авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Разработка технологий изготовления порошковых магнитных материалов для электротехнических изделий

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Тимофеев Игорь Александрович

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ПОРОШКОВЫХ МАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

ДЛЯ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ ИЗДЕЛИЙ

Специальность 05.09.02 – Электротехнические материалы и изделия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Москва 2008

Работа выполнена в Тверском государственном университете и в Московском энергетическом институте (техническом университете).

Научный консультант: Действительный член академии инженерных наук им. А.М. Прохорова, доктор физико-математических наук, профессор Кустов Евгений Федорович
Официальные оппоненты: Действительный член АЭН РФ, заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Иньков Юрий Моисеевич доктор технических наук, профессор Павлов Владимир Алексеевич доктор технических наук, профессор Зайцев Юлий Владимирович
ООО
Ведущая организация: ОАО «Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт релестроения с опытным производством»университет

Защита диссертации состоится « » 2008 г. в часов в аудитории на заседании диссертационного совета Д 212.157.15 при Московском энергетическом институте (техническом университете) по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., 14.

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по адресу: 111250, г. Москва, Красноказарменная ул., 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МЭИ.

Автореферат разослан «____»_________2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

кандидат технических наук, доцент М. В. Рябчицкий

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разработка новых материалов, необходимых для решения различных электротехнических задач, совершенствование уже известных материалов с целью получения более высоких эксплуатационных характеристик электротехнических изделий, являются важнейшими направлениями, определяющими развитие электротехники и электротехнической промышленности.

Магнитные материалы широко применяются в самых различных классах электротехнических изделий, их электромеханические характеристики в значительной мере определяют эксплуатационные характеристики электротехнических изделий, их механическую износостойкость, надежность, рабочую температуру и т. п.

Одним из прогрессивных методов формирования элементов изделий из магнитных материалов являются методы порошковой металлургии, которая на сегодня используется в основном для получения элементов конструкционных деталей, несущих в основном механические нагрузки.



Использование указанных технологических методов для рабочих элементов электротехнических конструкций (сердечников, магнитопроводов, магнитных шунтов и т. п.) поставило задачу проведения комплекса физических и технологических исследований по получению магнитных материалов с повышенными магнитными характеристиками.

Проведение исследований, результаты которых изложены в диссертации, осуществлялось в соответствии с постановлением Правительства Российской Федерации № 80 от 25 января 1998 г. «О федеральной целевой программе «Энергосбережение России на 1998-2005 годы» и на основании Указа Президента РФ В. В. Путина № ПР-578 от 30 марта 2002 г. «Приоритетные направления развития науки, технологий и техники РФ и Перечень критических технологий РФ».

Созданию новой инновационной технологии получения магнитных материалов и посвящена настоящая работа и как показали проведенные исследования она позволяет сократить трудоемкость операций изготовления магнитных элементов, способствует снижению себестоимости изделий, экономии магнитных материалов, высвобождению прокатного, штамповочного, металлорежущего станочного оборудования, широко используемого в современной технологии производства элементов магнитных цепей.

Приведенная работа восполняет пробел, который имеет место в данной отрасли науки и техники.

Цель работы. Диссертационная работа посвящена решению крупной научно-технической проблемы, имеющей важное народно-хозяйственное значение. Целью работы является установление реальной физической природы намагничивания и перемагничивания ферромагнетиков, создание теории и методов технологии изготовления магнитных материалов, позволяющих на основе энерго- и ресурсосбережения разработку новых конструкций электротехнических агрегатов и изделий с высокими электромеханическими характеристиками.

Анализ литературных источников свидетельствует, что исследованию процессов изготовления деталей методом порошковой металлургии, являющимся одним из новых прогрессивных технологий, посвящено большое количество работ отечественных и зарубежных ученых и специалистов.

