Klinken en clinchen van laminaatstapels: sterkte versus magnetische impact

TL;DR

• Kies klinken wanneer de stapelintegriteit tijdens het hanteren, wikkelen, persen of trillen het grootste risico is en wanneer je gaten in gebieden met een lagere stroom kunt houden.
• Kies clinching wanneer grote volumes stansen en geïntegreerd stapelen er meer toe doen, maar alleen als het aantal interlocks, de diepte, de speling en de paarindeling worden geregeld als magnetische ontwerpvariabelen en niet alleen als gereedschapsdetails.
• De magnetische straf is niet vaag. In één onderzoek met gestapelde kernen verhoogde een toestand met alleen gaten het ijzerverlies met ongeveer 6.2% op 1,0 T, 50 Hz, De deuvelvorming bracht het tot ongeveer 9.1%, en de verbonden deuveltoestand bereikte ongeveer 13.1%. In dichtere interlock lay-outs uit hetzelfde onderzoek bereikte de toename 40.9%. Daarentegen bleek uit een pin-hole onderzoek dat een 6 mm gat kon extra verlies houden onder 1% wanneer grootte en positie zorgvuldig werden gekozen.

Stapels lamineren werken alleen omdat elke plaat geïsoleerd is van de volgende. Dat klinkt duidelijk. Toch is het belangrijk. Op het moment dat een verbindingsmethode lokale spanning toevoegt, de coating breekt of een geleidende brug creëert, gedraagt de stapel zich niet meer als de schone stapel in het elektromagnetische model. Herzieningen van de productie van elektrisch staal komen steeds op dezelfde plaats terecht: verbinden heeft invloed op permeabiliteit, hysteresisverlies, wervelstroomverlies en lokale warmteontwikkeling, soms allemaal tegelijk.

De echte vraag is dus niet welke methode is sterker. Het is smaller dan dat. Nuttiger ook. Welke methode is sterk genoeg voor het mechanische werk, met de kleinste magnetische boete die je daadwerkelijk in productie kunt houden?

De korte beslissingsregel

Als de stapel waarschijnlijk mechanisch gestraft zal worden - transport, wikkelspanning, plaatsing van de behuizing, perspassingbelasting, trillingen, snelheidsgerelateerde spanning - is klinken meestal de veiligste richting. Als de stapel in volume wordt opgebouwd en de fabriek wil dat de laminaten zichzelf stapelen in de progressieve matrijs, dan heeft klinken een duidelijk procesvoordeel. Maar zodra de snelheid toeneemt, de flux toeneemt of de dichtheid van de verbinding zich verspreidt in het actieve pad, wordt clinchen interessant.

Dat is de hele handel in één regel: Klinken koopt mechanische marge; clinchen koopt productie-efficiëntie. Geen van beide is magnetisch vrij.

Wat magnetische prestaties eigenlijk slechter maakt

Drie mechanismen richten de meeste schade aan.

1. Ontbrekend staal in het fluxpad. Gaten verwijderen actief materiaal en vervormen de flux.
2. Restspanning en plastische vervorming. Deze doen afbreuk aan de permeabiliteit en verhogen het hysteresisverlies.
3. Elektrische bruggen tussen laminaten. Zodra platen door het verbindingsgebied beginnen te geleiden, verschijnen er extra wervelstroompaden. In sommige interlock lay-outs worden die paden gesloten lussen en loopt de boete snel op.

Die splitsing is belangrijk omdat klinken en clinchen niet dezelfde belasting betalen.

Klinken: mechanisch rustig, magnetisch schoner alleen als gaten zorgvuldig worden behandeld

In dit artikel, klinken betekent dat de stapel wordt vastgezet door een discrete sluiting via een gatenpatroon. Mechanisch is dat eenvoudig te begrijpen en te controleren. De grootte van de gaten is zichtbaar. Klembelasting is zichtbaar. Het aantal verbindingen is zichtbaar. Voor grotere stapels of ruwere assemblageomstandigheden heeft dat soort expliciete bevestiging nog steeds veel voordelen.

De magnetische kant is waar ingenieurs over struikelen. Het gat zelf is al een storing. Uit een onderzoek naar gaatjes in transformatorkernen bleek dat een vergroting van de gaatjesdiameter het kernverlies zichtbaar deed toenemen, met een 6 mm gat dat een toename van onder 1%, terwijl hij verhuisde naar 10 mm duwde de verandering naar ongeveer 6.39% in dat geval. Dezelfde studie vond ook dat het plaatsen van gaten op plaatsen waar de fluxdistributie lager is, de boete vermindert. In een andere studie over axiale klemming van gelamineerde kernen wordt hetzelfde punt naar voren gebracht: gaten voor klemming met een doorgaande bout horen thuis in gebieden met een lagere flux.

