铁基合金非晶带材喷嘴加工

申亚东

【摘 要】铁基非晶合金带材代替传动硅钢片做配电变压器铁芯，可降低能耗60-70%。该技术早在日本日立公司推广应用，早前非晶市场一直被国外企业垄断。我国最早掌握“非晶”核心技术的公司是“安泰科技”。铁基非晶合金的带材厚度为0.02～0.03mm左右，宽度国内目前能生产到213mm。铁基非晶合金带材作为一种新型节能材料，广泛应用于配电变压器、大功率开关电源、脉冲变压器、磁放大器、中频变压器及逆变器铁芯， 适合于10kHz 以下频率使用，用途非常很广。目前国内大小有几十家企业在生产非晶合金带材。有名几家公司是：安泰科技，青岛云路，中置信，兆晶等。

【关键词】喷嘴；氮化硼；数控机床；加工中心；改进

1 非晶带材的生产工艺过程

生产非晶合金带材采用的是“液态”放热变“固态”的物理现象原理。现将钢铁和合金元素在中频电炉中熔化，经过炉底部吹氩气去渣除沫等工艺手段，得到纯净的钢水再把液态钢倒进中间包里，中间包有加热恒温功能。高温钢水在中间包通过塞杆机构把钢水放进喷嘴包，喷嘴包里有自动液位漂浮机构，漂浮的升降传递给塞杆机构控制系统，从而控制喷嘴包钢水的容量。钢水经过喷嘴包的喷嘴流槽，喷射到高速旋转的冷却铜辊上。钢水以每秒百万度的速度迅速冷却，即用千分之一秒的时间将1350℃的钢水降到200℃以下，形成非晶无序结构的带材。因此喷嘴在喷带过程中起到特别关键的作用，喷嘴质量的好坏对带材的质量影响很大。喷嘴流槽宽侧喷出的带材厚，喷嘴流槽不平直侧喷出的带材厚薄不一，采容易断带、不易卷带。所以我下面着重阐述喷嘴的加工

2 喷嘴示意图

图1

3 喷嘴加工工艺及流程分析

3.1 喷嘴主要尺寸描述

如图所示：（1）外形尺寸 长184mm×宽35mm×高31.25mm

（2）钢水流槽口 长142mm×宽0.03mm×高4mm （142mm平直度0.01，0.03mm尺寸精度≤0.005mm， 光洁度Ra0.8 ，测量仪器：光学检测仪）

（3）两道保温喷火口 长148mm×宽0.05mm×高4.62mm（倾斜30°）

（4）钢水熔池 长160mm×宽16mm×高10mm

（5）3只开槽通孔φ6mm×176mm，两端沉孔φ8mm×10mm

（6）钢水熔池与钢水喷口的贯通是通过钻13-φ8mm的通孔

3.2 坯料描述

方坯：厚35mm×长184mm×宽184mm（可加工5件成品）

3.3 材质

氮化硼（BN）。物理特性：熔点3000℃，密度为2.25，压缩强度为170MPa。质地非常坚硬、硬度仅次金刚石，超硬材料。工业上常用于制作切削刀具、刀片、钻头、磨具和切割工具等，冶金上常用于连续铸钢的分离环，非晶态铁的流槽口。

3.4 噴嘴加工工序流程：

毛坯→铣上平面及外形（立铣）→切割分块（卧铣）→翻身铣底平面及外形（立铣）→钻孔（钻床）→铣钢水容池（立铣）→切0.3mm*142mm的喷带槽口（卧铣） 精铣上平面及外形（卧铣）→切0.4mm*148mm的火带槽口（卧铣）→修喷口（人工）→检验（合格）→入库

3.5 现有机床加工设备的分析：

XK6132数控万能升降台铣床壹台，Z525立式钻床壹台。

从目前的加工设备能力、综合以上各加工工序流程来看、得出以下结论：

（1）从工序来讲充分利用了XK6132数控机床（立卧铣不停的在轮流工作），适合单件生产。

（2）大批量生产不能用统筹的方法：不能在同工序生产周期之内跨步生产、即不能在相同的加工时间内或稍长点时间、能同时加工出几件成品出来（产品加工的时间周期可以按上面几道工序中最长的工序时间来计算。批量投产，按流水线用统筹的穿插方法来组织生产，加工一道工序的时间可以同时加工几道工序的工作量，从而节省大量的加工时间、提高操作工的劳动强度和加工效率）。

（3）从产品加工的精度来讲：

a.XK6132数控万能升降台铣床是在原X6132系列万能升降台铣床的基础上跟换滚珠丝杆、改装伺服电机驱动系统而升级设计的数控机床，采（下转第136页）（上接第129页）用原有的床身，导轨，工作台面。变速机构仍然是原机床的18级齿轮变速。从而可知是开环系统而不是闭环系统、也不是无级变速，相对来讲没有自动清零系统尺寸精度不是很高，传动不是很平稳。

b.主轴转速各厂家不一，我公司采购的是沈阳机床厂生产的XK6132型机床。主轴转速为30～1500r/min，进给速度5～1000mm/min。

c.工作台行走定位精度0.035mm。

d.工作台往返重复定位精度0.02mm。

因此得出XK6132数控万能升降台铣床，加工喷嘴外形不成问题，但加工出的“喷嘴流槽口”达不到在142mm长，宽0.3mm的误差≤0.005mm的高精度、高标准要求；XK6132数控万能升降台铣床的定位精度0.035mm/300mm、重复定位精度为0.02mm；从产业的长期发展来看该机床不适合加工高精度的喷嘴流槽口，应改为卧式加工中心加工TC430L或TC550L（国产卧加定位精度0.01 mm、重复定位精度为0.006mm）。

（4）TC550L卧式加工中心，加工的系统性能：

a.加工精度高：位置闭环控制芯片以高性能及高精度的位置检测光栅或磁栅，实现高精度、高速度的闭环位置控制。误差可通过闭环记意系统进行误差补偿，加工转弯面时能自动调节进给速度倍率。从而使过渡面圆滑过渡，光洁平整。

b.加工转速高：主轴转速可达8000r/min、线速度60m/min，进给速度可达5500r/min、线速度40m/min。高速的切削运动、加工出高效的产品，高超的光洁度。从而节能增效！

3.6 改进的方案措施：

（1） 根据目前公司的生产节奏（一条喷带生产线、三班制，每班按消耗2件喷嘴计算，三班共需6件喷嘴）。

（2）机床合理配置：原有的一台数控XK6132数控万能升降台铣床用立铣头（铣喷嘴的外形尺寸）→一台卧式铣床（切料）→一台立式钻床（钻孔）→一台卧式加工中心（切缝）。可以按流水线来组织生产。

（3）机床操作工配置：2名操作工互配操作（从机加工车间安全的角度来考虑：每车间、每班至少安排2人上班，否则不安全文明生产、不能处理特发应急事情）。

（4）产出数量：初步估计一班（8小时）可以平均生产8到9件合格产品出来。

（5）改进的方案措施：再采购一台数控立式铣床和一台卧式加工中心。

以上分析报告及改进的方案措施、是本人在《腾元软磁有限公司》生产一线近期的研究报告。由于本人知识面的深广度，有不道之处恳请公司各位领导、专家指点，通过大家的指点和帮助使公司生产出“高效、高精度”的优质喷嘴出来！使公司带材有质的飞跃！endprint