Вопросы теории и технологии, формообразования и спекания порошковых и гранулированных материалов, рассмотрены в работах Г.И.Аксенова, А.Б.Альтмана, Р.А.Андриевского, В.А.Анциферова, М.Ю.Бальшина, С.В.Белова, Б.А.Борок, Г.А.Виноградова, П.А.Витязя, Я.Е.Гегузина, Ю.Г.Дорофеева, С.С.Ермакова, В.Н.Еременко, Г.М.Ждановича, В.А.Ивенсена, В.П.Каташинского, О.А.Катруса, С.С.Кипарисова, М.С.Ковальченко, А.Г.Косторнова, Г.С.Креймера, Ю.В.Левинского, Г.А.Либенсона, Е.Б.Ложечникова, Н.В.Манукяна, Г.А.Меерсона, Н.Н.Павлова, В.Е.Перельмана, Я.Б.Пинеса, И.Д.Радомысельского, В.С.Раковского, А.И.Рудского, О.В.Романа, Г.В.Самсонова, В.М.Сегала, В.В.Скорохода, А.В.Степаненко, И.М.Федорченко, И.Н. Францевича и других, а также ученых дальнего зарубежья: Айзенкольба, Джеймса, Джонса, Кучинского, Ленеля, Ояне, Ристича, Хауснера и других.

В значительной мере теоретические положения физики и металловедения, электрических машин и аппаратов базируются на результатах работ современных отечественных и зарубежных ученых, к которым принадлежат: Г.Н.Александров, П.А.Арсеньев, В.Г. Баженов, А.М.Балбашов, О.А.Банных, К.А.Боярчук, Г.А.Бугаев, Б.К.Буль, А.М.Глезер, Ю.Н.Драгошанский, Ю.В.Зайцев, Ю.М.Иньков, А.В.Иванов-Смоленский, Г.С.Кандаурова, Н.Г.Колбасников, И.П.Копылов, В.М.Кондратов, В.Д.Кочетков, В.А.Кузнецов, П.А.Курбатов, И.О.Леушин, М.А.Любчик, Л.А.Макриденко, В.М.Матюнин, Б.М.Могутнов, В.А.Нестерин, А.Г.Никитенко, Н.И.Носкова, Ю.А.Осипьян, А.Г.Пастушенков, И.И.Пеккер, Ю.К.Розанов, С.В.Серебрянников, Г.П.Станулевич, В.М.Строев, В.П. Чепарин, Е.Н.Шефтель, В.Н.Шоффа, D.Broun, R.S.Tebble, T.Nozawa, T.Yamamoto и другие.

Научные труды этих ученых и специалистов в основном определили направление и характер теоретических и практических разработок, выполненных в настоящей работе.

Научная новизна.

  1. Разработаны теоретические положения создания порошковых, магнитных материалов для магнитных сердечников электротехнических изделий с высокими свойствами.
  2. В результате теоретических и экспериментальных работ исследованы физические основы получения порошковых магнитных материалов с комплексом максимальных магнитных свойств. Выявлены закономерности влияния взаимодействия доменных границ с дислокациями на максимальную магнитную проницаемость, коэрцитивную силу, удельные потери и удельное электрическое сопротивление для различных магнитных материалов.
  3. Установлено влияние неоднородности распределения магнитного потока в спеченных сердечниках.
    С учетом особенностей распределения магнитного потока разработано конструкторское решение по выполнению оптимальной формы сердечников магнитных систем постоянного тока в виде усеченного параболоида.
  4. В результате систематизированных исследований разработан многослойный магнитный материал с помощью дискретного прессования слоев на основе эквидистанционной и дифференциальной вариации приложения давлений по схеме математической матрицы, что позволило получить в многослойном материале физический эффект сдвига магнитных потоков по фазе.
  5. Впервые создан новый класс композиционных магнитных материалов, состоящих из многослойных структур на основе сочетания дискретных слоев магнитомягких материалов (МММ) с различным содержанием кремния и магнитотвердых материалов (МТМ), и на этой основе предложена эффективная магнитная система синхронного двигателя с высокими энергетическими характеристиками.

Основные научные положения, выносимые на защиту:

  • развитие теоретических положений намагничивания и перемагничивания магнитных материалов;
  • методологические закономерности формообразования и спекания порошковых магнитных материалов;
  • результаты теоретических и экспериментальных исследований технологических процессов изготовления магнитопроводов в отличие от известных технологических процессов;
  • новые классы магнитных систем переменного тока
  • методы оптимизации параметров магнитопроводов постоянного тока;

Практическая ценность и реализация результатов работы состоят в следующем:

