[发明专利]粉末冶金法制备发电机爪极的方法及用该方法生产的爪极

说明书

技术领域

本发明涉及发电机用爪极，具体说粉末冶金法制备发电机爪极的方法及用该方法生产的爪极。

背景技术

随着制造业的飞速发展，零部件中对高精度、形状复杂锻件的需求量越来越大，特别是一些机加工比较困难或者加工成本高的锻件，要求直接精密锻造成形，以便降低成本，提高整车的竞争力。爪极零件就是其中之一。爪极是电机上的重要零件，品种繁多、形状十分复杂, 在较薄的平盘上均布着多只竖爪, 竖爪不仅有较高的截面尺寸和精度要求, 而且其内表面有的为带锥度的圆弧面,因而制造难度大。如何采用高效、节能的方法生产出优质的爪极零件，便成为生产中亟待解决的问题。

发电机用爪极零件目前采用的材质是08钢或10号钢。08钢或10号钢在2000A/m时的磁通密度（B）大约为1-1.2T, 在800A/m时的磁通密度小于0.5T，最大磁导率μm约为1000-2000Gs/Oe。由于磁导率较低使该类材料在电机低速发电时的效率较低、运行平稳性差。同时，磁阻R与μm成反比，低的μm易导致爪极的磁阻增大并进一步降低电机效率。

另一方面，目前爪极制备的典型工艺包括精密铸造、板料冲压、挤压、锻造等。精密铸造的优点是便于做出复杂的形状尺寸，但铸造组织有缩孔、含碳量高，导致磁性差、冲击韧度和抗弯强度较差。板料冲压是国内目前应用最广的工艺。爪极的竖爪部分采用厚钢板冲裁——弯曲制成，平盘部分采用挤压成形，再将两部分焊接在一起。该工艺的工序繁琐，工艺废料多，材料利用率低；而且由于两部分加工方式不一样，导致性能有差异，影响了整个零件的使用性能。挤压包括冷挤压、温挤压、分流式反挤压、闭塞挤压等。以冷挤压为例，冷挤压成形是日、美等工业发达国家广泛采用的生产爪极零件的方法，美国于1965年就成功地开发了爪极零件的冷挤压工艺，该工艺在美国福特汽车公司以及日本电装株式会社应用30多年，取得了巨大的经济效益。冷挤压成形工艺流程：下料——退火——磷化皂化——正挤——校正——退火——磷化皂化——镦头——冲孔——切边——退火——磷化皂化——弯曲——第一次精压——第二次精压。挤压工艺的优点在于挤压时金属流动强烈，变形充分，所以组织性能良好；而且挤压成形的零件表面质量好，尺寸精确。缺点是挤压变形力大，需要大吨位设备，模具要求消耗大；工序多，繁琐，应用受到限制。锻造包括热锻冷精整、温冷锻联合等。热锻冷精整成形工艺流程：下料——锻造——加热——一次预成形——二次预成形——终成形——切边——退火——磷化皂化——精整。该工艺的优点是成形方便且制件组织性能得到显著的改善，缺点是模锻、切边、精整工序多，工时、材料和模具的消耗很大。而且虽然采用热锻工艺，材料的屈服应力降低，但是由于爪极零件形状复杂，竖爪尖端难以充满，仍需要很大载荷。对于直径为90-130mm的低碳钢工件，所需多工位锻压机吨位为16000kN，冷精压压力机吨位为1O000kN。所以该工艺对于爪极零件的生产并不理想。

近年来，为了提高电机效率，需要在爪极间放置永磁磁钢，以增加爪极的有效极面积来提高主磁通，从而补偿发电机过大的极间漏磁、提高电机效率。磁钢的放置对竖爪的截面尺寸和精度要求进一步提高，现有的制备工艺很难满足爪极的设计尺寸精度要求。所以，探索用精密成形的方法成形出尺寸精确、性能优良的无切削或少切削制件，仍然是当今成形行业缩短制造过程，提高工作效率的有效途径。

粉末冶金技术以金属粉末为原材料，经过成形、烧结和后处理，从而制取金属材料、复合材料及各种类型制品的工业技术，具备节能、省材、性能优异、产品精度高、稳定性好、适于大批量生产等一系列技术优点。运用粉末冶金技术可以直接制成全致密材料和制品，如齿轮、凸轮、导杆、刀具等。由于粉末冶金法能压制成最终尺寸的压坯，而不需要或很少需要随后的机械加工，是一种少无切削工艺，故能大大节约金属，降低产品成本。用粉末冶金法制备产品时，金属的损耗只有1-5%，而用一般熔铸方法生产时，金属的损耗可能会达到80%。其次，粉末冶金法能保证材料成分配比的正确性和均匀性。最重要的是，粉末冶金适宜于生产同一形状而数量多的产品，特别是爪极、齿轮等加工费用高的产品，用粉末冶金法能大大降低生产成本。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种磁导率高、矫顽力低、饱和磁化强度高、产品精度高、不需加工或少加工的发电机用爪级零件的粉末冶金制备方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：粉末冶金法制备发电机爪极的方法，其包括以下步骤：

（1）混料，将铁粉与磷粉、磷铁合金粉、硅粉、铝粉、镍粉或含磷、硅、铝合金元素的合金粉中至少一种混合形成混合料，并加入润滑剂放入混料机中进行混粉，直至混合均匀；