Vermeidung von Blattversetzungen bei der Mehrblattlaminierung von 1070 Scheiben aus reinem Aluminium für Transformatorkerne: Optimales Führungsstift-Buchsenspiel-Design

1. Einführung: Anwendungshintergrund und Kernlaminierungsanforderungen von 1070 Scheiben aus reinem Aluminium für Transformatorkerne

Transformer cores are core components for electrical energy conversion, and their magnetic permeability and loss directly determine transformer efficiency. 1070 pure aluminum discs for transformer cores (Al content ≥99.7%) have become ideal substrates for small and medium-sized transformer cores due to their high electrical conductivity (≥62% IACS at 20℃), low magnetic loss (hysteresis loss ≤0.3W/kg at 50Hz), and excellent ductility—especially suitable for high-frequency, low-loss scenarios (z.B., new energy vehicle-mounted transformers).

Typischerweise, such cores adopt the “multi-sheet blanking and lamination” Verfahren: coil materials of 1070 Scheiben aus reinem Aluminium for transformer cores (0.3mm dick) are blanked into discs with diameters of 50-200mm, then laminated (10-50 sheets per lamination) to form core columns or yokes. The core quality indicator here is Laminierungsfaktor ≥0,95 (erweiterte Anforderung von GB/T 13789-2022 Kaltgewalzte Siliziumstahlbleche für Transformatoren und Reaktoren; Laminierungsfaktor = tatsächliche Laminierungsdichte/theoretische Dichte, was die Festigkeit der Laminierung widerspiegelt).

In der industriellen Praxis, 35% Die Nichteinhaltung des Laminierungsfaktors ist darauf zurückzuführen Blattversetzung– d.h., Randversetzung zwischen benachbarten Bandscheiben >0.03mm. Dadurch entstehen Luftspalte im Inneren des Kerns, Erhöhung des magnetischen Widerstands um 15%-20% und Leerlaufverlust um 8%-12%. Der Ursache auf der Spur, Unkontrolliertes Spiel zwischen den Führungsstiften und den Buchsen der Schneidwerkzeuge ist der Hauptauslöser: Ein zu großes Spiel verringert die Führungsgenauigkeit, Dies führt beim Stanzen zu einer Fehlausrichtung zwischen Ober- und Unterwerkzeug; unzureichender Abstand, im Gegensatz dazu, führt zu Verschleiß und Verklemmen der Führungsstifte und Buchsen, Es entstehen Metallablagerungen, die die Positionierungsoberfläche verunreinigen. daher, basierend auf den Materialeigenschaften von 1070 pure aluminum discs for transformer cores und das 0,3-mm-Dünnblech-Stanzverfahren, Es ist notwendig, den angemessenen Spielbereich für Führungsstifte und Buchsen zu bestimmen, um eine Blattverschiebung an der Quelle zu vermeiden.

2. Grundlegende charakteristische Analyse von 1070 Scheiben aus reinem Aluminium für Transformatorkerne und Mehrblechlaminierung

(1) Material- und Dickeneigenschaften von 1070 Scheiben aus reinem Aluminium für Transformatorkerne (0.3mm)

1. Einfluss mechanischer Eigenschaften auf die Stanzpositionierung: 1070 pure aluminum discs for transformer cores haben eine geringe Härte von nur HV25-30, ein Elastizitätsmodul E=70GPa, und eine Dehnung δ5≥35 %. Vor allem, die dünnen Bleche (0.3mm) neigen zu elastischen Verformungen aufgrund von Führungsabweichungen beim Stanzen, und diese Verformung ist irreversibel – sie führt direkt zu einer Kantenverschiebung während der Laminierung. Zum Beispiel, wenn das Spiel zwischen Führungsbolzen und Buchsen zu groß ist, die Stanzkraft (ca. 8–12 kN, abhängig vom Scheibendurchmesser) verschiebt die obere Matrize um 0,02 mm, Dies führt zu einer plastischen Verformung von 0,015 mm am Rand der Scheibe. Die während der Laminierung akkumulierte Versetzung wird dann 0,03 mm überschreiten.

2. Oberflächenbeschaffenheit und Laminierhaftung: Zusätzlich, eine natürliche Oxidschicht (Al₂O₃) von 2-5 nm bildet sich leicht auf der Oberfläche von 1070 pure aluminum discs for transformer cores. Obwohl es die Isolierung nicht beeinträchtigt, es erhöht den Reibungswiderstand beim Laminieren. Wenn ein zu großer Abstand zwischen Führungsstiften und Buchsen Grate verursacht (>0.01mm) an den Scheibenrändern, Diese Grate beeinträchtigen die Haftung zusätzlich, Reduzierung des Laminierungsfaktors ab 0.96 nach unten 0.93.

