СПОСОБ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПОТЕРЬ В ЖЕЛЕЗЕ ЛИСТА ИЗ НЕТЕКСТУРИРОВАННОЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКОЙ СТАЛИ ПОСЛЕ РЕЗКИ
METHOD FOR FORECASTING IRON LOSSES OF THE SHEET MADE OF NON-TEXTURED ELECTROTECHNICAL STEEL AFTER CUTTING

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к способу использования листов из нетекстурированной электротехнической стали для железных сердечников двигателей и т.п., и более конкретно к способам прогнозирования потерь в железе листов из нетекстурированной электротехнической стали после резки.
Уровень техники
Листы из нетекстурированной электротехнической стали, используемые для железных сердечников двигателей и т.п., подвергаются процессам формования, включая резку, например резку наклонным лезвием и штамповку, для повышения производительности. В этом случае пластичные напряжения и упругие напряжения создаются в стальных листах во время резки, вызывая увеличение потерь в железе.
В частности, в случае малого размера сердечника и стального листа, имеющего небольшую ширину, после выполнения резки, ухудшение потерь в железе из-за напряжений является довольно заметным, и фактические результаты потерь в железе значительно отличаются от результатов, полученных методом оценки, представленном в стандарте JIS, что вызывает проблему невозможности получить заданные характеристики двигателя.
В общем, для прогнозирования характеристик двигателя с высокой точностью на этапе проектирования необходимо при анализе электромагнитного поля и т.п. использовать характеристики потерь в железе, которые учитывают влияние резки. В качестве такого метода для моделирования потерь в железе с учётом влияния резки, например, DENSO Technical Review, vol. 12, № 2, 2007, pp. 129-135 (NPL 1) описывает метод фактического измерения потерь в железе после резки и включения измерений в моделирование, и Journal of the Institute of Electric Engineers of Japan, Vol. 131, № 7, 2011, pp. 567-574 (NPL 2) описывает метод прогнозирования потерь в железе одиночной пластины при растягивающем и сжимающем напряжении в сочетании с величиной напряжения, определяемой исследованием упругопластического деформирования.
Раскрытие сущности изобретения
Техническая проблема.
Однако эти методы требуют измерения фактических потерь в железе стальных полос любой возможной ширины, доступной при резке, а также сложного анализа упругопластического деформирования и являются, таким образом, очень длительными, трудоёмкими и дорогостоящими. Поэтому трудно использовать эти методы для соответствия каждому конкретному техническому заданию и по-прежнему остаётся очень высокой потребность в упрощенном прогнозировании потерь в железе.
Таким образом, было бы полезно предложить упрощенный и весьма точный способ прогнозирования характеристик потерь в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали, который разрезан до определённой ширины.
В соответствии с использованием в описании термин «резка» относится в широком смысле к обработке резкой, включающей, например, резку наклонным лезвием и штамповку, которая включает резку стального листа в качестве материала перерабатываемого в искомую форму и размер, вызывая пластическое напряжение (напряжение сдвига) и в конечном счёте разрыв стального листа.
Решение проблемы
С этой целью мы провели интенсивные исследования и получили следующие данные.
(1) Лист из нетекстурированной электротехнической стали после резки содержит зону, не подвергнутую механической обработке, в которой не создаётся напряжение механической обработки, и зону, подвергнутую механической обработке, в которой создаётся напряжение механической обработки, и потери в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали могут быть прогнозированы путём суммирования потерь в железе в зоне, не подвергнутой механической обработке, и потерь в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, в соответствии с соотношением зоны, не подвергнутой механической обработке, и зоны, подвергнутой механической обработке
(2) Магнитный поток, проходящий в зоне, не подвергнутой механической обработке, и в зоне, подвергнутой механической обработке, можно грубо разделить на три приведённые ниже модели (области) в соответствии со средней плотностью магнитного потока.
0
1
2
• Область 1: Область, в которой при увеличении средней плотности магнитного потока B, плотность магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, и плотность магнитного потока зоны, подвергнутой механической обработке, B, увеличиваются в той же степени.
0
1
2
• Область 2: область, в которой при увеличении средней плотности магнитного потока B, плотность магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, увеличивается в большей степени, чем плотность магнитного потока в зоне, подвергнутой механической обработке, B.
0
2
1
• Область 3: Область, в которой при увеличении плотности магнитного потока B, плотность магнитного потока В зоны, подвергнутой механической обработке, увеличивается в большей степени, чем плотность магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке.
0
1
2
Здесь B, B и B обозначают среднюю плотность магнитного потока листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки, плотность магнитного потока зоны, не подвергнутой механической обработке, и плотность магнитного потока в зоне, подвергнутой механической обработке соответственно при возбуждении после резки.
(3) В этих моделях, например, заданием потерь в железе в зоне, не подвергнутой механической обработке, и потерь в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, как описано ниже, становится возможным прогнозировать потери в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали разрезанному до произвольной ширины более простым способом с высокой точностью по сравнению с обычными способами.
• Проводится оценка потерь в железе образца из того же материала, что и анализируемый стальной лист с небольшим воздействием резки, такого как образец, имеющий относительно большую ширину после резки, или образец, подвергнутый электроимпульсной обработке с небольшим влиянием напряжения, и результат используется как потери в железе в зоне, не подвергнутой механической обработке.
• Проводится сравнение потерь в железе образцов того же материала, но с разной степенью влияния резки (например, сравнение потерь в железе образца, подвергнутого электроимпульсной обработке с потерями в железе образца разрезанного наклонным лезвием (резка) на произвольную ширину или сравнение потерь в железе двух образцов, разрезанных с разной шириной), чтобы получить таким образом потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке.
Следует отметить, что потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, могут быть заменены потерями в железе, измеренными при одноосном сжимающем напряжении, равном 100 МПа или более, приложенном к листу из нетекстурированной электротехнической стали того же материала, что и анализируемый стальной лист.
(4) Чтобы определить ширину созданного напряжения от обработанного края, хотя оптимальным является использование результатов, измеренных с использованием рентгеновского или синхротронного излучения в упрощённой схеме можно получить практически приемлемый уровень точности прогнозирования с использованием значения, которое в два-четыре раза превышает толщину листа.
Ниже приводится описание экспериментов, приводящих к этим данным.
Эксперимент 1.
Лист из нетекстурированной электротехнической стали, имеющий толщину 0,20 - 0,65 мм, подвергают резке с наклонным лезвием (резка), с получением образца шириной 30 мм. Из образца шириной 30 мм готовят четыре образца для испытания методом Эпштейна (далее называемые просто «образцы для испытаний»), каждый из которых имел ширину 30 мм и длину 280 мм. В этом случае резку наклонным лезвием проводят таким образом, чтобы направление прокатки совпадало с продольным направлением каждого образца.
Затем методом рентгеновской дифракции измеряют распределение остаточных напряжений на краю образца. В этом случае напряжение получено измерением методом изо-наклонности и расчётами методом половинной величины ширины. Фиг. 1А иллюстрирует результаты измерения напряжения в образце толщиной 0,50 мм. Фиг.1B иллюстрирует методику измерения напряжения.
Как видно из фиг. 1A, напряжение присутствует (влияние механической обработки расширяется) примерно до 1,5 мм от обработанной кромки образца.
Кроме того, фиг. 2 иллюстрирует зависимость между толщиной листа каждого образца и расстоянием от обработанной кромки, на которое распространяется влияние обработки (это расстояние также будет называться как «ширина, подвергнутая обработке»). Как видно из фиг. 2, ширина, подвергнутая обработке, зависит от толщины листа образца.
Затем, в соответствии с толщиной листа образца создают отверстия диаметром 0,5 мм на расстоянии 0,5 - 2,2 мм от обоих краёв и зонд с катушкой пропускают через отверстия для измерения распределения плотности магнитного потока зоны, не подвергнутой механической обработке, расположенной в центральной части по ширине образца, и распределение плотности магнитного потока в зоне, подвергнутой механической обработке, вблизи обработанной кромки.
0
1
2
0
1
2
Фиг. 3 иллюстрирует зависимость между B и B, B, где B обозначает среднюю плотность магнитного потока образца, имеющего толщину листа 0,5 мм при возбуждении, B обозначает плотность магнитного потока зоны, не подвергнутой механической обработке, в центральной части по ширине образца, и В обозначает плотность магнитного потока в зоне, подвергнутой механической обработке, вблизи обработанной кромки.
0
Как показано на фиг. 3, в области А, в которой средняя плотность магнитного потока B достигает около 0,3 Тл, зона, подвергнутая механической обработке, и зона, не подвергнутая механической обработке, имеют в основном идентичные магнитные потоки.
0
0
1
0
В области B, в которой средняя плотность магнитного потока B находится в пределах 0,3 - 1,4 Тл, легко проходит магнитный поток в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока B и отношение увеличения плотности магнитного потока в зоне B, не подвергнутой механической обработке, к увеличению средней плотности магнитного потока B составляет 1,015.
0
0
1
0
Кроме того, в области C, в которой средняя плотность магнитного потока B находится в диапазоне около 1,4 - 1,7 Тл, затруднено прохождение магнитного потока в зоне, подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока B и отношение увеличения плотности магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, к увеличению средней плотности магнитного потока B составляет 0,93.
0
0
В итоге, в точке, где средняя плотность магнитного потока B достигает 1,7 Тл, плотность магнитного потока зоны, подвергнутой механической обработке, соответствует плотности магнитного потока зоны, не подвергнутой механической обработке, и в области D, в которой средняя плотность магнитного потока B составляет более 1,7 Тл, зона, подвергнутая механической обработке, и зона, не подвергнутая механической обработке, имеют идентичную плотность магнитного потока.
a
a
Верхний предел B средней плотности магнитного потока (т.е. средней плотности магнитного потока, представляющей граничное значение между областью A и областью B) зависит от толщины листа в области A, в которой зона, подвергнутая механической обработке, и зона, не подвергнутая механической обработке, имеют в основном идентичные магнитные потоки. Как видно из фиг. 4, B изменяется с толщиной листа для образцов, имеющих толщину листа 0,25 - 0,50 мм, и остаётся постоянной для образцов, имеющих толщину листа менее 0,25 мм и более 0,50 мм.
