嚴(yán)小軍，陳永秀，李彥博

（北京航天控制儀器研究所，北京100854）

陀螺定子鐵心作為馬達(dá)的關(guān)鍵部件，其質(zhì)量直接影響馬達(dá)的性能和使用壽命。目前批量生產(chǎn)中定子鐵心一般是由一定數(shù)量的軟磁材料薄片膠接疊壓而成，因此膠接質(zhì)量直接決定了產(chǎn)品合格率。為了保證產(chǎn)品膠接疊壓質(zhì)量，通過(guò)多次試驗(yàn)摸索發(fā)現(xiàn)，使用硅烷偶聯(lián)劑KH550[1-8]對(duì)疊片進(jìn)行表面處理后可顯著提高定子疊片的膠接質(zhì)量，提高產(chǎn)品在后續(xù)機(jī)械加工中產(chǎn)品合格率和穩(wěn)定性。

直觀分析法又稱(chēng)極差分析法。其最主要是利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)研究多因素多水平的一種設(shè)計(jì)方法，它是根據(jù)正交性從全面試驗(yàn)中挑選出部分有代表性的點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，這些有代表性的點(diǎn)具備了“均勻分散，齊整可比”的特點(diǎn)，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是分析因式設(shè)計(jì)的主要方法，是一種高效率、快速、經(jīng)濟(jì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法[9-11]。本文選用直觀分析方法研究表面處理對(duì)膠接強(qiáng)度的影響，確定KH550的濃度、表面處理后烘干的溫度和烘干時(shí)間最佳工藝參數(shù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)?zāi)康?/h3>

考慮影響定子鐵心疊片表面處理后粘接質(zhì)量的主要影響因素，已達(dá)到優(yōu)化工藝參數(shù)的目的。

1.2 試驗(yàn)條件

北京康美特公司KH225膠，硅烷偶聯(lián)劑KH550（工業(yè)級(jí)），1J50軟磁合金，無(wú)水乙醇，蒸餾水。

1.3 試驗(yàn)因素

選用三個(gè)可變因素，分別為：硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量份數(shù)、表面處理后烘干溫度、表面處理后烘干時(shí)間。

為了研究硅烷偶聯(lián)劑質(zhì)量份數(shù)、表面處理后烘干溫度、表面處理后烘干時(shí)間對(duì)膠接質(zhì)量的影響，特安排了三因素三水平的正交試驗(yàn)，試驗(yàn)因素與水平見(jiàn)表1.

表1 試驗(yàn)因素與水平

1.4 試驗(yàn)過(guò)程

1.4.1 配制硅烷偶聯(lián)劑水溶液

采用蒸餾水和乙醇共混溶劑作為硅烷偶聯(lián)劑的水解溶液。配制方法為按照質(zhì)量份數(shù)比在蒸餾水中加入乙醇，置于磁力攪拌器上攪拌均勻，緩慢加入硅烷偶聯(lián)劑，攪拌3 h至溶液透明、均勻。

1.4.2 表面處理工藝參數(shù)的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T7124-2008《膠黏劑拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)定》制作1J50軟磁合金剪切試驗(yàn)件，按照配置的質(zhì)量份數(shù)溶液，將試件浸漬在水解后的硅烷偶聯(lián)劑溶液中（2min以內(nèi)），選用L9（34）正交表（表2）進(jìn)行試驗(yàn)設(shè)計(jì)。其數(shù)據(jù)采集方法為：在每種試驗(yàn)情況下，制作6件剪切件進(jìn)行拉剪強(qiáng)度測(cè)試，每組剔除離散型較大的一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，取5件的平均值記入試驗(yàn)結(jié)果。

表2正交試驗(yàn)表L9（34）

2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

將干燥后的1J50軟磁合金按照目前生產(chǎn)線上的膠接工藝進(jìn)行膠接。用萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行拉剪強(qiáng)度測(cè)試，剪切強(qiáng)度取5組數(shù)據(jù)的均值，如表3所列。

表3 表面處理后剪切強(qiáng)度數(shù)據(jù)

K1這一行的3個(gè)數(shù)，分別是因素A，B，C的第1水平所在的試驗(yàn)中對(duì)應(yīng)的剪切強(qiáng)度之和，同理，K2這一行的3個(gè)數(shù)分別是因素A，B，C的第2水平所在的試驗(yàn)中對(duì)應(yīng)的剪切強(qiáng)度之和，K3這一行的3個(gè)數(shù)分別是因素A，B，C的第3水平所在的試驗(yàn)中對(duì)應(yīng)的剪切強(qiáng)度之和。