(2) Kernanforderungen für die Mehrblattlaminierung (Laminierungsfaktor ≥0,95)

1. Quantitative Definition des Laminierungsfaktors: Laminierfaktor K = (tatsächliche Laminierungsdicke/(Einzelblattdicke × Anzahl der laminierten Blätter)) × 100%. Für 20 Blätter von 1070 pure aluminum discs for transformer cores (0.3mm dick), die theoretische Laminierungsdicke = 6,0 mm. If the actual thickness = 5.7mm, K=95%; if there is 0.03mm dislocation per sheet, the accumulated dislocation of 20 sheets = 0.6mm, and the actual effective lamination thickness = 5.4mm—resulting in K=90% (non-compliant).

2. Relationship between dislocation and lamination factor: Finite element simulation (ABAQUS) further shows that when the dislocation of a single disc ≤0.02mm, the lamination factor of 20 sheets ≥0.95; when dislocation >0.02mm, K decreases linearly with increasing dislocation (slope -1.67%/0.01mm), as shown in the table below:

3. Mechanism and Quantitative Analysis of the Impact of Guide Pin-Bushing Clearance on Sheet Dislocation

The guide pins and bushings of blanking dies are core components ensuring alignment accuracy between upper and lower dies. Their clearance (D) wird durch den Führungsstiftdurchmesser bestimmt (D) und Buchseninnendurchmesser (D), d.h., d=(D-d)/2. Sowohl ein übermäßiger als auch ein unzureichender Abstand führen zu einer Verschiebung des Blattes 1070 pure aluminum discs for transformer cores, mit spezifischen Mechanismen wie folgt:

(1) Zu großer Abstand (D>0.015mm): “Starre Luxation” Verursacht durch verlorene Führungsgenauigkeit

In erster Linie, Ein zu großes Spiel beeinträchtigt die Führungsgenauigkeit, führt dazu “starre Luxation.”

1. Mechanisches Modell: Während des Ausblendens, Auf das Oberwerkzeug wirkt die Schnittkraft F (kN), Erzeugen einer Querkraft F_side = F×tanθ auf den Führungsstift (θ ist der Austastkantenwinkel, normalerweise 5°-8°). Für 1070 pure aluminum discs for transformer cores mit einem Durchmesser von 100mm, F≈10kN und θ=6°, sind F_side≈10×tan6°≈1,05kN.

2. Verschiebungsberechnung: Führungsstifte bestehen typischerweise aus SUJ2 (Lagerstahl, E=206GPa). Für einen Führungsstift mit Durchmesser d=20mm und Länge L=150mm, nach der materialmechanischen Durchbiegungsformel:

Δ= F_Seite×L³/(3×E×I)

wobei I=πd⁴/64 (Trägheitsmoment). Ersetzen der Daten: Δ≈1,05×10³×(150)³/(3×206×10³×π×20⁴/64)≈0,008 mm.

Wenn das Führungsbolzen-Buchsen-Spiel δ=0,02 mm ist, die Gesamtverschiebung des Oberwerkzeugs = Δ+δ≈0,028 mm. Dies führt zu einer Kantenverschiebung des Stanzteils 1070 pure aluminum discs for transformer cores ungefähr 0,028 mm betragen, Daraus ergibt sich ein Laminierungsfaktor K≈93,8 % für 20 Blätter (non-compliant).

(2) Unzureichender Abstand (D<0.005mm): “Dynamische Luxation” Verursacht durch Verschleiß und Blockierung

Umgekehrt, Unzureichendes Spiel führt zu Verschleiß und Verklemmungen, führt dazu “dynamische Luxation.”

1. Verschleißmechanismus: Führungsstifte und Buchsen haben eine H7/h6-Passform (Toleranzklasse). Wenn Freigabe <0.005mm, schlechte Schmierung (blanking of these aluminum sheets easily generates aluminum chips that contaminate grease) leads to “dry friction,” causing scratches on the guide pin surface (Tiefe >0.003mm).

2. Dislocation performance: Worn guide pins and bushings exhibit “jamming-jumping” behavior: the upper die jams first during downward movement, then suddenly releases. This causes instantaneous alignment deviation of 0.02-0.03mm between upper and lower dies during blanking, and the deviation is random—making it difficult to correct during lamination of 1070 pure aluminum discs for transformer cores.

(3) Deduction of Reasonable Clearance Range: Threshold Based on Lamination Factor ≥0.95

Based on the above dual mechanisms, the reasonable clearance range must balance “avoiding rigid dislocation” Und “preventing dynamic dislocation.” Speziell, it is necessary to satisfy “total upper die displacement ≤0.02mm” (ensuring dislocation of a single 1070 Scheibe aus reinem Aluminium für Transformatorkerne ≤0,02 mm und K≥0,95), d.h.:

Δ+δ≤0,02 mm

Gegeben ist Δ≈0,008mm (Durch die Schneidkraft verursachte Durchbiegung des Führungsstifts), δ≤0,012 mm.