1
0
b
Что касается верхнего предела (граничного значения) средней плотности магнитного потока в каждой области, кроме области А, то не наблюдается зависимости от толщины листа. Отношение увеличения плотности магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, к увеличению средней плотности магнитного потока B в области B и, альтернативно, к увеличению в области C, было определено равным около 1,02 и около 0,93 в среднем для всех образцов соответственно. Кроме того, верхний предел B средней плотности магнитного потока в области B (средняя плотность магнитного потока, представляющая граничное значение между областью B и областью C), было найдено равным в среднем около 1,45 Tл для всех образцов.
С учётом результатов измерений мы разработали модель, как показано на фиг. 5, на основе следующих положений:
a
(а) Как показано на фиг. 4, верхний предел B для области (область A), в которой зона, подвергнутая механической обработке, и зона, не подвергнутая механической обработке, имеют по существу идентичные магнитные потоки, принимается равным 0 Tл, когда толщина листа t составляет 0,25 мм или менее, 1,2 * t -0,3, когда толщина листа t составляет более 0,25 мм и 0,50 мм или менее и 0,3 Тл, когда толщина листа t превышает 0,50 мм;
1
0
(b) В области (Область B), в которой легко проходит магнитный поток в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока, отношение увеличения плотности магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, к увеличению средней плотности магнитного потока B, которая представляет собой лёгкость прохождения потока магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, принимается равным 1,02;
1
0
(с) В области (область C), в которой затруднено прохождение магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока, отношение увеличения плотности магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, к увеличению средней плотности магнитного потока B, указанное отношение представляет лёгкость прохождения магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, принимается равным 0,93; и
b
(d) Верхний предел B средней плотности магнитного потока в области (область B), в которой легко проходит магнитный поток в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока (т.е. средняя плотность магнитного потока, представляющая граничное значение между областью B и областью C), принимается равным 1,45 Tл.
Мы исследовали точность этой модели.
Эксперимент 2.
Из листа из нетекстурированной электротехнической стали толщиной 0,5 мм, использованного в эксперименте 1, вырезают образец шириной 10 мм и длиной 280 мм. В соответствии с использованием в описании «ширина, подвергнутая обработке» означает расстояние от обработанной кромки, на которое распространяется влияние механической обработки, и «ширина, не подвергнутая механической обработке» относится к ширине области, на которую не влияет механическая обработка. Следует отметить, что процесс резания является резкой наклонным лезвием (резка) или электроимпульсной обработкой.
Затем, как показано на фиг. 6А и 6В, три образца вырезают из стального листа тем же способом и объединяют в образец для испытаний, имеющий общую ширину 30 мм. Таким образом готовят четыре образца для испытаний с продольным направлением, параллельным направлению прокатки, и подвергнуты испытанию по Эпштейну.
Считается, что в образце, подвергнутом электроимпульсной обработке, практически отсутствует напряжение, то есть нет зоны, подвергнутой механической обработке. Следовательно, считается, что, если в модели, показанной на фиг. 5, потери в железе образца, подвергнутого электроимпульсной обработке, используется как потери в железе в зоне, не подвергнутой механической обработке, вырезанного образца, тогда потери в железе в вырезанном образце могут быть выражены как:
0
1
2
потери в железе (B) вырезанного образца = [потерям в железе (B) образца, подвергнутого электроимпульсной обработке] * [относительная ширина зоны, не подвергнутой механической обработке] + [потери в железе (B)] зоны, подвергнутой механической обработке, вырезанного образца] * [относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке], (1)
где «относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке» относится к отношению общей ширине, подвергнутой механической обработке, к ширине вырезанного образца, и «относительная ширина зоны, не подвергнутой механической обработке» относится к отношению общей ширины, не подвергнутой механической обработке, к ширине вырезанного образца.
Из результатов эксперимента 1, ширина, подвергнутая механической обработке, вырезанного образца задаётся равной 1,5 мм, и задаются граничные значения между зоной, подвергнутой механической обработке, и зоной, не подвергнутой механической обработке.
0
1
2
0
Кроме того, фиг. 7 иллюстрирует зависимость между B и B, B в области с низкой плотностью магнитного потока (область A), в которой средняя плотность магнитного потока B находится в пределах 0 - 0,3 Tл.
a
1
2
0
1
2
0
Как показано на фиг. 7, каждый образец, используемый в этом случае, имеет толщину листа 0,5 мм, и верхний предел B средней плотности магнитного потока в области А задают равным 0,3 Тл на основании результатов эксперимента 1, предполагая, что плотность магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, и плотность магнитного потока В зоны, подвергнутой механической обработке, равны (B=B=B) до точки, где средняя плотность магнитного потока B достигает 0,3 Tл.
0
1
2
Затем устанавливается зависимость между B и B, B в области B, в которой легко проходит магнитный поток в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости средней плотности магнитного потока.
b
0
0
Из результатов эксперимента 1 следует, что верхний предел B для средней плотности магнитного потока B в области B, в которой легко проходит магнитный поток в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока B принимается равным 1,45 Тл.
1
0
1
0
1
a
b
Кроме того, может быть задано отношение увеличения плотности магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, к увеличению средней плотности магнитного потока B, которое представляет лёгкость протекания магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, равным 1,02, и В имеет значение 0,3 Тл, когда оно равно нижнему пределу плотности магнитного потока В (средняя плотность магнитного потока на границе между областью А и областью В = 0,3 Тл). Соответственно, может быть вычислена плотность магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, в области B (в которой средняя плотность магнитного потока находится между B и B), как показано на фиг. 8, путём:
1
0
B = 1,02*B - 0,006 (2)
2
С другой стороны, плотность магнитного потока В зоны, подвергнутой механической обработке, может быть рассчитана путём деления разницы между общим магнитным потоком и величиной магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, на площадь сечения зоны, подвергнутой механической обработке. То есть, как показано на фиг. 8, она может быть рассчитана по:
2
0
1
B = (B - B*[относительная ширина зоны, не подвергнутой механической обработке])/
[относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке]. (3)
0
b
1
2
Из уравнений (2) и (3), если средняя плотность магнитного потока B = B (1,45 Tл), тогда B и B рассчитываются равными соответственно 1,47 Tл и 1,40 Tл.
В уравнении (3) относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке, и зоны, не подвергнутой механической обработке, являются отношениями ширины зоны, подвергнутой механической обработке, и зоны, не подвергнутой механической обработке, вырезанного образца. В этом случае ширина, подвергнутая механической обработке, вырезанного образца может быть принята равной 1,5 мм из результатов эксперимента 1, и образец для испытаний, сформированный путём объединения таких образцов, содержит в общей сложности шесть зон, подвергнутых механической обработке, как показано на фиг. 6B. Поэтому относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке, вырезанного образца может быть рассчитана как 1,5 мм * 6 участков / 30 мм, и относительная ширина зоны, не подвергнутой механической обработке, как (30 мм - 1,5 мм * 6 участков) / 30 мм.
0
1
2
Затем устанавливается зависимость между B и B, B в области C, в которой затруднено прохождение магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока.
1
0
1
b
c
Отношение увеличения плотности магнитного потока в зоне B, не подвергнутой механической обработке, к увеличению средней плотности магнитного потока B, которое представляет собой лёгкость прохождения магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, может быть принято равным 0,93 и B имеет значение 1,47 Tл в соответствии с уравнением (2), когда оно равно нижнему пределу средней плотности магнитного потока в области C (средняя плотность магнитного потока на границе между областью B и областью C = 1,45 Tл). Соответственно, плотность магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, между B и B (в области C) может быть рассчитана, как показано на фиг. 8, посредством:
1
0
B = 0,93 * B + 0,1215 (4)
2
С другой стороны, плотность магнитного потока В зоны, подвергнутой механической обработке, может быть рассчитана путём деления разности между общим магнитным потоком и магнитным потоком зоны, не подвергнутой механической обработке, на площадь сечения зоны, подвергнутой механической обработке; то есть она может быть вычислена по уравнению (3).
0
1
2
c
Из уравнений (3) и (4) средняя плотность магнитного потока B, когда B = B, другими словами верхний предел B средней плотности магнитного потока в области C, в которой затруднено прохождение магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока, рассчитывается равной 1,73 Тл.
1
2
0
0
1
2
Кроме того, область с высокой плотностью магнитного потока (Область D), в которой средняя плотность магнитного потока превышает 1,73 Тл, принимается за область, в которой плотность магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, и плотность магнитного потока В зоны, подвергнутой механической обработке, возрастают в той же степени, что и средняя плотность магнитного потока B, так что выполняется соотношение B = B = B.
0
1
2
Поскольку соотношение между B и B, B для каждой области определено, как указано выше, потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, вырезанного образца, получаются с использованием уравнения (1) на основе этих соотношений.
Фиг. 9A и 9B иллюстрируют результаты измерения магнитных свойств (потери в железе) образцов, подвергнутых электроимпульсной обработке, и вырезанных образцов соответственно.
0
1
0
1
Например, если средняя плотность магнитного потока B составляет 1,0 Тл, то из уравнения (2) плотность магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработкой, равна 1,014 Тл. Таким образом, полагая, что средняя плотность магнитного потока B равна 1,0 Тл, значение потерь в железе для плотности магнитного потока 1,014 Тл на фиг. 9А можно использовать как потери в железе (В) образца, подвергнутого электроимпульсной обработке, в уравнении (1).
Затем, используя эти значения и уравнение (1), получают потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, вырезанного образца.
0
2
2
Если средняя плотность магнитного потока B равна 1,0 Тл, то из уравнений (2) и (3) плотность магнитного потока В зоны, подвергнутой механической обработке, равна 0,967 Тл. Поэтому потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, полученные в этом случае, представляют потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, с B = 0,967 Tл.
Как показано на фиг. 9A и 9B, потери в железе всего вырезанного образца составляют 1,189 Вт/кг при плотности магнитного потока 1,0 Тл и потери в железе всего образца, подвергаемого электроимпульсной обработке, составляли 0,968 Вт/кг для плотности магнитного потока 1,014 Tл.
Из эксперимента 1, поскольку ширина, подвергнутая обработке, этого образца может быть принята равной 1,5 мм на участок, относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке, вырезанного образца может быть рассчитана как 1,5 мм * 6 участков / 30 мм (= 9 мм / 30 мм) и относительная ширина зоны, не подвергнутой механической как (30 мм - 1,5 мм * 6 участков) / 30 мм (= 21 мм / 30 мм).