k1，k2，k3 這三行的數(shù)，分別是 K1，K2，K3 這三行中的3個(gè)數(shù)分別是各水平對(duì)應(yīng)的平均值。

同一列中，k1，k2，k3這3個(gè)數(shù)中最大者減去最小者所得的差即為極差。從表3可以看出，各列的極差是不同的，這說(shuō)明各因素的水平改變時(shí)對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)的影響是不同的。表3中因素B這一列極差最大4.58，說(shuō)明因素B水平改變時(shí)對(duì)表面處理后剪切強(qiáng)度的影響最大，因此應(yīng)作為考慮的主要因素，它的第3個(gè)水平對(duì)應(yīng)的剪切強(qiáng)度平均值最大27.97，所以取B3最好。第一列即因素A的極差為2.06，僅次于因素B，以第1水平對(duì)應(yīng)的數(shù)值最大26.12，所以取A1最好。第3列即因素C的極差為1.02，是3個(gè)因素中極差最小的，說(shuō)明它的水平改變時(shí)對(duì)表面處理后剪切強(qiáng)度的影響最小，以其第3水平對(duì)應(yīng)的數(shù)值25.73最大，所以取C3最好。

從以上結(jié)果分析可以得出結(jié)論：各因素對(duì)試驗(yàn)指標(biāo)（剪切強(qiáng)度）的影響按大小次序來(lái)說(shuō)應(yīng)當(dāng)是B（烘干溫度）A（KH550質(zhì)量份數(shù)）C（烘干時(shí)間），最好的方案為B3A1C3，即烘干溫度100℃，KH550質(zhì)量份數(shù)5%，烘干時(shí)間2 h.

使用硅烷偶聯(lián)劑KH550處理后的粘接強(qiáng)度都在22.74 MPa以上，提高了約6 MPa，說(shuō)明KH550表面處理可以明顯提高疊片粘接強(qiáng)度。同時(shí)通過(guò)對(duì)正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，各因素對(duì)剪切強(qiáng)度的影響按大小次序依次是B（烘干溫度100℃）A（配比5%）C（烘干時(shí)間2 h），最優(yōu)方案是B3A1C3，剛好與狀態(tài)3試驗(yàn)相符合。

這里分析出的最優(yōu)方案為試驗(yàn)中已進(jìn)行過(guò)的3號(hào)試驗(yàn)，從實(shí)際測(cè)試結(jié)果看第3號(hào)的剪切強(qiáng)度為30.56 MPa也是9次試驗(yàn)中試驗(yàn)最高的，這也說(shuō)明找出的最優(yōu)方案是符合實(shí)際的[9-11]。

3 產(chǎn)品應(yīng)用驗(yàn)證

定子鐵心的磁性能需要滿足技術(shù)指標(biāo)要求，對(duì)表面處理后的鐵心疊片進(jìn)行處理后進(jìn)行了磁性能測(cè)試和產(chǎn)品生產(chǎn)應(yīng)用驗(yàn)證。磁性能測(cè)試結(jié)果如表4數(shù)據(jù)，可以看出表面處理前后，磁性能發(fā)生了小范圍變化，但是在技術(shù)指標(biāo)要求范圍之內(nèi)，可以應(yīng)用與生產(chǎn)使用。

表4 表面處理后磁性能測(cè)試數(shù)據(jù)

在滿足磁性能設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，按照正交試驗(yàn)中優(yōu)選的B3A1C3方案（狀態(tài)3）的工藝參數(shù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%、烘干溫度100℃、烘干時(shí)間2 h）和狀態(tài)6工藝參數(shù)（質(zhì)量分?jǐn)?shù)10%、烘干溫度100℃、烘干時(shí)間0.5 h）對(duì)疊片進(jìn)行表面處理后，2種狀態(tài)各生產(chǎn)10件，按照正式產(chǎn)品生產(chǎn)流程進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。

圖1是經(jīng)疊裝、線切割和磨削后的兩組對(duì)比效果圖。疊片按照狀態(tài)6工藝參數(shù)進(jìn)行KH550硅烷偶聯(lián)劑表面處理后10件產(chǎn)品開(kāi)裂了3件，小樣本看較之前50%的合格率有所提高。疊片按照狀態(tài)3工藝參數(shù)進(jìn)行KH550硅烷偶聯(lián)劑表面處理后10件產(chǎn)品全部合格，都未發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象。初步驗(yàn)證選擇5%硅烷偶聯(lián)劑處理，選用100℃，烘干2 h后的疊片進(jìn)行表面處理后，鐵芯疊片的粘接強(qiáng)度得到了明顯提高，小樣本范圍內(nèi)合格率100%.

圖1 定子鐵芯2種狀態(tài)開(kāi)裂情況

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)陀螺馬達(dá)定子鐵心疊片用KH550硅烷偶聯(lián)劑表面處理后，通過(guò)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)，確定了最佳的表面處理工藝參數(shù)質(zhì)量份數(shù)5%、烘干溫度100℃、烘干時(shí)間2 h，應(yīng)用產(chǎn)品進(jìn)行機(jī)械加工驗(yàn)證。鐵心疊片的粘接強(qiáng)度得到明顯改善，能夠很好地抵抗?jié)駸岘h(huán)境（線切割環(huán)境）和磨削力作用，在線切割和磨削工序中保持不開(kāi)裂，產(chǎn)品的合格率得到了明顯提高。

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