In der Zwischenzeit, um Verschleiß durch unzureichendes Spiel zu vermeiden, bezogen auf GB/T 12444-2016 Die Komponenten – Führungsstifte, Der minimal zulässige Abstand für Führungsstifte und Buchsen beträgt 0,005 mm (für H7/h6 passend mit d=20mm, Führungsstifttoleranz h6=0/-0,013mm, Buchsentoleranz H7=+0,021/0mm, Mindestabstand = 0,005 mm).

Zusammenfassend, Der Abstand zwischen Führungsstiften und Buchsen sollte zwischen 0,005 und 0,012 mm liegen. Dieser Bereich gewährleistet die Luxation eines einzelnen 1070 Scheibe aus reinem Aluminium für Transformatorkerne ≤0,02 mm und Laminierungsfaktor ≥0,95.

4. Unterstützende technische Lösungen für die Abstandskontrolle (Sterben + Verfahren)

Die alleinige Kontrolle des Spiels zwischen Führungsstift und Buchse reicht nicht aus, um eine Blattverschiebung vollständig zu vermeiden 1070 pure aluminum discs for transformer cores. Es ist notwendig, die Optimierung der Werkzeugstruktur und die Anpassung der Prozessparameter zu einem integrierten Ergebnis zu kombinieren “Führen-Positionieren-Ausblenden” Steuerungssystem:

(1) Optimierung des Gesenkführungssystems

Zunächst einmal, Durch die Optimierung des Matrizenführungssystems wird der Grundstein für eine stabile Spaltkontrolle gelegt.

1. Material und Genauigkeit der Führungsstifte und Buchsen:

• • Führungsstifte: SUJ2 abgeschreckt (HRC58-62), Oberflächenrauheit Ra≤0,4μm, Zylindrizität ≤0,002 mm;

• • Buchsen: SUJ2 abgeschreckt (HRC55-58), Innenlochrauheit Ra≤0,2μm, Koaxialität ≤0,003mm;

• • Passungstoleranz: Die H7/h6-Passung sorgt für ein Anfangsspiel von 0,005 bis 0,012 mm, Anpassung an die Anforderungen an die Austastgenauigkeit von 1070 pure aluminum discs for transformer cores.

2. Anzahl und Anordnung der Führungsstifte:

• • Für 1070 pure aluminum discs for transformer cores mit Durchmessern von 50-200mm, zwei Führungsstifte (φ16-20mm) werden verwendet, symmetrisch außerhalb der Stanzkante angeordnet (Abstand vom Rand ≥15mm) um eine Beeinträchtigung der Führung durch die Stanzkraft zu vermeiden;

• • “Hilfsführung” (z.B., Führungsstifte der Abstreifplatte) wird hinzugefügt, um die Ausrichtungsabweichung zwischen Ober- und Unterwerkzeug weiter auf 0,005 mm zu kontrollieren.

(2) Anpassung der Parameter des Blanking-Prozesses

Nächste, hinsichtlich der Prozessparameter, Die Anpassung der Blanking-Bedingungen an die Abstandskontrolle erhöht die Stabilität.

1. Austastgeschwindigkeit: Kontrolliert bei 100-150 Hübe/min, um Vibrationen von Führungsstiften und Buchsen zu vermeiden, die durch Hochgeschwindigkeitsschneiden verursacht werden (wenn Schwingungsamplitude >0.003mm, der Clearance-Effekt wird verstärkt), Gewährleistung der Positionierungsstabilität von 1070 pure aluminum discs for transformer cores während des Ausblendens;

2. Schmiermethode: “Sprühschmierung” wird übernommen (Schmierölmodell: ISO VG32, mit aluminiumspezifischen Verschleißschutzadditiven). Das Sprühen wird jeden Tag durchgeführt 500 Schneidhübe zur Reduzierung der Aluminiumspäne und des Führungsverschleißes, protecting the edge quality of 1070 pure aluminum discs for transformer cores;

3. Lamination positioning: After blanking, “vacuum suction + positioning pins” dual positioning is used. The positioning pins have a diameter of φ3-5mm, and the clearance with the pre-punched holes of 1070 pure aluminum discs for transformer cores ≤0.01mm to ensure axial alignment during multi-sheet lamination.

(3) Clearance Monitoring and Maintenance

Beyond initial setup, ongoing monitoring and maintenance are equally critical to sustain clearance performance.