0
1
2
Когда соотношение между B и B, B, а также значения потерь в железе и относительная ширина подставляются в уравнение (1), получается следующее соотношение:
0
1
2
1,189 Вт/кг (B = 1,0 Tл) = 0,968 Вт/кг (B = 1.014 Tл) * 21 мм / 30 мм + потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, вырезанного образца (B = 0,967 Tл) * 9 мм / 30 мм
2
В результате получают потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, вырезанного образца при B = 0,967 Tл равными 1,71 Вт/кг.
2
2
Таким образом были получены потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, в зависимости от плотности магнитного потока Bв зоне, подвергнутой механической обработке. Фиг. 10 иллюстрирует зависимость между полученными потерями в железе и плотностью магнитного потока зоны, подвергнутой механической обработке. В этом случае плотность магнитного потока соответствует B.
Отдельно проводят измерения потерь в железе стального листа того же материала, что и вышеописанные образцы, при приложении одноосного сжимающего напряжения 100 МПа в направлении прокатки (эти потери в железе также будут упоминаться как «потери в железе при одноосном сжимающем напряжении"). Результаты измерений также представлены на фиг. 10.
Из фиг. 10 видно, что полученные потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, фактически согласуются с потерями в железе при одноосном сжимающем напряжении 100 МПа.
Кроме того, для потерь в железе при одноосном сжимающем напряжении, увеличение потерь в железе имеет тенденцию достигать почти насыщения даже при применении к стальному листу напряжения 100 МПа или более. Поэтому потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, могут быть заменены потерями в железе при одноосном сжимающем напряжении, измеренными при одноосном сжимающем напряжении 100 МПа или более, прилагаемому к стальному листу того же материала, что и анализируемый стальной лист.
Эксперимент 3.
Лист из нетекстурированной электротехнической стали толщиной 0,5 мм, использованный в эксперименте 2, подвергают резке наклонным лезвием (резка) для получения образца шириной 5 мм и длиной 280 мм.
После этого, как показано на фиг. 11, шесть листов таких образцов объединяют в образец для испытаний, имеющий общую ширину 30 мм. Таким образом готовят четыре образца для испытаний с продольным направлением, параллельным направлению прокатки, и подвергнуты измерению методом Эпштейна.
Проводят сравнение между измеренной величиной потерь в железе образца, вырезанного таким образом шириной 5 мм, и прогнозируемым значением, оцениваемым с использованием потерь в железе образца, подвергнутого электроимпульсной обработке, и потерь в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, определённых в эксперименте 2.
Ниже конкретно описано, как оцениваются потери в железе образца, вырезанному шириной 5 мм.
0
1
2
Сначала будет описано соотношение между B и B, B на фиг. 12.
0
1
2
0
В этом эксперименте используется тот же стальной лист (толщина листа = 0,5 мм), что и в эксперименте 1. Поэтому для образца шириной 5 мм, используемого в этом эксперименте, лёгкость прохождения магнитного потока также можно считать одинаковой для зоны, не подвергнутой механической обработке, и зоны, подвергнутой механической обработке, (B = B = B) в области низкой плотности магнитного потока (Область A), в которой средняя плотность магнитного потока B находится в пределах от 0 Tл до 0,3 Tл.
0
1
2
Затем устанавливается соотношение между B и B, B для области B, в которой легко проходит магнитный поток в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока.
b
0
Как и в случае эксперимента 2, по результатам эксперимента 1 верхний предел B средней плотности магнитного потока B в области B, в которой легко проходит магнитный поток в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока, принимается равным 1,45 Тл.
1
0
1
1
a
b
Кроме того, может быть задано отношение увеличения плотности магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, к увеличению средней плотности магнитного потока B, которое представляет лёгкость протекания магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, равное 1,02, и В имеет значение 0,3 Тл, когда оно равно нижнему пределу средней плотности магнитного потока в области В (средняя плотность магнитного потока на границе между областью А и областью В = 0,3 Тл). Соответственно, плотность магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработкой, в области B (в которой средняя плотность магнитного потока находится между B и B) может быть рассчитана по:
1
0
B = 1,02 * B - 0,006 (2)
2
С другой стороны, плотность магнитного потока В зоны, подвергнутой механической обработке, может быть рассчитана путём деления разности между суммарным магнитным потоком и величиной магнитного потока зоны, не подвергнутой механической обработке, на площадь сечения зоны, подвергнутой механической обработке; то есть она может быть вычислена следующим образом:
2
0
1
B = (B - B* [относительная ширина зоны, не подвергнутой механической обработке]) / [относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке] (3)
0
b
1
2
Из уравнений (2) и (3), если средняя плотность магнитного потока B = B (1,45 Tл), то B и B рассчитываются равными соответственно 1,47 Tл и 1,44 Tл.
В уравнении (3) относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке, и зоны, не подвергнутой механической обработке, является относительной шириной зоны, подвергнутой механической обработке, и зоны, не подвергнутой механической обработке, вырезанного образца шириной 5 мм. В этом случае ширина, подвергнутая механической обработке, образца, использованного в эксперименте, имеющего ширину 5 мм после резки, может быть принята равной 1,5 мм по результатам эксперимента 1, и образец для испытаний, сформированный путём объединения таких образцов, содержит в целом двенадцать зон, подвергнутых механической обработке, как показано на фиг. 11. Следовательно, относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке, в этом случае может быть рассчитана как 1,5 мм * 12 участков / 30 мм (= 18 мм / 30 мм) и относительная ширина зоны, не подвергнутой механической обработке, как (30 мм - 1,5 мм * 12 участков) / 30мм (= 12 мм / 30 мм).
0
1
2
Затем устанавливается соотношение между B и B, B для области C, в которой затруднено прохождение магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока.
1
0
1
b
c
Отношение увеличения плотности магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработкой, к увеличению средней плотности магнитного потока B, которое представляет лёгкость прохождения магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, может быть принято равным 0,93, и B имеет значение 1,47 Tл в соответствии с уравнением (2), когда она равна нижнему пределу средней плотности магнитного потока в области C (средняя плотность магнитного потока на границе между областью B и областью C = 1,45 Tл). Соответственно, плотность магнитного потока зоны, не подвергнутой механической обработке, в области C (между B и B) может быть рассчитана по:
1
0
B = 0,93 * B + 0,1215 (4)
2
С другой стороны, плотность магнитного потока зоны, подвергнутой механической обработке, B может быть рассчитана путём деления разности между общим магнитным потоком и величиной магнитного потока зоны, не подвергнутой механической обработке, на площадь сечения зоны, подвергнутой механической обработке; то есть она может быть вычислена по уравнению (3).
0
1
2
c
Из уравнений (3) и (4) следует, что средняя плотность магнитного потока B, когда B = B, другими словами, верхний предел B средней плотности магнитного потока в области C, в которой затруднено прохождение магнитного потока, в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока, рассчитывается равной 1,74 Tл.
1
2
0
0
1
2
Кроме того, область с высокой плотностью магнитного потока (область D), в которой средняя плотность магнитного потока превышает 1,74 Тл, определяется как область, в которой плотность магнитного потока Bзоны, не подвергнутой механической обработке, и плотность магнитного потока Bзоны, подвергнутой механической обработке, увеличивается в той же степени, что увеличивается средняя плотность магнитного потока B, так что выполняется соотношение B = B = B.
0
1
2
Из соотношения между B и B, B для каждой из вышеописанных областей и на основе потерь в железе образца, подвергнутого электроимпульсной обработке, и потерь в железе зоны, подвергнутой механической обработке, определённых в эксперименте 2, потери в железе вырезанного образца (резка) шириной 5 мм может быть рассчитана с использованием следующего уравнения:
0
[потери в железе (B) вырезанного образца шириной 5 мм] =
1
2
[потерям в железе (B) образца, подвергнутого электроимпульсной обработке, определённым в эксперименте 2] * [относительная ширина зоны, не подвергнутой механической обработке] + [потери в железе (B) зоны, подвергнутой механической обработке, определённые в эксперименте 2] * [относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке] (5)
В уравнении (5) относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке, и зоны, не подвергнутой механической обработке, представляют собой относительную ширину зоны, подвергнутой механической обработке и зоны, не подвергнутой механической обработке, вырезанного образца шириной 5 мм. В частности, как описано выше, относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке, может быть рассчитана как 1,5 мм * 12 участков / 30 мм (= 18 мм / 30 мм) и относительная ширина зоны, не подвергнутой механической обработке, как (30 мм - 1,5 мм * 12 участков) / 30 мм (= 12 мм / 30 мм).
0
Фиг. 13 представляет график результатов расчёта и измеренных значений потерь в железе в зависимости от средней плотности магнитного потока B. Можно видеть, что результаты расчёта очень хорошо согласуются с измеренными значениями потерь в железе.
Из результатов вышеприведённых экспериментов 1 - 3 было установлено, что следующий способ позволяет с высокой точностью прогнозировать свойства потерь в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки до определённой ширины.
(1) Чтобы прогнозировать потери в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки с напряжения механической обработки, создаваемым при резке, потери в стали в зоне, не подвергнутой механической обработке, в которой отсутствует создание механического напряжения, и потери в железе зоны, подвергнутой механической обработке, в которой создаётся напряжение механической обработки, суммируются в соответствии с относительной шириной зоны, не подвергнутой механической обработке, и зоны, подвергнутой механической обработке.
(2) Прохождение магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, и в зоне, подвергнутой механической обработке, грубо подразделяются на три приведённые ниже модели (области) в соответствии со средней плотностью магнитного потока.
0
1
2
• Область 1: область, в которой при увеличении средней плотности магнитного потока B, плотность магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработкой, и плотность магнитного потока В зоны, подвергнутой механической обработке, возрастают в той же степени (что соответствует области A и области D в приведённых выше экспериментах).
0
1
2
• Область 2: область, в которой при увеличении средней плотности магнитного потока B, плотность магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, увеличивается в большей степени, чем плотность магнитного потока B в зоне, подвергнутой механической обработке (соответствующая области B в вышеуказанных экспериментах).
