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《MATERIALS》：使用微/納米織構沖頭對非晶帶材疊片的精密沖孔工藝研究
發布日期：2023-07-14 瀏覽次數：2734
隨著電動汽車在全球范圍內的暢銷，汽車公司對低鐵損高磁感的電機鐵心有著嚴格的要求.電機鐵心作為電機的基本部件，一般由穿孔的疊片電工鋼板制成。近年來非晶帶材作為鐵心制造的原材料越來越受到重點關注和選擇。相比于傳統硅鋼片，非晶材料可以減少1/10的鐵損提高磁性能，然而其有延展低性和高硬度，也會使得非晶材料在穿孔過程中帶來許多缺陷，即便在宏觀觀察中沒有可見的缺陷，微觀觀察下也會在空洞附近的影響區發現缺陷和損傷，從而帶來磁性能下降的風險。同時非晶材料高硬度特點也會顯著降低剪切工具的壽命從而增加成本。此外有研究發現，相比于給一片非晶薄片沖剪，給多片薄片沖剪會使得受影響區域變寬，例如當使用正常工具沖壓出一疊五層非晶帶材時，會在每個片非晶片的圓周方向上誘發許多裂紋，因此需要開發出非傳統的沖剪工具來減少這些受影響的區域，并對非晶材料疊片進行精細穿孔。
日本富山大學小森幸也等研究人員研究了一種新的加工方法，選擇離子銑削來銳化WC (Co)沖頭和沖模邊緣，增強穿孔中的應力集中，并減少工具磨損和受影響區域的寬度，并發明了激光修整方法作為降低穿孔沖頭的頂表面粗糙度和在側表面上形成納米紋理，當穿孔厚度為200μm的AISI316L鋼板時，受影響區域的寬度顯著減小。
在該項研究中，使用了兩種類型的氮化SKD11沖頭來研究微/納米織構化對穿孔過程的影響，使用機械研磨的WC（Co）沖頭作為參考（表1）。該項工作使用了五塊非晶帶材疊片，用于分析沖壓對穿孔缺陷的影響，并使用掃描電鏡和三維輪廓儀測量了影響區寬度和工件表面輪廓。研究發現穿孔沖頭的微/納米織構化是控制穿孔特性和提高穿孔產品質量的關鍵技術。當使用機械研磨的沖頭時，受影響區域的寬度達到非晶帶材厚度的三倍以上。此外，施加的功率在裂縫和扭曲的形成中被消耗，以擴大施加的負載-沖程曲線。這拼接孔的直徑總是大于沖頭的直徑；這些缺陷會留在穿孔的板材上；當使用微米/納米紋理沖頭時，受影響區域的寬度顯著減小，遠小于板材厚度。減小了所施加的載荷與行程的關系，從而降低了沖壓時所施加的力的塑性耗散。穿孔直徑總是小于沖頭直徑；這種減少是由穿孔后卸載過程中的回彈造成的；微米/納米織構取向對上述沖孔工藝是有影響的。當沿著穿孔方向使用微米/納米紋理沖頭時，來自工件的碎屑顆粒被捕獲到納米凹槽中，以將它們從穿孔過程中排出（圖2）。通過控制微米/納米織構的取向，也降低了施加載荷與行程關系中的塑性耗散；由于電機鐵心中的鐵損是由非晶帶材片具有缺陷的殘余區域引起的，所以使用微米/納米紋理沖頭的穿孔工藝可以通過最小化受影響區域的寬度來直接減少鐵損。特別是，受影響的區域寬度在疊層中的每個非晶片中均勻減小；穿孔質量高，生產率高。因為在這個穿孔過程中允許正常的間隙設置，所以沖頭和沖模的壽命得以延長，而不會損失穿孔沖頭的質量（圖3）。也使得這種微型/納米紋理工具具有高成本競爭力。
日本富山大學小森幸也等研究人員研究了一種新的加工方法，選擇離子銑削來銳化WC (Co)沖頭和沖模邊緣，增強穿孔中的應力集中，并減少工具磨損和受影響區域的寬度，并發明了激光修整方法作為降低穿孔沖頭的頂表面粗糙度和在側表面上形成納米紋理，當穿孔厚度為200μm的AISI316L鋼板時，受影響區域的寬度顯著減小。
在該項研究中，使用了兩種類型的氮化SKD11沖頭來研究微/納米織構化對穿孔過程的影響，使用機械研磨的WC（Co）沖頭作為參考（表1）。該項工作使用了五塊非晶帶材疊片，用于分析沖壓對穿孔缺陷的影響，并使用掃描電鏡和三維輪廓儀測量了影響區寬度和工件表面輪廓。研究發現穿孔沖頭的微/納米織構化是控制穿孔特性和提高穿孔產品質量的關鍵技術。當使用機械研磨的沖頭時，受影響區域的寬度達到非晶帶材厚度的三倍以上。此外，施加的功率在裂縫和扭曲的形成中被消耗，以擴大施加的負載-沖程曲線。這拼接孔的直徑總是大于沖頭的直徑；這些缺陷會留在穿孔的板材上；當使用微米/納米紋理沖頭時，受影響區域的寬度顯著減小，遠小于板材厚度。減小了所施加的載荷與行程的關系，從而降低了沖壓時所施加的力的塑性耗散。穿孔直徑總是小于沖頭直徑；這種減少是由穿孔后卸載過程中的回彈造成的；微米/納米織構取向對上述沖孔工藝是有影響的。當沿著穿孔方向使用微米/納米紋理沖頭時，來自工件的碎屑顆粒被捕獲到納米凹槽中，以將它們從穿孔過程中排出（圖2）。通過控制微米/納米織構的取向，也降低了施加載荷與行程關系中的塑性耗散；由于電機鐵心中的鐵損是由非晶帶材片具有缺陷的殘余區域引起的，所以使用微米/納米紋理沖頭的穿孔工藝可以通過最小化受影響區域的寬度來直接減少鐵損。特別是，受影響的區域寬度在疊層中的每個非晶片中均勻減小；穿孔質量高，生產率高。因為在這個穿孔過程中允許正常的間隙設置，所以沖頭和沖模的壽命得以延長，而不會損失穿孔沖頭的質量（圖3）。也使得這種微型/納米紋理工具具有高成本競爭力。
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