且效率较低;此外,铜绕组两端焊点的金相制样效果也不甚理想,出现划痕、表面污渍等赝象,影响检验的节奏。当前的工作方式已经很难满足客户日益增加的样品量的需求,提高切割效率、改善制样效果显得尤为重要。
图1. 定子样品实物图
本次制样的目的是模拟现场操作,找到合适的切割、镶嵌和磨抛参数,给客户提供最优的解决方案。切割采用大型落地式切割机Magnutom-5000和台式自动切割机Discotom-100,其中,Magnutom-5000具有超强的切割能力,用于将原样切割成较小的条状样品;Discotom-100可以把条状样品切割成小试样;铜线焊点样品的镶嵌及磨抛设备分别为CitoPress-5和Tegramin-30。
1. 铜绕组部分的夹持与切割
首先将两端的铜绕组沿截面切割,由于定子样品尺寸较大,需要对样品进行有力且可靠的夹持和固定。本次切割采用两组垂直夹具结合垫高块对样品进行夹持,如图2所示。由于铜绕组为空心状态,相对较容易实现切割,综合考虑切割效率及经济成本,选择碳化硅切割轮10S51,步进速度为0.5 mm/s。
图2:Magnutom-5000 及绕组切割的夹持方案
2.硅钢部分的夹持与切割
绕组切割后,继续采用Magnutom-5000对定子的硅钢部分进行分切。由于硅钢硬度较高,因此采用氧化铝切割轮50A51,并将步进速度降低为0.2 mm/s,夹持方案如图3所示。依客户实际需求将硅钢样品分切成若干长条后,在Discotom-100上将长条样品分切成数小块满足客户要求的硅钢块,装夹采用带底座的快速夹具,如图4所示,采用氧化铝切割轮50A30,步进速度为0.2 mm/s。进一步的测试表明,当步进速度降至0.1 mm/s时,切割轮的损耗将大大降低。切割后的表面平整,无烧伤。
图3:硅钢部分切割的夹持与切割结果
(设备:Magnutom-5000)
图4:条块状硅钢的夹持与切割,切割位置如箭头所示(设备:Discotom-100)
3. 铜焊点的切割、镶嵌及磨抛
在Discotom-100上将铜绕组焊点进一步分切,取下焊点后再进行镶嵌磨抛。采用垂直夹具对铜质焊接件进行装夹,碳化硅切割轮10S30切割,步进速度为0.5 mm/s。
图5:切割机 Discotom-100 及铜焊接样品
采用热镶嵌机CitoPress-5和酚醛树脂MultiFast将切割后的焊点样品镶嵌成30 mm直径的标准样品,便于后续自动磨抛。
图6:热镶嵌机 CitoPress-5 及热镶嵌样
磨抛在Tegramin-30上进行,包含如下步骤:粗磨、精磨、金刚石抛光和氧化物抛光
a) 粗磨使用SiC Foil #180砂纸,施加合适的载荷,它可以快速磨削样品一定厚度,并可以保证所有样品的整体平整度。
b) 精磨使用树脂基复合刚性盘MD-Largo,为更好去除粗磨时产生的粗划痕和变形层,精磨步骤的时间会比较长一些。MD-Largo盘背底为钢箔,可以保证样品表面的平整性。另外,该盘使用寿命较砂纸长,磨削率较高,可以有效降低制样成本。
c) 金刚石抛光分别采用软质抛光布MD-Mol和MD-Nap进行3 µm和1 µm抛光,它可以有效去除上述步骤的残留的划痕。
d) 氧化物抛光采用多孔氯丁橡胶抛光布MD-Chem进行氧化物抛光,它可以去除1 μm抛光过程中出现的极细小抛痕。同时,由于被抛光样品为铜质,氧化物抛光液OP-S中可加入适量过氧化氢及氨水以提高抛光效果
4. 金相显微镜 (OM) 观察结果
铜焊点处的抛光面整洁,无明显划痕,腐蚀后可以看到焊接各区域组织清晰明显,见图7。
图7:磨抛机 Tegramin-30 及铜焊点金相照片
Struers 本期最佳样品
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制备人:柯志刚,应用工程师,Struers 中国
材料:铜及硅钢
设备及附件等:大型落地式切割机Magnutom-5000、台式自动切割机Discotom-100、热镶嵌机CitoPress-5、自动磨抛机Tegramin-30
耗材:切割轮10S51、50A51、10S30、50A30,热镶嵌树脂粉MultiFast,砂纸SiC Foil #180,刚性精磨盘MD-Largo,抛光布 MD-Mol、MD-Nap 和MD-Chem,悬浮液DiaPro Allegro/Largo 9 µm、DiaPro Mol R 3 μm、DiaPro Nap R 1 μm和OP-S。
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