0
2
1
• Область 3: Область, в которой при увеличении средней плотности магнитного потока B, плотность магнитного потока В зоны, подвергнутой механической обработке, увеличивается в большей степени, чем плотность магнитного потока Bзоны не подвергнутой механической обработке (соответствующая область C в вышеуказанных экспериментах).
(3) Потери в железе образца из того же материала, что и анализируемый стальной лист, с малой степенью влияния резки (например, образца, подвергнутого электроимпульсной обработке, с незначительным влиянием напряжения (резки)), рассматриваются как потери в железе в зоне, не подвергнутой механической обработке.
Далее проводится сравнение потерь в железе двух образцов из одного и того же материала, но с различной степенью влияния, оказываемого резкой (например, сравнение потерь в железе образца, подвергнутого электроимпульсной обработке, с образцом, вырезанным до произвольной ширине или сравнение потерь в железе двух образцов, вырезанных до разной ширины), чтобы тем самым получить потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке.
Таким образом, потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, могут быть заменены потерями в железе при одноосном сжимающем напряжении, измеренными при одноосном сжимающем напряжении 100 МПа или более, прилагаемом к стальному листу из того же материала, что и анализируемый стальной лист.
Эксперимент 4.
В приведённых выше экспериментах потери в железе в зоне, не подвергнутой механической обработке, определяются с использованием образца, подвергнутого электроимпульсной обработке, при которой создание напряжения сводится к минимуму. Однако электроимпульсная обработка является длительной и трудоёмкой. Поэтому предпочтительнее рассмотреть альтернативу.
Поэтому для расчета потерь в железе стальных листов, вырезанных шириной 5 мм в соответствии с описанным выше способом, приготавливают образцы из того же материала, что использованы в экспериментах 1 - 3, и вырезаны с шириной 10 мм - 40 мм с продольным направлением, параллельным направлению прокатки, определяют потери в железе каждого образца и используют в качестве потерь в железе в зоне, не подвергнутой механической обработке, и точность прогнозирования в каждом случае анализируют путём сравнения вычисленных значений с измеренными значениями.
Потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, получают с использованием образца шириной 40 мм и образца шириной 10 мм.
В этом случае измеренные значения, используемые для проверки точности соответствующих вычисленных значений, являются измеренными значениями потерь в железе, полученными из измерений по методу Эпштейна, выполненных на четырех испытательных образцах в L-направлении. Испытательные образцы в L-направлении сформированы из образцов, которые вырезаны из материала путём резки наклонным лезвием с шириной 5 мм и длиной 280 мм каждый и соединены вместе до общей ширины 30 мм. Это связано с тем, что образцы, используемые для получения расчётных параметров, имеют продольное направление, параллельное направлению прокатки (образцы с L-направлением). В случае использования образцов с C-направлением для получения расчётных параметров могут быть использованы измеренные значения для образцов с C-направлением. В случае использования образцов с L + C направлением для получения расчётных параметров (с равным числом в L и C направлениях) могут быть использованы измеренные значения для образцов с L + C направлениями.
Результаты оценки приведены в таблице 1. В таблице 1 «Ошибка точности прогноза потерь в железе при каждой плотности магнитного потока возбуждения (при 50 Гц) [%]» включает относительные величины вычисленных значений по отношению к измеренным значениям потерь в железе при соответствующих плотностях магнитного потока возбуждения соответствующих стальных листов, вырезанных шириной 5 мм.
Таблица 1
№
Ширина образца, используемого в прогнозировании потерь в железе в зоне, не подвергнутой механической обработке
Погрешность в точности прогнозирования потерь в железе для каждой плотности магнитного потока возбуждения (при 50 Гц) [%]
0,5 Тл
1,0 Тл
1,5 Тл
1
40
6
6
6
2
35
5
5
6
3
30
6
4
4
4
25
9
9
9
5
20
12
12
11
6
15
14
12
11
7
10
14
14
13
8
- (В этом случае был использован образец, подвергнутый электроимпульсной обработке)
5
6
6
Как представлено в таблице 1, было установлено, что, если потери в железе образца, имеющего ширину 30 мм или более, используют вместо потерь в железе образца, подвергнутого электроимпульсной обработке, в качестве потерь в железе в зоне, не подвергнутой обработке, погрешность в точности прогнозирования становится менее значительной, позволяя точно прогнозировать потери в железе листа из текстурированной электротехнической стали после резки.
Причина заключается в том, что при выборе ширины в 30 мм или более доля всей ширины, составляющая ширину под воздействием напряжения, становится очень малой, что приводит к меньшему влиянию напряжения механической обработки на потери в железе.
Эксперимент 5.
Затем мы исследовали предпочтительные комбинации образцов с различной степенью воздействия резки, то есть образцы, имеющие разную ширину после резки, для использования при определении потерь в железе зон, подвергнутых механической обработке.
Тот же материал, который использовался в экспериментах 1 - 3, подвергают резке (резке наклонным лезвием) для получения образцов различной ширины. Затем потери в железе в каждом образце измеряют таким же образом, как в экспериментах 1 - 3. Потери в железе, полученные для разных по ширине образцов, объединяют, как представлено в таблице 2, для получения потерь в железе в соответствующей зоне, подвергнутой механической обработке, способом, использованным в экспериментах 1 - 3.
На основании полученных потерь в железе в каждой зоне, подвергнутой механической обработке, прогнозируются и сравниваются измеренные значения потерь в железе соответствующего вырезанного образца шириной 5 мм. В качестве потерь в железе в каждой зоне, не подвергнутой механической обработке, используют потери в железе первого образца в таблице 2.
Результаты оценки приведены в таблице 2.
Таблица 2
№
Ширина первого образца (мм)
Ширина второго образца (мм)
Погрешность в точности прогнозирования потерь в железе для каждой плотности магнитного потока возбуждения (при 50 Гц) [%]
0,5 Тл
1,0 Тл
1,5 Тл
1
40
35
14
12
10
2
40
25
13
10
10
3
40
15
6
4
4
4
40
10
5
4
4
5
30
25
14
13
13
6
30
15
5
5
5
7
30
10
5
6
5
8
20
15
15
15
13
9
20
10
10
10
10
10
15
10
12
12
11
11
В этом случае, значение, измеренное обычным способом в соответствии с JIS C 2550 при ширине 30 мм, используется в качестве прогнозируемого значения.
33
30
28
Из таблицы 2 видно, что для того, чтобы уменьшить погрешность точности прогнозирования и достичь повышенной точности, лучше рассчитывать потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, путём объединения потерь в железе образца, имеющего ширину 30 мм или более и потерь в железе образца, имеющего ширину 15 мм или менее.
Причиной считается, что для каждого случая, когда разница в степени влияния напряжения механической обработки между двумя образцами сделана как можно большей, на результат в меньшей степени влияли другие факторы, влияющие на потери в железе, и, следовательно, потери в железо в зоне, подвергнутой механической обработке, могут быть получены с высокой точностью.
Эксперимент 6.
В соответствии с предложенными в описании моделями потери в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали прогнозируются путём суммирования потерь в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, и потерь в железе в зоне, не подвергнутой механической обработке, в соответствии с относительной шириной зоны, подвергнутой механической обработке, и зоны, не подвергнутой механической обработке. Таким образом, важно точно определить ширину воздействия механической обработки. Поэтому предпочтительно проводить измерение упругих напряжений каждый раз, используя рентгеновское или синхротронное излучение, и использовать результат как ширину воздействия механической обработки.
Однако очень сложно каждый раз измерять ширину воздействия механической обработки, и поэтому мы исследовали зависимость между шириной воздействия и точностью прогнозирования.
В этом случае исследования проводились на образцах с различной толщиной листа от 0,1 мм до 0,5 мм. Использовали в качестве потерь в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, потери в железе стального листа из того же материала, что и стальной лист, подвергаемый резке, при измерении под одноосным сжимающим напряжением 200 МПа. Кроме того, в качестве потерь в железе в зоне, не подвергнутой механической обработке, используют потери в железе образца, подвергнутого резке (резка наклонным лезвием) шириной 30 мм. Затем определяют потери в железе (определяемые расчётом) каждого вырезанного образца шириной 5 мм, в этом случае ширина воздействия обработки каждого образца принималась равной от 0 мм до 5 мм.
Сравнивают вычисленные таким образом потери в железе и измеренные значения. Фиг. 14А - 14D иллюстрируют зависимость между погрешностью в точности прогнозирования и шириной воздействия механической обработки, установленной для каждого образца с толщиной листа от 0,1 мм до 0,5 мм.
Из фиг. 14A - 14D можно видеть, что для каждого случая, когда ширина воздействия механической обработки была примерно в два-четыре раза больше толщины листа, погрешность в точности прогнозирования была менее значительна и была показана хорошая точность прогнозирования. Поэтому с точки зрения повышения точности прогнозирования предпочтительно использовать значение, которое в два-четыре раза превышает толщину листа в зависимости от ширины воздействия механической обработки.
При любой толщине листа погрешность в точности прогнозирования была существенной для обычных характеристик потерь в железе, предусмотренных в JIS C 2550, то есть, когда не учитывалось ухудшение из-за напряжения (ширина воздействия механической обработки = 0 мм).
Эксперимент 7.
0
Одним из ключевых моментов изобретения является определение лёгкости прохождения магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, в области (область B), в которой легко проходит магнитный поток в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока B, описанной выше, и для определения лёгкости прохождения магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, в области (область C), в которой затруднено прохождение магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока. Поэтому в этом эксперименте мы исследовали допустимый диапазон этого набора значений.
Лист из нетекстурированной электротехнической стали толщиной 0,2 мм подвергают резке наклонным лезвием (резка) и вырезают образец шириной 10 мм и длиной 280 мм. Затем три листа таких образцов объединяют в образец для испытаний, имеющий общую ширину 30 мм. Таким образом готовят четыре образца для испытаний с продольным направлением, параллельным направлению прокатки, и подвергают измерению методом Эпштейна.
Аналогично готовят образцы для испытаний резкой с использованием электроимпульсной обработки и подвергают измерению методом Эпштейна.