1. Online monitoring: A laser displacement sensor (accuracy 0.001mm) is installed outside the bushing to real-time monitor the radial runout of the guide pin. When runout >0.008mm (indicating excessive clearance), the machine stops automatically to avoid mass production of non-compliant 1070 pure aluminum discs for transformer cores;

2. Regelmäßige Wartung: After blanking 100,000 1070 pure aluminum discs for transformer cores, the guide pins and bushings are disassembled, and the clearance is measured with a micrometer. Wenn Freigabe >0.015mm, the bushing is replaced (Führungsstifte weisen in der Regel einen minimalen Verschleiß auf und können wiederverwendet werden).

5. Industrielle Verifizierung und Fallanalyse

(1) Laborverifizierung (Testdaten eines Transformatorkernherstellers)

Zur experimentellen Validierung des abgeleiteten Clearance-Bereichs, Labortests wurden mit standardisierten Proben durchgeführt.

Nehmen “φ120mm×0,3mm 1070 pure aluminum discs for transformer cores, 20-Blattlaminierung” als Testobjekt, Es wurden unterschiedliche Führungsstift-Buchsen-Abstände eingestellt, um den Laminierungsfaktor und die Versetzung zu testen:

Abschluss: Wenn der Abstand zwischen 0,005 und 0,012 mm liegt, the lamination factor of 1070 pure aluminum discs for transformer cores ≥95 % und Leerlaufverlust ≤1,05 W/kg, gemäß GB/T 6451-2015 Technische Parameter und Anforderungen für Öl-Leistungstransformatoren.

(2) Industrieller Anwendungsfall (Ein neues Energiefahrzeug-montiertes Transformatorprojekt)

For a practical illustration of these findings in industrial settings, a case study of a new energy vehicle-mounted transformer project is presented.

In the production of vehicle-mounted transformer cores by an automobile manufacturer, initial uncontrolled guide pin-bushing clearance (0.02-0.025mm) resulted in a lamination factor of only 92%-93% für 1070 pure aluminum discs for transformer cores Und 30% excessive core loss. After adopting the solutions in this paper:

1. Guide pins and bushings with H7/h6 fit were replaced, controlling clearance within 0.008-0.010mm;

2. Auxiliary guiding and vacuum positioning were added;

3. Online clearance monitoring was implemented.

After optimization, the lamination factor of 1070 pure aluminum discs for transformer cores stabilized at 95.5%-96.2%, and core loss decreased to 1.03W/kg—meeting the low-loss requirements of vehicle-mounted transformers. The product qualification rate increased from 75% Zu 99%.

6. Schlussfolgerungen und Ausblick

(1) Kernschlussfolgerungen

Zusammenfassung der wichtigsten Erkenntnisse, zum Stanzen und Laminieren mehrerer Blätter 1070 pure aluminum discs for transformer cores (0.3mm dick) mit einem Laminierungsfaktor ≥0,95, Der Abstand zwischen den Führungsstiften und den Buchsen der Schneidwerkzeuge muss streng kontrolliert werden 0.005-0.012mm. Dieser Bereich vermeidet starre Versetzungen, die durch übermäßiges Spiel verursacht werden (Verschiebung des Oberwerkzeugs >0.02mm) und dynamische Versetzung aufgrund unzureichenden Spiels (Verschleiß und Blockierung), Gewährleistung der Verschiebung einer einzelnen Scheibe ≤0,02 mm und eines konformen Laminierungsfaktors.

(2) Zukünftige Entwicklungsrichtungen

Wir blicken voraus auf zukünftige Fortschritte, Drei Schwerpunktbereiche kristallisieren sich heraus, um die Leistung weiter zu verbessern:

1. Intelligente Leitsysteme: Integrieren Sie KI-Algorithmen und piezoelektrische Sensoren, um das Spiel von Führungsstiften und Buchsen in Echtzeit anzupassen (z.B., Verschleißausgleich durch Wärmeausdehnung), Realisierung einer Optimierung des dynamischen Abstands und einer weiteren Verbesserung der Laminiergenauigkeit von 1070 pure Aluminiumscheiben for transformer cores;

2. Gapless guiding technology: Entwickeln “magnetic levitation guiding” (non-contact fit of guide pins and bushings using electromagnetic force) to completely eliminate the impact of clearance on guiding accuracy, adapting to higher-precision blanking requirements of 1070 pure aluminum discs for transformer cores;

3. Material modification: Coat the surface of 1070 pure aluminum discs for transformer cores with a 0.5-1μm TiN layer to increase surface hardness (HV300-400), reducing blanking burrs and lamination friction, and further expanding the tolerance range of clearance control.

(3) Grundprinzip

Letztlich, the core principle underlying this work is that multi-sheet blanking and lamination of thin 1070 pure aluminum discs for transformer cores must focus on the synergy of “guiding accuracy-material properties-lamination requirements”. Controlling guide pin-bushing clearance is the foundation, but it must be combined with die structure and process optimization to achieve efficient, Verlustarme Herstellung von Transformatorkernen.