摘 要

无取向硅钢是电机铁芯制作的重要原材料，在各类电机中广泛运用。电机中铁芯的制作需要对无取向硅钢进行冲裁加工。已知冲裁过程中会不可避免的引入残余应力，并导致材料切割边缘织构的变化，这些都会使得硅钢的磁性能下降，电机效率变低。与此同时，已知材料的织构会对其形变后的残余应力分布造成影响。因此，本文主要借助X射线衍射法，研究了材料冲裁前后织构和残余应力的演变情况。在此基础上，分析了冲裁间隙对织构和残余应力演变的影响，也揭示了织构对残余应力演变的影响。

关键词：无取向硅钢；织构；残余应力；X射线衍射法；冲裁间隙

Abstract

Non oriented silicon steel is an important raw material for making motor core, which is widely used in all kinds of motors. The manufacture of the iron core in the motor requires the punching process of the non-oriented silicon steel. It’s known that the punching process will lead to the generation of residual stress and the change of texture at the cutting edge, which will reduce the magnetic properties of silicon steel and the efficiency of motor. At the same time, it’s known that the texture of the material will affect the residual stress distribution after deformation. Therefore, this paper mainly studies the evolution of texture and residual stress before and after punching by means of X-ray diffraction. On this basis, the influence of punching parameters on the evolution of texture and residual stress is analyzed, and the influence of texture on the evolution of residual stress is revealed.

Key words: Non-oriented silicon steel；Texture；Residual stress；X-ray diffraction；Punching patamet

目 录

第1章 绪论 1

1.1 硅钢的概述 1

1.2 无取向硅钢的发展 1

1.3 无取向硅钢的性能要求 2

1.4 无取向硅钢的制备工艺 3

1.5 国内外研究现状 4

1.5.1 织构 4

1.5.2 残余应力 5

1.6 测量方法 5

1.6.1 残余应力的测量方法 5

1.6.2 织构的测量方法 6

1.7 研究目的和内容 6

第2章 实验和测量 8

2.1 实验材料 8

2.2 冲裁准备 8

2.2.1 冲裁间隙 8

2.2.2 冲压设备选择 9

2.2.3 冲裁实验模具 9

2.3 冲裁实验 11

2.4 X射线衍射法测量残余应力 12

2.4.1 X射线衍射法测量残余应力的原理 12

2.4.2 衍射峰位的确定 13

2.4.3 测量注意事项 14

2.4.4 测量方案及仪器 14

2.5 X射线衍射法测量织构 15

2.5.1 织构表示方法 15

2.5.2 硅钢测量样品要求 16

2.5.3 测量方案及仪器 16

2.6 本章小结 16

第3章 织构测量结果分析 18

3.1 初始织构分析 18

3.2 冲裁后织构强度变化 18

3.2.1 冲裁间隙为4% 18

3.2.2 冲裁间隙为6% 20

3.2.3 冲裁间隙为8% 21

3.2.4 冲裁间隙为10%t 22

3.2.5 冲裁间隙对织构强度的影响 24

3.3 本章小结 24

第4章 残余应力测量结果分析 26

4.1 冲裁后残余应力变化 26

4.1.1 冲裁间隙为4% 26

4.1.2 冲裁间隙为6% 26

4.1.3 冲裁间隙为8% 26

4.1.4 冲裁间隙为10% 27

4.2 冲裁间隙对残余应力的影响 27

4.3 织构强度与残余应力变化趋势 28

4.4 本章小结 29

第5章 总结与展望 30

5.1 总结 30

5.2 展望 30

参考文献 31

致 谢 33

第1章 绪论

1.1 硅钢的概述

硅钢是一种含硅量在0.5%~6%碳硅铁合金，拥有很好的磁性能。根据硅钢内织构的取向性，可以把硅钢分为无取向硅钢和取向硅钢。通过控制轧制方向和采用再结晶工艺生产的具有高斯织构(即具有{110}晶面//轧制平面和lt;100gt;晶向//轧制方向的晶粒取向)的电工钢被称为取向电工钢。晶粒取向程度小、在硅钢板面上磁各向异性小的硅钢称无取向硅钢^[1]。

无取向硅钢也有不同的分类标准，按照磁感应强度分为低磁感无取向硅钢（硅含量为1.0-2.5wt%）和高磁感无取向硅钢（硅含量为3.0-4.5wt%），其中低磁感无取向硅钢主要用于小型电机、压缩机的铁芯，高磁感无取向硅钢主要用于大型电机、压缩机铁芯^[2]。无取向硅钢板料按照厚度可分为0.65mm、0.5mm、0.35mm和0.2mm几种规格，其中以0.5mm和0.35mm最为常见，使用范围最广。由于板料厚度越薄，相应的铁损值越低，无取向硅钢板料的生产趋势是越来越薄。

依照规定，无取向硅钢中的各个元素含量需要控制在一定范围内，其中对硅、铝、锰含量的要求较高，对碳、氮、氧和硫等杂质元素含量的要求低一些。对于高、中、低牌号的无取向硅钢来说，不同的牌号代表着对这些元素含量的要求是不同的。随着牌号的增大，无取向硅钢中的硅、铝含量分别会提高到约3%和1%为止。在普通牌号的无取向硅钢中，铝的含量约为0.2%~0.7%，碳、氮、锰和硫等元素的含量也会进一步降低。与此同时，杂质元素也会对高牌号硅钢的组织和性能有一定的影响。例如，Ti、Zr等元素会形成细小的ZrN、TiN等杂质从而阻碍晶粒的长大^[3]。因此，如表1.1所示，高牌号硅钢对杂质含量范围也有一定的要求。

表1.1 高牌号杂志含量

1.2 无取向硅钢的发展

1958年日本的新日铁公司开始冷轧无取向硅钢的生产。由于当时日本社会的快速发展导致能源十分紧张，为了节约能源，日本于1978年出台了一系列的政策，其中“月光计划”便是一项较为出名的节能政策，它要求在制造制冷压缩机用高效电机和汽车用高效电机时，使用铁损值不变，磁感更高的无取向硅钢。为此，新日铁公司在1983年研发了NC-M1、NC-B1、NC-M3、NC-M4等一系列牌号的高效电机铁芯用无取向电工钢，使得无取向硅钢的磁感应强度与铁损相互矛盾的这个问题，得到了基本上的解决。在此基础上，从1985年开始，新日铁公司和川崎公司又分别生产出了更高牌号H6和同类牌号RM6的无取向硅钢。