На основе полученных таким образом потерь в железе определяют потери в железе в зонах, подвергнутых механической обработке.
a
1
0
Кроме того, верхний предел B средней плотности магнитного потока в области A принимается равным 0 Tл, и диапазон средней плотности магнитного потока для области B находится в пределах от 0 Tл до 1,45 Tл. Отношение увеличения плотности магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработкой, к увеличению средней плотности магнитного потока B, указанное отношение представляет лёгкость прохождения магнитного потока в зоне, не подвергнутого механической обработке, в области B, изменяется в диапазоне 1,00 – 1,10.
c
1
0
Для области C, в которой средняя плотность магнитного потока находится в диапазоне от 1,45 Tл до B, отношение увеличения плотности магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, к увеличению средней плотности магнитного потока B, указанное отношение представляет лёгкость прохождения магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, изменяется в диапазоне 0,85 - 1,00. Кроме того, ширина воздействия механической обработки принимается равной 0,6 мм, что в три раза больше толщины листа.
В таких условиях прогнозируют потери в железе отдельных вырезанных образцов шириной 7,5 мм, и прогнозированные значения сравнивают с измеренными значениями. Результаты приведены в таблицах 3 и 4.
Из таблиц 3 и 4 было установлено, что потери в железе могут быть спрогнозированы с более высокой точностью с менее значительной погрешностью в точности прогнозирования при соблюдении следующих условий:
1
0
• отношение увеличения плотности магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, к увеличению средней плотности магнитного потока B, которое представляет лёгкость прохождения магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, в области B, принимается равным: 1,02 ± 0,015; и
1
0
• отношение увеличения плотности магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, к увеличению средней плотности магнитного потока B, которое представляет лёгкость прохождения магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, в области С, принимается равным 0,93 ± 0,02.
Эксперимент 8.
Затем было проведено исследование точности процесса определения области (области A), в которой магнитный поток проходит с одинаковой лёгкостью в зоне, не подвергнутой обработке, и в зоне, подвергнутой механической обработке, в области низкой плотности магнитного потока.
Листы из нетекстурированной электротехнической стали, типов стали А - I с толщиной листа 0,23 мм - 0,55 мм различного состава были соответственно вырезаны наклонным лезвием (резка) 7,5 мм шириной и разрезаны на образцы шириной 7,5 мм и 280 мм длиной. Затем четыре листа таких образцов объединяют в образец для испытаний, имеющий общую ширину 30 мм. Таким образом, готовят четыре образца для испытаний с продольным направлением, параллельным направлению прокатки, и подвергают измерению методом Эпштейна.
Аналогично, образцы для испытаний готовят резкой с использованием электроимпульсной обработки и подвергают измерению методом Эпштейна.
На основе измеренных таким образом потерь в железе соответственно определяли потери в железе зон, подвергнутых механической обработке, стальных листов сталей типов А - I.
a
as
Затем мы исследовали точность прогнозирования различных значений, которые заданы для B, который является верхним пределом средней плотности магнитного потока в области A, в зависимости от B, который рассчитывается, как показано на фиг. 4, путем:
as
B = 0 (для t ≤ 0,25 мм),
as
B = 1,2 * t - 0,3 (для 0,25 мм < t ≤ 0,50 мм), и
as
B = 0,3 (для 0,5 мм < t) (6).
b
1
0
а
В этом случае B, который является верхним пределом средней плотности магнитного потока в области B, принимается равным 1,45 Тл. Кроме того, отношение увеличения плотности магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, к увеличению средней плотности магнитного потока B, которое представляет лёгкость прохождения магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, в области B, где средняя плотность магнитного потока находится в диапазоне от В до 1,45 Тл, принимается равным 1,03.
1
0
c
Кроме того, отношение увеличения плотности магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, к увеличению средней плотности магнитного потока B, которое представляет лёгкость прохождения магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, в области С, где средняя плотность магнитного потока находится в диапазоне от 1,45 Тл до B Тл, принимается равным 0,95.
В каждом случае ширина воздействия механической обработки принимается равной в 2,5 раза больше толщины листа.
В таких условиях прогнозируют потери в железе отдельных вырезанных образцов шириной 10 мм, и прогнозированные значения сравнивают с измеренными значениями. Результаты приведены в таблицах 5 - 7.
Таблица 5
Тип стали
Толщина листа(мм)
B<sub>as</sub>(Тл)
B<sub>a</sub>(Тл)
Погрешность в точности прогнозирования потерь в железе для каждой плотности магнитного потока возбуждения (при 50 Гц) [%]
0,1 Тл
0,2 Тл
0,3 Тл
0,4 Тл
0,5 Тл
0,6 Тл
0,7 Тл
A
0,23
0
0
5
5
5
6
4
5
6
0,05
5
6
5
4
4
5
4
0,1
6
6
5
5
5
5
5
0,15
6
6
6
6
6
6
6
0,2
8
8
7
8
9
8
8
0,25
14
15
15
15
14
14
15
0,3
14
15
14
13
14
15
15
0,4
16
16
16
16
16
16
16
B
0,23
0
0
7
7
7
7
7
7
7
0,05
5
6
6
4
5
6
6
0,1
6
6
5
5
5
5
5
0,15
5
5
6
6
5
6
6
0,2
7
8
7
8
9
7
8
0,25
7
8
8
8
8
8
8
0,3
15
14
14
14
15
14
13
0,4
15
15
15
16
16
16
16
C
0,23
0
0
8
7
7
7
7
7
7
0,05
6
6
6
6
6
6
6
0,1
5
5
4
4
3
5
4
0,15
4
5
6
5
5
5
6
0,2
6
6
6
6
7
4
5
0,25
6
6
7
7
7
7
7
0,3
8
8
8
9
8
7
10
0,4
16
16
16
16
16
16
16
Таблица 6
Тип стали
Толщина листа(мм)
B<sub>as</sub>(Тл)
B<sub>a</sub>(Тл)
Погрешность в точности прогнозирования потерь в железе для каждой плотности магнитного потока возбуждения (при 50 Гц) [%]
0,1 Тл
0,2 Тл
0,3 Тл
0,4 Тл
0,5 Тл
0,6 Тл
0,7 Тл
D
0,35
0,11
0
7
7
7
7
7
7
7
0,05
6
6
5
5
5
5
5
0,11
4
5
5
5
4
4
5
0,15
5
5
6
6
6
6
6
0,25
7
7
7
8
9
9
8
0,35
12
14
13
13
12
12
14
0,4
14
13
14
14
14
15
16
0,45
16
17
17
16
16
17
16
E
0,35
0,11
0
8
8
9
7
8
7
9
0,05
7
7
8
8
7
6
6
0,11
6
5
6
7
6
6
6
0,15
5
5
6
6
5
6
6
0,25
6
6
7
7
7
7
6
0,32
8
8
8
8
8
8
8
0,4
15
14
14
13
13
12
14
0,45
15
14
13
14
14
15
16
F
0,35
0,11
0
9
9
10
9
10
9
9
0,05
8
8
8
7
7
7
7
0,11
7
6
6
7
6
6
6
0,15
5
5
5
5
5
5
6
0,25
5
5
5
4
5
4
5
0,32
6
6
6
6
6
6
6
0,4
7
8
8
7
8
7
10
0,45
18
17
16
18
16
16
16
Таблица 7
Тип стали
Толщина листа(мм)
B<sub>as</sub>(Тл)
B<sub>a</sub>(Тл)
Погрешность в точности прогнозирования потерь в железе для каждой плотности магнитного потока возбуждения (при 50 Гц) [%]
0,1 Тл
0,2 Тл
0,3 Тл
0,4 Тл
0,5 Тл
0,6 Тл
0,7 Тл
G
0,55
0,3
0
20
21
22
20
19
20
20
0,05
15
16
15
14
16
17
16
0,1
9
9
8
8
9
9
9
0,15
6
7
6
6
7
7
7
0,3
4
4
4
5
5
5
6
0,4
6
5
5
6
6
5
5
0,5
7
7
7
8
8
9
8
0,6
15
14
15
15
15
14
15
H
0,55
0,3
0
14
18
16
17
18
15
14
0,05
8
9
9
8
8
9
9
0,1
7
6
7
7
7
6
6
0,15
4
4
4
5
4
4
4
0,3
6
6
7
7
7
7
6
0,4
8
8
8
8
8
8
8
0,5
10
9
9
9
10
9
9
0,6
15
14
13
14
14
15
16
I
0,55
0,3
0
18
17
16
15
15
16
17
0,05
17
17
15
15
14
15
15
0,1
10
9
9
8
9
9
9
0,15
7
6
7
6
7
7
7
0,3
5
5
5
5
5
5
5
0,4
4
5
4
5
5
4
4
0,5
7
7
7
8
8
8
8
0,6
9
9
9
9
8
9
8
a
a
as
Из таблиц 5 - 7 было установлено, что потери в железе могут быть прогнозированы с высокой точностью независимо от состава, когда выполняются следующие условия: B = 0 - 0,2 Тл для листа толщиной, равной или менее 0,25 мм (стали типов A – C) и B = B ± 0,2 Tл (≥ 0 Tл) для листа толщиной, равной или менее 0,25 мм (стали типов D - I).
a
Причина, по которой изменяется предпочтительный диапазон для разных образцов, заключается в том, что исходная плотность магнитного потока B незначительно изменяется в зависимости от условий, таких как состав образца.
Однако было установлено, что изменение исходной плотности магнитного потока может быть в достаточной степени устранено в вышеуказанных диапазонах.
Эксперимент 9.
b
Затем было проведено исследование предпочтительного диапазона верхнего предела B средней плотности магнитного потока в области B, в которой легко проходит магнитный поток в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока.
Листы из нетекстурированной электротехнической стали, стали типов J - N, толщиной 0,35 мм различного состава, соответственно режут наклонным лезвием (резка) шириной 5,0 мм и разрезают на образцы шириной 5 мм и длиной 280 мм. Затем шесть листов таких образцов объединяют в образец для испытаний, имеющий общую ширину 30 мм. Таким образом готовят четыре образца для испытаний с продольным направлением, параллельным направлению прокатки, и подвергают измерению методом Эпштейна.
Аналогично образцы для испытаний готовят путём резки с использованием электроимпульсной обработки и подвергают измерению методом Эпштейна.