  • во внедрении прессованных и спеченных магнитопроводов с проведением опытно-промышленных и эксплуатационных испытаний на контакторах типа МПМК-1, изготовленных по чертежам ГЛЦИИ 757.235.002 в соответствии с представленными чертежами автора. Спеченные магнитопроводы изготавливаются на Кинешемском заводе «Электроконтакт» и используются на указанных контакторах с 1999 г. Внедрение разработанной технологии позволило повысить максимальную магнитную проницаемость, снизить коэрцитивную силу и повысить механическую износостойкость аппарата;
  • во внедрении прессованных и спеченных магнитопроводов с проведением опытно-промышленных и эксплуатационных испытаний на Броварском заводе порошковой металлургии. Спеченные магнитопроводы монтируются и комплектуются с другими деталями и затем собираются в кнопочные элементы типа ВП-51 (ЦМ 7774005), которые в последствии устанавливаются в порталах для автоматического управления высотными гражданскими лифтами типа У-0,71 МС. Спеченные магнитопроводы позволяют повысить физико-механические свойства, исключить трудоемкие операции обработки и получать сложные конструктивные формы деталей практически без потерь исходного сырья;
  • в использовании технологического процесса изготовления спеченных слоистых магнитопроводов. Спеченные слоистые магнитопроводы используются для изготовления магнитных систем на реле типа РПУ-1 во Всесоюзном научно-исследовательском, проектно-конструкторском и технологическом институте релестроения (ВНИИР), что позволило снизить электрические потери до 0,5 Вт/кг для магнитной индукции 1,0 Т и частоте перемагничивания 50 Гц, увеличить относительную магнитную проницаемость до 17000 и уменьшить коэрцитивную силу до 7,9 А/м;
  • во внедрении (ВНИИР) технологического процесса совмещенного способа изготовления антикоррозионного покрытия и пропитки магнитных систем в аппаратах переменного тока следующего типов РПУ-1, РПУ-4, РПК-1, ПМА-2000, что позволило защитить магнитные системы аппаратов от процессов коррозионного разрушения и повысить механическую износостойкость магнитных систем в 1,5-2 раза по сравнению с аналоговыми системами;
  • в использовании разработанных спеченных магнитопроводов для трансформаторов напряжения малой мощности на основе безотходной технологии взамен аналогового магнитопровода для трансформатора напряжения малой мощности типа ТБС-2. Разработанные спеченные магнитопроводы используются на Сарапульском радиозаводе, что позволило по сравнению с магнитопроводами аналоговых трансформаторов малой мощности снизить расход потребляемой мощности на 23%, повысить КПД на 24% и поднять Cos на 27%;
  • во внедрении спеченных магнитопроводов, изготовленных по чертежам автора, с проведением опытно-промышленных и эксплуатационных испытаний. Спеченные магнитопроводы используются для изготовления магнитных систем синхронных двигателей типа ДВС-VI на Чебоксарском предприятии ОАО «Завод электроники и механики». Внедрение разработанной конструкции позволило уменьшить затраты стали на 33%, увеличить вращающий момент на 13% и повысить КПД на 14%.

Общий экономический эффект от внедрения спеченных магнитных систем для электротехнических агрегатов и изделий, разработанных в соответствии с предложенными в представленной работе технологическими процессами изготовления, составил 3976,9 тыс. руб. (в ценах 2002 года).





Научные положения диссертации используются в учебном процессе:

  • при чтении лекций и подготовке лабораторных работ по курсам «Электродинамика», «Магнитные материалы и элементы», «Теоретическая физика», «Теоретическая электротехника»;
  • при подготовке аспирантских и магистерских диссертаций, выпускных работ бакалавров, выполнении исследовательских курсовых и дипломных проектов;
  • при издании двух учебных пособий.

Реферируемая работа является частью комплекса работ, проведенных автором на кафедре «Магнетизма» Тверского государственного университета и на кафедре «Физики и технологии электротехнических материалов и компонентов и автоматизированных электротехнических комплексов» Московского энергетического института (технического университета).

Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на международных и всероссийских конференциях, в том числе: международной научно-практической конференции «Современные технологические процессы и оборудование в машиностроении» (г.Чебоксары, 1999 г.), международной научно-практической конференции «Метрологическое обеспечение испытаний и сертификации» (г. Москва, 1999 г.), VIII международном семинаре «Структура дислокаций и механические свойства металлов и сплавов» (г. Екатеринбург, 1999 г.), международной научно-технической конференции «Энергосбережение, экология и безопасность» (г. Тула, 1999 г.), VI Всероссийской научно-технической конференции «Состояние и проблемы измерений» (г. Москва, 1999 г.), Всероссийской научно-технической конференции «Диагностика веществ, изделий и устройств» (г. Орел, 1999 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Технологическое обеспечение качества машин и приборов» (г. Пенза, 2004 г.), общероссийской юбилейной научной конференции с международным участием «Современные проблемы науки и образования» (г. Москва, 2005 г.), IV общероссийской научной конференции с международным участием «Новейшие технологические решения и оборудование» (г. Москва, 2006 г.), международной научной конференции «Современные проблемы науки и образования» (Болгария, г. София, 2006 г.), I международной научной конференции «Приоритетные направления развития науки» (США, г. Нью-Йорк, 2007 г.), III Международной научно-технической конференции «Прогрессивные технологии в современном машиностроении» (г. Пенза, 2007 г.), VIII Всероссийской научной конференции «Успехи современного естествознания» (г. Москва, 2007 г.).

Публикации. Общее количество опубликованных печатных работ по тематике диссертации составляет 59, в том числе монографий – 2, в реферируемых журналах – 49. Новизна и оригинальность разработок конструкций и технологических процессов изготовления спеченных магнитных материалов и электротехнических изделий защищена 15 авторскими свидетельствами и 3 патентами на изобретения.

Автор выражает глубокую благодарность научному консультанту доктору физ.-мат. наук, проф. Е.Ф.Кустову, а также д.т.н., проф. М.В. Петрову, канд. физ.-мат. наук, доц. А.Ю. Мирошниченко за оказанную помощь при выполнении работы, критические замечания и рекомендации.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести разделов, заключения и результатов работы, списка литературы из 253 наименований и включает 251 страницу машинописного текста, 146 рисунков, 42 таблицы. Общий объем работы 299 страниц.

Первая глава посвящена обзору современных данных железокремнистых материалов спрессованных, спеченных магнитопроводов, способам их получения и определены основные направления проведения исследования с целью широкого применения данных материалов.

В данной главе проанализирован обширный накопленный опыт, приведены результаты исследований различных авторов относительно влияния содержания кремния на физические свойства кремнистого железа. Показано, что с увеличением содержаний кремния уменьшается постоянная атомной решетки, снижается плотность материала, увеличивается удельное электросопротивление, кроме того уменьшаются коэффициенты магнитострикции коэффициент магнитной анизотропии. Увеличение содержания кремния приводит к постепенному уменьшению температурного коэффициента электрического сопротивления стали.

На магнитные и электрические свойства материалов влияют способы изготовления магнитопроводов: давление прессования, температура и время спекания, скорость охлаждения и термомагнитная обработка. Повышению свойств магнитных материалов в значительной степени способствовало развитие теоретических явлений физики и металловедения магнитных материалов.

В данной главе также дан анализ и отмечена актуальность экспериментальных и теоретических работ, посвященных влиянию дефектов кристаллической решетки на свойства магнитных материалов, критически обсуждены выводы советских, российских и зарубежных авторов и указаны причины несовпадения данных при сопоставлении экспериментальных и теоретических результатов. Проведенный анализ литературы показал, что отсутствуют какие-либо данные исследований по дислокационной и доменной структуре железокремнистых сталей, содержащих 6,5 % Si.

Вторая глава «Экспериментальные методы исследования» содержит описание подходов в постановке эксперимента, способов и стадий получения исходных порошков и аттестации исследуемых образцов.

Методика изготовления магнитных систем включает в себя следующие операции: приготовление шихты, дозирование порошковой шихты, формирование изделий из порошковой шихты, сушка прессованных изделий, спекание прессовок, термическая обработка магнитных систем и получение монокристаллических материалов. Диагностирование магнитных систем состояло в измерении пористости, определении влажности, оценке формуемости, измерении свойств ферромагнитных материалов и определении удельных электрических потерь.

Изготовление образцов в виде колец размером 34х25х510-3 м производилось для измерения магнитных характеристик, приготовление

П-, Ш-, Г-, Т-, С-, Б-, Н-образных и других типов магнитопроводов – для исследований и промышленных испытаний.

Прессование кольцевых образцов осуществляли на гидравлическом прессе типа П-472, позволявшем получить давление до 0,06 МН, а остальных типов магнитопроводов – на гидравлическом прессе колоннного типа 2ПГ-500 с максимальным давлением на всю контактную поверхность до 0,5 МН. Формование полых магнитопроводов осуществляли на магнитно-импульсной установке типа МИУ-80/10 с наибольшей запасаемой энергией, равной 80 КДж.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.