Er is een tweede laag. In een onderzoek met gestapelde kernen, waarbij het maken van gaten werd gescheiden van de deuvelvorming en het voegen, bleek de alleen gaten conditie verhoogd ijzerverlies met ongeveer 6.2% op 1,0 T, 50 Hz. Op 1,5 T, 50 Hz, Hetzelfde gateffect was er nog steeds, maar smaller, ongeveer 6.3%. Dus klinken is niet “magnetisch neutraal” alleen omdat het interlocknoppen vermijdt. Gaten kosten nog steeds iets. Meestal minder dan een slecht klinkpatroon. Niet altijd minder dan een goed patroon.

De praktische lezing is duidelijk genoeg: kleine gaten, plaatsing met weinig licht, beperkt aantal. Daar begint klinken verstandig te lijken.

Clinchen: snel in productie, smal in procesvenster

Klinkende, of interlocking, is aantrekkelijk omdat het kan worden ingebouwd in de stansroute. Recent productiewerk aan stansvormen beschrijft dat vergrendelde kernen direct in het eindstation worden geplaatst en gecombineerd, terwijl routes zonder vergrendeling vaak nog offline moeten worden verzameld, geteld, gevormd en later samengevoegd. Afzonderlijk kostenwerk voor lamineergereedschap komt tot een vergelijkbare conclusie aan de matrijskant: de gereedschapskosten volgen de lamineergrootte, de complexiteit van het onderdeel, het productiescenario en vooral het aantal progressieve matrijsstations.

Daarom blijft clinching opduiken in volumeprogramma's. Minder contactmomenten. Minder handling stroomafwaarts. Geen aparte bevestigingsmaterialen. Het proces is netjes.

Dan komt de magnetische rekening.

Uit een overzicht van verbindingsmethoden blijkt dat interlocking als proces zeer efficiënt is, maar het is niet sterk en kan alleen lage mechanische krachten. Hetzelfde overzicht geeft een samenvatting van gemeten bewijs dat het omgekeerde van permeabiliteit en ijzerverlies beide lineair toenemen met het aantal interlocks, en dat radiale interlocks schadelijker zijn dan omtrekinterlocks. De deuvelbreedte is ook van belang: smallere deuvels verminderen het verlies.

De bruikbaardere cijfers komen van gestapelde kernmetingen. In één onderzoek werd bij 1,0 T, 50 Hz, Bij een enkele configuratie met samengevoegde deksels nam het ijzerverlies toe met ongeveer 13.1% ten opzichte van de referentie zonder drempels. Toen de interlock lay-out dichter werd, steeg de toename tot ongeveer 20.6%, 23.5%, 31.9%, en tot slot 40.9% afhankelijk van de configuratie. Op 1,5 T, 50 Hz, Dezelfde reeks was milder maar nog steeds betekenisvol: ongeveer 7.6% tot 28.3%. Dezelfde verbindingsfamilie. Heel verschillende resultaten, afhankelijk van het patroon.

Dat is het punt dat veel selectiegidsen over het hoofd zien. Clinching is niet één procesresultaat. Het is een hele familie van resultaten.

Waarom sommige stacks met clinch heel snel slecht worden

Omdat er twee straffen zijn, niet één.

De eerste straf is plaatselijke materiaalschade. De deuvelvorming vervormt het staal plastisch. In hetzelfde gestapelde kernwerk is de deuvelvormig maar nog niet samengevoegd conditie verhoogd ijzerverlies met ongeveer 9.1% op 1,0 T, 50 Hz. Het samenvoegen van de deuvelparen duwde de verhoging naar 13.1%. Die splitsing is belangrijk: een deel van de schade komt van het maken van de functie, dan komt er meer van het forceren van de verbinding.

Het tweede nadeel is elektrisch. Zodra bepaalde interlockparen in een lay-out zitten die flux een geleidende lus laat verbinden, treedt er extra wervelstroomverlies op. Dezelfde studie ontdekte dat dit extra verlies neemt lineair toe met de dichtheid van in elkaar grijpende paren, en dat het probleem veel duidelijker wordt bij 400 Hz dan op 50 Hz voor de betreffende lay-outs. Met andere woorden, dichte of slecht geplaatste vergrendelingen zijn niet alleen een probleem bij lage frequenties. Ze verouderen slecht naarmate de frequentie toeneemt.