Потери в железе в каждой зоне, подвергнутой механической обработке, определяют на основе потерь в железе соответствующего образца, определённых, как описано выше.
b
Затем мы исследовали точность прогнозирования, изменяя значения B, который является верхним пределом средней плотности магнитного потока в области B.
a
1
0
b
b
c
1
0
В этом случае B, который является верхним пределом средней плотности магнитного потока в области A, принимается равным 0,15 Тл. Кроме того, отношение увеличения плотности магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработкой, к увеличению средней плотности магнитного потока B, которое представляет лёгкость прохождения магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, в области B, где средняя плотность магнитного потока находится в диапазоне от 0,15 Тл до B Тл, принимается равным 1,015. Кроме того, в области C, в которой средняя плотность магнитного потока находится в диапазоне от B Тл до B Тл, отношение увеличения плотности магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, к увеличению средней плотности магнитного потока B, указанное отношение представляет лёгкость прохождения магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, в области C принимается равным 0,93. В каждом случае ширина воздействия механической обработки задана в 3,5 раза больше толщины листа.
В таких условиях прогнозируют потери в железе отдельных образцов, вырезанных шириной до 10 мм, и прогнозированные значения сравнивают с измеренными значениями. Результаты приведены в таблице 8.
Таблица 8
Тип стали
Толщина листа(мм)
B<sub>b</sub>(Тл)
Погрешность в точности прогнозирования потерь в железе для каждой плотности магнитного потока возбуждения (при 50 Гц) [%]
1,2 Тл
1,3 Тл
1,4 Тл
1,5 Тл
1,6 Тл
1,7 Тл
1,8 Тл
J
0,35
1,2
18
19
18
20
22
19
19
1,25
8
16
17
16
16
16
16
1,3
7
5
9
8
8
7
8
1,35
7
6
7
6
6
6
6
1,45
5
5
5
4
4
5
5
1,55
7
7
7
8
6
6
6
1,6
5
5
5
5
7
7
7
1,65
4
4
4
5
9
15
15
1,7
5
5
6
8
9
18
19
K
0,35
1,2
15
15
14
13
14
15
15
1,25
9
9
9
9
9
9
9
1,3
7
7
7
7
8
7
7
1,35
5
5
5
5
6
6
6
1,45
5
5
6
6
5
6
6
1,55
8
7
7
7
8
7
8
1,6
9
10
9
10
9
9
9
1,65
4
4
4
5
9
18
19
1,7
5
5
6
8
9
20
21
L
0,35
1,2
21
22
22
21
20
22
22
1,25
8
15
14
16
15
15
16
1,3
6
9
8
9
9
9
9
1,35
5
5
6
6
7
6
6
1,45
4
5
5
5
6
5
6
1,55
5
6
5
6
7
4
5
1,6
7
6
7
6
7
6
6
1,65
5
5
5
6
8
7
10
1,7
6
6
6
7
8
15
16
M
0,35
1,2
9
9
9
10
8
9
9
1,25
8
8
8
9
8
8
8
1,3
4
5
6
5
5
6
6
1,35
6
6
6
5
6
5
5
1,45
6
7
8
7
7
7
7
1,55
8
8
9
9
9
7
8
1,6
5
6
5
6
10
10
9
1,65
9
9
8
7
15
14
13
1,7
6
7
8
8
18
19
20
N
0,35
1,2
24
25
26
25
22
21
22
1,25
8
18
19
19
20
20
20
1,3
8
8
8
9
10
10
9
1,35
6
6
5
7
7
6
7
1,45
5
5
4
5
5
5
4
1,55
4
4
4
4
4
4
4
1,6
5
6
6
6
5
5
5
1,65
6
6
7
7
6
7
7
1,7
9
9
10
9
10
9
9
b
b
Из таблицы 8 было видно, что хотя предпочтительное значение B, при котором погрешность в точности прогнозирования будет менее значительной, слегка изменяясь в зависимости от образцов, можно точно прогнозировать потери в железе во всех образцах, независимо от состава, если B находится в диапазоне 1,45 ± 0,15 Тл.
На основании вышеприведённых экспериментальных результатов было установлено, что важно оценить следующие моменты, чтобы прогнозировать потери в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после механической обработки более просто и с большей точностью.
• Заменить потери в железе в зоне, не подвергнутой механической обработкой, потерями в железе образца вырезанного с шириной 30 мм или более.
• Получить потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, в которой создано напряжение механической обработкой, объединить потери в железе образца, подвергнутого резке шириной 15 мм или менее с потерями в железе образца, вырезанного с шириной 30 мм и более.
• Создать ширину воздействия механической обработки анализируемого образца (стального листа), которая в два-четыре раза превышает толщину листа.
• Обеспечить лёгкость прохождения магнитного потока в зоне, подвергнутой обработке, в областях B и C в заданном диапазоне, как описано выше.
a
b
• Обеспечить граничные значения, при которых изменяется прохождение магнитного потока (в частности, B в качестве верхнего предела средней плотности магнитного потока в области A и B в качестве верхнего предела средней плотности магнитного потока в области B) в заданных пределах.
Основываясь на этих данных, мы провели дальнейшее исследование, которое в конечном итоге привело к настоящему изобретению.
В частности, основные признаки изобретения можно суммировать следующим образом:
1. Способ прогнозирования потерь в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после его резки до определённой ширины, так что лист из нетекстурированной электротехнической стали включает зону, не подвергнутую механической обработке, в которой не создаётся напряжение механической обработки, и зону, подвергнутую механической обработке, в которой создаётся напряжение механической обработкой, способ включающий:
0
1
2
оценку потерь в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки Wt(B) на основе потерь в железе в зоне Wn(B), не подвергнутой механической обработке, и потерь в железе Wi(B) в зоне, подвергнутой механической обработке, согласно следующему уравнению:
0
1
2
Wt(B) = Wn(B) * [относительная ширина зоне, не подвергнутой механической обработке] + Wi(B) * [относительная ширина зоне, не подвергнутой механической обработке]
0
1
2
где B, B и B соответственно обозначают среднюю плотность магнитного потока листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки, плотность магнитного потока зоны, не подвергнутой механической обработке, и плотность магнитного потока зоны, подвергнутой механической обработке, при возбуждении листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки и
где относительная ширина зоны, не подвергнутой механической обработкой, и относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке, являются отношением общей ширины зоны, не подвергнутой механической обработке, и, альтернативно, отношением общей ширины зоны, подвергнутой механической обработке, к общей ширине листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки, соответственно.
0
1
2
0
1
2
2. Способ прогнозирования потерь в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после его резки по п. 1, в котором зависимость между средней плотностью магнитного потока B и плотностями магнитного потока B, B задаётся для каждой из областей, определённых как области 1 - 3 ниже в соответствии со значением средней плотности магнитного потока B, и на этой основе получают значение плотности магнитного потока B и значение плотности магнитного потока B для каждой области:
0
1
2
Область 1 представляет собой область, в которой при увеличении средней плотности магнитного потока B, плотность магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, и плотность магнитного потока В зоны подвергнутой механической обработке, увеличиваются в той же степени;
0
1
2
Область 2 представляет собой область, в которой при увеличении средней плотности магнитного потока B плотность магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, увеличивается в большей степени, чем плотность магнитного потока Bв зоне, подвергнутой механической обработке; и
0
2
1
Область 3 представляет собой область, в которой при увеличении средней плотности магнитного потока B плотность магнитного потока В зоны, подвергнутой механической обработке, увеличивается в большей степени, чем плотность магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработкой.
1
3. Способ прогнозирования потерь в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки по п.п. 1 или 2, в котором в качестве потерь в железе Wn(B) зоны, не подвергнутой механической обработке, используют потери в железе образца шириной 30 мм или более, который вырезают из стального листа из того же материала, что и лист из нетекстурированной электротехнической стали.
2
2
4. Способ прогнозирования потерь в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки по пп. 1 - 3, в котором потери в железе Wi(B) зоны, подвергнутой механической обработке, определяют на основе потерь в железе образца, шириной 15 мм или менее, и потерь в железе образца шириной 30 мм или более, вырезанных из стального листа из того же материала, что и лист из нетекстурированной электротехнической стали, получая потери в железе Wi(B) по следующему уравнению:
2
s1
0
s2
1
Wi(B) = (W(B) - W(B) * [относительная ширина зоны, не подвергнутой механической обработке, шириной 30 мм или более]) / [относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке, шириной 15 мм или менее]
s1
0
s2
1
где W(B) обозначает потери в железе образца, имеющего ширину 15 мм или менее, и W(B) обозначает потери в железе образца, имеющего ширину 30 мм или более, и
где относительная ширина зоны, не подвергнутой механической обработке, образца шириной 30 мм или более, представляет собой отношение общей ширины зоны, не подвергнутой механической обработке, к общей ширине образца, и относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке, образца шириной 15 мм или менее, представляет собой отношение общей ширины зоны, подвергнутой механической обработке, к общей ширине образца.
2
5. Способ прогнозирования потерь в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки по п.п. 1 - 3, в котором в качестве потерь в железе Wi(B) зоны, подвергнутой механической обработке, используют потери в железе, измеренные при одноосном сжимающем напряжении, равном 100 МПа или более, прилагаемом к листу из нетекстурированной электротехнической стали.
6. Способ прогнозирования потерь в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки по пп. 1 - 5, в котором общая ширина зоны, подвергнутой механической обработке, листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки задаётся равной в 2 - 4 раза больше толщины t листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки.
7. Способ прогнозирования потерь в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки по пп. 2 - 6, в котором
0
a
диапазон средней плотности магнитного потока B находится в пределах от 0 Тл до B Тл, определяется как область 1, и
as
a
a
as
a
B получают как исходное значение B в соответствии с толщиной листа из нетекстурированной электротехнической стали t после резки из следующих уравнений и B выбирают в диапазоне исходного значения B ± 0,2 Тл (где B ≥ 0 Тл):
as
B = 0 (для t ≤ 0,25 мм),
as
B = 1,2 * t - 0.3 (для 0,25 мм < t ≤ 0,50 мм), и
as
B = 0,3 (для 0,5 мм < t).
b
0
1
0
8. Способ прогнозирования потерь в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки по пп. 2 - 7, в котором верхний предел B средней плотности магнитного потока B в области 2 выбирается в диапазоне 1,45 ± 0,15 Тл и отношение увеличения плотности магнитного потока B к увеличению средней плотности магнитного потока B в области 2 принимается равным 1,02 ± 0,015.
c
0
0
1
2
9. Способ прогнозирования потерь в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки по п.п. 2 - 8, в котором верхний предел B средней плотности магнитного потока B в области 3 принимается равным значению, которое считается средней плотностью магнитного потока B, когда плотность магнитного потока B равна плотности магнитного потока B и
1
0
отношение увеличения плотности магнитного потока B к увеличению средней плотности магнитного потока B в области 3 принимается равным 0,93 ± 0,02.
0
c
10. Способ прогнозирования потерь в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки по п.п. 2 - 9, в котором диапазон значения средней плотности магнитного потока B больше, чем верхний предел B, рассматривается как область 1.
Положительный эффект.
В соответствии с настоящим изобретением можно проще и более точно прогнозировать потери в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки.
Краткое описание чертежей
На прилагаемых чертежах:
фиг. 1А иллюстрирует результат измерения методом рентгеновской дифракции распределения остаточных напряжений в вырезанном образце вблизи обработанного края и фиг. 1В иллюстрирует способ проведения измерения напряжения;
фиг. 2 иллюстрирует зависимость между толщиной листа каждого вырезанного образца и расстоянием от обработанной кромки, на которую действует резка (также называемым «шириной воздействия механической обработки»);
0
1
2
фиг. 3 иллюстрирует зависимость между средней плотностью магнитного потока B и плотностью магнитного потока Bзоны, не подвергнутой механической обработкой, в центральной части по ширине образца, плотностью магнитного потока B зоны, подвергнутой механической обработке, вблизи обработанной кромки;
a
фиг. 4 иллюстрирует зависимость между толщиной листа каждого вырезанного образца и верхним пределом B средней плотности магнитного потока в области A;
0
1
2
фиг. 5 иллюстрирует зависимость между средней плотностью магнитного потока B и плотностью магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, плотностью магнитного потока B зоны, подвергнутой механической обработке, в модели, разработанной по результатам эксперимента 1;
фиг. 6А - 6В являются схематическим представлением испытательных образцов, используемых для измерения по методу Эпштейна в эксперименте 2; фиг. 6А представляет образец для испытаний, объединяющий стальные листы, подвергнутые электроимпульсной обработке, и фиг. 6В представляет образец для испытания, объединяющий вырезанные стальные листы;
0
1
2
фиг. 7 иллюстрирует зависимость, определённую в эксперименте 2, между средней плотностью магнитного потока B в области A и плотностью магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработкой, плотностью магнитного потока В зоны, подвергнутой механической обработке;
0
1
2
фиг. 8 иллюстрирует зависимость, определённую в эксперименте 2, между средней плотностью магнитного потока B в каждой области и плотностью магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, плотностью магнитного потока В зоны, подвергнутой механической обработке;
фиг. 9А и 9В иллюстрируют результаты измерения магнитных свойств (потери в железе) образцов, подвергнутых электроимпульсной обработке, и вырезанных, соответственно;
фиг. 10 иллюстрирует зависимость между потерями в железе зон, подвергнутых механической обработке, полученными путём вычисления, и плотностью магнитного потока;
фиг. 11 представляет схематический вид испытательного образца, используемого для измерения методом Эпштейна в эксперименте 3;
0
1
2
фиг. 12 иллюстрирует зависимость, определённую в эксперименте 3, между средней плотностью магнитного потока B в каждой области и плотностью магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, плотностью магнитного потока В зоны, подвергнутой механической;
0
фиг. 13 является графиком рассчитанных значений и измеренных значений потерь в железе в зависимости от средней плотности магнитного потока B; и
фиг. 14А - 14В иллюстрируют зависимость между шириной, подвергнутой механической обработке, для каждого образца и погрешностью в точности прогнозирования; фиг. 14А представляет случай, когда толщина образца составляет 0,1 мм, фиг. 14B представляет случай, когда толщина образца составляет 0,2 мм, фиг. 14С представляет случай, когда толщина образца составляет 0,3 мм, и фиг. 14D представляет случай, когда толщина образца составляет 0,5 мм.
Осуществление изобретения
В способе прогнозирования потерь в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки согласно настоящему изобретению особенно важны следующие пункты (a) - (g):
(а) Потери в железе Wt листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки получают путем суммирования потерь в железе Wn в зоне, подвергнутой механической обработке, в которой создаётся механическое напряжение при резке и потерь в железе Wi зоны, не подвергнутой механической обработке, в которой не создаётся напряжение механической обработкой, в соответствии с относительной шириной зоны, не подвергнутой механической обработке, и зоны, подвергнутой механической обработке; в частности, потери в железе Wt получают с использованием:
0
1
2
Wt (B) = Wn(B) * [относительная ширина зоны, не подвергнутой механической обработке] + Wi(B) * [относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке]
0
1
2
где B, B и B соответственно обозначают среднюю плотность магнитного потока листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки, плотность магнитного потока зоны, не подвергнутой механической обработке, и плотность магнитного потока зоны, подвергнутой механической обработке, при возбуждении листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки и
где относительная ширина зоны, не подвергнутой механической обработке, и относительная ширина зоны, подвергнутой механической обработке, являются отношением общей ширины зоны, не подвергнутой механической обработке, и, альтернативно, отношением общей ширины зоны, подвергнутой механической обработке, к общей ширине листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки, соответственно.
Причиной использования в качестве потерь в железе зоны, подвергнутой механической обработке, в которой напряжение механической обработки создаётся резкой, и потерь в железе зоны, не подвергнутой механической обработке, в которой отсутствует напряжение механической обработки, заключается в том, что образец не полностью, но только частично подвергается механической обработке.
1
2
0
Кроме того, в качестве потерь в железе используются потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке и в зоне, не подвергнутой механической обработке, потери в железе при плотности магнитного потока B и потери в железе при плотности магнитного потока B, описанные выше, а не средняя плотность магнитного потока B, соответственно. Причина в том, что зона, подвергнутая механической обработке, и зона, не подвергнутая механической обработке, имеют разные свойства намагничивания, и плотность магнитного потока не обязательно одинакова в зоне, подвергнутой механической обработке, и в зоне, не подвергнутой механической обработке.
0
1
2
0
(b) Распределение плотности магнитного потока в зоне, подвергнутой механической обработке, и в зоне, не подвергнутой механической обработке, в листе из нетекстурированной электротехнической стали после резки грубо описывается тремя моделями. В частности, зависимости между средней плотностью магнитного потока B и плотностями магнитного потока B, B разбиты на три области в зависимости от средней плотности магнитного потока B, а именно от области 1 до области 3, как определено ниже.
0
1
2
• Область 1: область, в которой при увеличении плотности магнитного потока B, плотность магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, и плотность магнитного потока В зоны, подвергнутой механической обработке, увеличиваются в той же степени (т.е. область, в которой проходит магнитный поток в зоне, подвергнутой механической обработке, так же, что и в зоне, не подвергнутой механической обработке).
0
1
2
• Область 2: область, в которой при увеличении плотности магнитного потока B, плотность магнитного потока B зоны, не подвергнутой механической обработке, увеличивается в большей степени, чем плотность магнитного потока В зоны, подвергнутой механической обработке, (т.е. область, в которой легко проходит магнитный поток в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока).
0
2
1
• Область 3: область, в которой при увеличении плотности магнитного потока B, плотность магнитного потока B зоны, подвергнутой механической обработке, увеличивается в большей степени, чем плотность магнитного потока В зоны, подвергнутой механической обработке, (т.е. область, в которой затруднено прохождение магнитного потока в зоне, не подвергнутой механической обработке, в зависимости от средней плотности магнитного потока).
Причина этого ограничения заключается в том, что эти модели хорошо согласуются с измеренными результатами методом зондовой катушки, несмотря на их простоту.
Области 1 - 3 обычно классифицируются следующим образом.
a
c
Область 1: область низкой плотности магнитного потока (Область A), в которой средняя плотность магнитного потока находится в диапазоне от 0 Тл до B Тл. Область высокой плотности магнитного потока (область D), в которой средняя плотность магнитного потока выше B Тл.
a
b
a
b
Область 2: область (область B), в которой средняя плотность магнитного потока находится в диапазоне от B Тл до B Тл (выше B Тл и не выше B Тл), и в котором легче проходит магнитный поток в зоне, не подвергнутой механической обработкой, чем в зоне, подвергнутой механической обработке.
b
c
b
c
Область 3: область (область C), в которой средняя плотность магнитного потока находится в диапазоне от B Тл до B Тл (выше B Тл и не выше B Тл), и в которой сложнее проходит магнитный поток в зоне, не подвергнутой механической обработкой, чем в зоне, подвергнутой механической обработке.
a
a
Однако B может быть равна 0 Tл (B = 0 Тл) в зависимости от толщины анализируемого стального листа.
(c) В качестве потерь в железе в зоне, не подвергнутой механической обработке, в которой отсутствует напряжение механической обработки, оптимально использовать потери в железе образца, полученного электроимпульсной обработкой или т.п., при которой влияние механической обработки почти ничтожно мало.
Однако более простая схема может заменить эти потери в железе потерями в железе образца вырезанного (резка) с шириной 30 мм или более (предпочтительно 100 мм или более), и в этом случае потери в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали можно прогнозировать без существенной потери точности прогнозирования.
Причиной возможности замены потерь в железе зоны, не подвергнутой механической обработке, потерями в железе образца, вырезанного с шириной 30 мм или более, считают то, что зона, подвергнутая механической обработке, составляет небольшую часть образца, имеющего общую ширину 30 мм или более.
(d) Потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, могут быть получены из сравнения потерь в железе двух образцов из одного материала с различной степенью воздействия, вызванного резкой (например, между потерями в железе образца, в котором влияние механической обработки почти ничтожно, или образца, подвергнутого электроимпульсной обработке, и потерями в железе вырезанного образца произвольной ширины, или между потерями в железе двух образцов, вырезанных с разной шириной).
В частности, при сравнении потерь в железе двух образцов разной ширины для получения потерь в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, потери в железе можно прогнозировать с большей точностью, если использовать два образца, как описано ниже: один вырезанный с шириной 30 мм или более с небольшим влиянием, вызванным механической обработкой (то есть часть всего образца, рассматриваемая как зона, подвергнутая механической обработке, незначительна), и другой вырезанный с шириной 15 мм или менее с большой степенью воздействия, вызванного механической обработкой (т.е. часть всего образца, рассматриваемая как зона, подвергнутая механической обработке, велика).