Als je machine een hoge snelheid heeft, maakt dit meer uit. Niet minder.

Kwantitatieve vergelijking voor technische beslissingen

De tabel hieronder is een mix van gegevens uit verschillende onderzoeken en geometrieën, dus het is geen één-op-één ontwerplimiet. Het is nog steeds nuttig. Het laat zien waar de straf begint en hoe steil deze kan oplopen.

Kosten en capaciteit: hier begint inkoop met het stellen van betere vragen

Er is hier geen universeel dollarkoers omdat de gereedschapskosten sterk afhangen van de onderdeelgrootte, de complexiteit van de geometrie en het aantal stations in de progressieve matrijs. Gepubliceerde kostenmodellen voor laminaatstempels zijn expliciet op dat punt. Het productiescenario verandert de matrijs en de matrijs verandert de kosten.

Toch is de commerciële verdeling vrij stabiel.

Clinchen is meestal zinvol als de lijn onderdelen zelf in de matrijs wil stapelen en de doorvoercapaciteit wil beschermen. Klinken is meestal zinvoller als de koper bereid is een aparte verbindingsroute te accepteren in ruil voor een sterkere retentie en een conservatievere mechanische verbindingsstrategie. De echte inkoopvraag is dus niet “wat is goedkoper?”. Het is dit:

Waar wilt u de kosten hebben: in de matrijs en de procesbesturing, of stroomafwaarts in hardware, handling en assemblage?

Die heeft de neiging om vergaderingen sneller te beëindigen.

Ontwerpregels die beter standhouden dan slogans

Een paar regels komen vaak genoeg voor in de literatuur om serieus behandeld te worden.

1. Breng verbindingen aan in gebieden met zwakkere flux

Dit is expliciet voor het klemmen op basis van gaten en dezelfde logica helpt meestal ook bij het plaatsen van clinchs. Als een verbinding in een rustiger magnetisch gebied zit, is er beter mee te leven.

2. Tel gewrichten alsof ze geld kosten. Omdat ze dat doen.

Verlies door in elkaar grijpen nam toe met het aantal deuvels en met de dichtheid van in elkaar grijpende paren. Meer punten kunnen de retentie verbeteren. Ze kunnen een beheersbare verliesstijging ook veranderen in een slechte.

3. Procesparameters maken deel uit van het magneetontwerp

Voor interlocking beïnvloeden de embossingdiepte, de speling en de randconditie van het gereedschap allemaal het resultaat. In een onderzoek naar 0,5 mm varieerde de juiste embossingdiepte van 0,36 mm naar 0,39 mm afhankelijk van het vel, en de stapelkwaliteit ging achteruit als de speling groter was dan 4% van de plaatdikte. Dat is geen kleine gevoeligheid.

4. Annealing kan een deel van de schade herstellen

Reviewwerk meldt dat gloeien na het verbinden het kernverlies verlaagt en de magnetische prestaties verbetert. Het zal niet alle geometrieafwijkingen opheffen. Het kan het spanningsgedreven deel van de afwijking voldoende verminderen om van belang te zijn.

Wat u moet vragen voordat u een van beide methoden goedkeurt

Als je een RFQ, een proces-FMEA of een checklist voor ontwerpevaluatie schrijft, vraag dan naar deze items:

• a gezamenlijke kaart over de fluxkaart, en niet alleen een CAD-tekening van de stapel;
• gemeten delta in kernverlies ten opzichte van een losse of minimaal verbonden referentiestapel;
• voor clinching, de gevalideerde dieptevenster, vrijloopvenster en compensatieschema gereedschapsslijtage;
• voor klinken, de het aantal gaatjes, de diameter van de gaatjes en het bewijs dat de gaatjes in gebieden met een lagere flux zitten;
• mechanische gegevens vermeld als belastingsgeval plus faalwijze, geen algemene “sterk genoeg” opmerking.

Dat laatste is waar veel slechte keuzes langer overleven dan zou moeten.

FAQ

Definitieve antwoord, zonder de afdekking

Als je programma wordt beperkt door mechanisch risico, is klinken meestal het veiligste antwoord.

Als je programma wordt beperkt door doorvoer en geïntegreerde productie, clinchen is vaak het betere antwoord.

Als je programma wordt beperkt door efficiëntie bij hogere frequentie, Wees voorzichtig met clinchingdichtheid en paarindeling voordat je het proces vertrouwt, alleen omdat het er elegant uitziet op de matrijzentekening.

Dat is de echte handel. Niet kracht versus verlies in abstracto. Retentiemarge versus magnetische schade, onder werkelijke productieomstandigheden.