Причина этого заключается в следующем. Поскольку различия в воздействии, вызываемом механической обработкой, между двумя образцами возрастают, изменение потерь в железе в результате механической обработки становится более значительным, и влияние других факторов на изменение потерь в железе соответственно уменьшается. Полагают, что это уменьшает изменения, связанные с другими факторами, и, следовательно, обеспечивает высокоточное прогнозирование.
С точки зрения более точного прогнозирования ширина образца с малой степенью воздействия, вызванного механической обработкой, предпочтительно составляет 100 мм или более. Верхний предел конкретно не ограничен, но обычно составляет около 500 мм. Ширина образца с большой степенью воздействия, вызываемого механической обработкой, предпочтительно составляет 10 мм или менее. Нижний предел конкретно не ограничен, но обычно он составляет около 2 мм.
s1
0
s2
1
2
Более конкретно, используя потери в железе W(B) образца, вырезанного с шириной 15 мм или менее, и потери в железе W(B) вырезанного образца с шириной 30 мм или более, при условии, что оба образца изготовлены из одного и того же материала, потери в железе Wi(B) в зоне, подвергнутой механической обработке, могут быть получены из:
2
s1
0
s2
1
Wi(B) = (W(B) - W(B) * [относительная ширина зоны, не подвергнутой механической обработке, в образце с шириной механической обработки 30 мм или более]) / [относительная ширина зоны, не подвергнутой механической обработке, в образце с шириной механической обработки 15 мм или менее],
(e) Потери в железе в зоне, подвергнутой механической обработке, также могут быть заменены потерями в железе, измеренными при одноосном сжимающем напряжении, равном 100 МПа или более, приложенном к другому листу из нетекстурированной электротехнической стальной из того же материала, что и анализируемый стальной лист.
Причина этого, как полагают, состоит в том, что хотя реальная зона, подвергнутая механической обработке, имеет сложное распределение напряжений, характеристики одноосного сжимающего напряжения при 100 МПа или более имеют тенденцию достигать насыщения и не вызывают значительных изменений в потерях в железе и что направление поля напряжений не имеет особого значения в области с широким профилем поля напряжений, в котором потери в железе стремятся к достижению плато, и распределение напряжений может насыщаться при определённой величине.
Верхний предел применяемого одноосного сжимающего напряжения конкретно не ограничен, но обычно он составляет около 300 МПа.
(f) Поскольку ширина воздействия механической обработки (диапазон воздействия механической обработки) в листе из нетекстурированной электротехнической стали после резки включает не только диапазон создания пластического напряжения, но также диапазон создания упругого напряжения, предпочтительно определять ширину воздействия механической обработки за счёт упругого напряжения анализом с использованием рентгеновского или синхротронного излучения.
Однако при более простой схеме для ширины, подвергнутой механической обработке, достаточно установить значение, которое в два-четыре раза превышает толщину стального листа. Это позволяет оценить потери в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки без значительного ухудшения точности.
Причиной ухудшения точности прогнозирования потерь в железе, когда ширина воздействия механической обработки отклоняется от величины в две-четыре толщины стального листа, считается, что отклонение от фактического диапазона упругих напряжений становится более выраженным.
0
а
as
a
a
as
as
(g) В случае определении области 1 (область А), которая определяется как вышеописанная область низкой плотности магнитного потока, в диапазоне, в котором средняя плотность магнитного потока В составляет от 0 Тл до В Тл, предпочтительно, чтобы исходное значение B для B в соответствии с толщиной листа t было получено из следующего уравнения, и B было выбрано из полученного исходного значения B± 0,2 Тл (более предпочтительно в диапазоне B± 0,1 Тл). При такой схеме потери в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки могут быть прогнозированы с высокой точностью.
as
B = 0 (для t ≤ 0,25 мм),
as
B = 1,2 * t - 0,3 (для 0,25 мм < t ≤ 0,50 мм), и
as
B = 0,3 (для 0,5 мм < t).
b
При определении области 2 (область B) B предпочтительно выбирается в диапазоне 1,45 ± 0,15 Тл (более предпочтительно в диапазоне 1,45 ± 0,1 Тл). При такой схеме потери в железе листа из нетекстурированной электротехнической стали после резки могут быть прогнозированы с высокой точностью.
a
b
Причина, по которой точность прогнозирования потерь в железе улучшается, когда B и B задаются в вышеуказанных диапазонах, полагают в том, что наши модели более точно приближаются к реальному поведению магнитного потока.
0
Кроме того, отношение увеличения плотности магнитного потока зоны, не подвергнутой механической обработке, к увеличению средней плотности магнитного потока B в области 2 (область B) предпочтительно принимается равным 1,02 ± 0,015 (более предпочтительно принимается равным 1,02 ± 0,01).
0
Кроме того, отношение увеличения плотности магнитного потока зоны, не подвергнутой механической обработке, к увеличению B в области 3 (область C) предпочтительно принимается равным 0,93 ± 0,02 (более предпочтительно 0,93 ± 0,01).
c
1
2
B может быть задана как средняя плотность магнитного потока, когда B= B в области C.
Условия, отличающиеся от описанных выше, например, используемые материалы, способы их изготовления и т.п., конкретно не ограничены и описанная здесь схема может быть применена к любым обычным известным листам из нетекстурированной электротехнической стали.
Отсутствуют ограничения ширины анализируемого стального листа (ширина стального листа после резки), но наиболее целесообразно, чтобы описанная здесь схема использовалась для прогнозирования потерь в железе стального листа после резки, посредством которой стальной лист подвергается резке, в частности, шириной 1 мм или более и менее 30 мм и более предпочтительно шириной 20 мм или менее.
Как указано выше, термин «резка», используемый в описании, относится в широком смысле к обработке резкой, включающей резку наклонным лезвием, штамповку и т.п. Хотя описанные выше эксперименты были описаны в контексте резки, являющейся резкой наклонным лезвием, наш способ прогнозирования потерь в железе также применим к любой обработке, включающей резку, вызывающую напряжение в стальном листе, что соответствует в широком смысле к обработке резкой, такой как штамповка. Другие условия, такие как условия обработки, особо не ограничиваются, и могут применяться обычные методы.
Кроме того, методы измерения потерь в железе в каждом образце (для получения измеренных значений) включают, но не ограничиваются ими, измерения по методу Эпштейна, измерения с использованием ординарного листа (SSТ) и кольца.
В качестве образцов, для которых прогнозируются потери в железе в зонах, не подвергнутых механической обработке, и в зонах, подвергнутых механической обработке, используются стальные листы из того же материала, что и анализируемый стальной лист для прогнозирования потерь в железе. В соответствии с использованием в описании «стальные листы из того же материала» не ограничиваются стальными листами, которые полностью идентичны по составу, но включают, например, стальные листы, которые содержат одинаковые компоненты и для которых разница в содержании основных компонентов, таких как Si, Al и Mn, исключая случайные примеси, составляет 0,2% масс. каждого.
Примеры
Пример 1
Прогнозирование потерь в железе выполняют на листах из нетекстурированной электротехнической стали после резки. В этом случае лист из нетекстурированной электротехнической стали толщиной 0,35 мм подвергают резке (резке наклонным лезвием) до соответствующей ширины, как указано в таблице 9 «Ширина анализируемого образца».
Прогнозирование потерь в железе стальных листов, подвергнутых резке до соответствующей ширины, с помощью варьирующихся параметров, перечисленных в таблице 9, таких как способы оценки потерь в железе после резки, способы определения потерь в железе в зонах, подвергнутых механической обработке, способы определения потерь в железе в зонах, не подвергнутых механической обработке, а также распределения плотности магнитного потока в зонах, подвергнутых механической обработке, и в зонах, не подвергнутых механической обработке, и последующее сравнение прогнозируемых значений с измеренными значениями.
a
a
b
a
b
b
c
b
c
c
a
b
1
0
Распределение плотности магнитного потока в зонах, не подвергнутых механической обработке, и зонах, подвергнутых механической обработке, листов из нетекстурированной электротехнической стали после резки, классифицируется и определяется в любой из следующих областей: область А, соответствующая области 1, в которой средняя плотность магнитного потока находится в диапазоне от 0 Тл до B Тл; область B, соответствующая области 2, в которой средняя плотность магнитного потока находится в диапазоне от B Тл до B Тл (выше B Тл и не выше B Тл); область C, соответствующая области 3, в которой средняя плотность магнитного потока находится в диапазоне от B Тл до B Тл (выше B Тл и не выше B Тл); и область D, соответствующая области 1, в которой средняя плотность магнитного потока выше B Тл. Варьируются значения B и B, а также отношение увеличения плотности магнитного потока B к увеличению средней плотности магнитного потока B, которое представляет лёгкость прохождения магнитного потока в зонах, не подвергнутых механической обработке, в областях B и C.
Для каждого образца для прогнозирования потерь в железе готовят образец для испытаний с общей шириной 30 мм объединением нескольких образцов, подвергнутых резке (резке наклонным лезвием), до соответствующей ширины, затем готовят в общей сложности восемь образцов для испытаний с продольным направлением параллельным направлению прокатки (направление L) или поперечному направлению (направление C), и потери в железе образца определяют с использованием результатов выполнения измерений по методу Эпштейна в общей сложности восьми образцов для испытаний в L + C направлениях (четыре в направлении L и четыре в направлении C).
Что касается потерь в железе при одноосном сжимающем напряжении, то потери в железе каждого образца определяют путём усреднения результатов измерения потерь в железе ординарных отдельных стальных листов, продольное направление которых параллельно направлениям L и C, при возбуждении каждого из стальных листов в виде ординарного листа при напряжении 100 МПа вдоль направления возбуждения и в конце проводят корректировку измеренных потерь в железе, чтобы сделать их эквивалентными соответствующим значениям Эпштейна, исходя из значений для отдельных стальных листов и значений по испытанию методом Эпштейна, определённых в отсутствие напряжения.
Кроме того, что касается измеренного значения потерь в железе каждого анализируемого стального листа, образцы (длиной 280 мм) подвергают резке (резке наклонным лезвием) стального листа до соответствующей ширины и объединяют до общей ширины 30 мм, затем готовят четыре таких образца с продольным направлением, параллельным направлению прокатки (направление L), и ещё четыре с продольным направлением, параллельным поперечному направлению (направление С), затем в общей сложности восемь образцов в L+C-направлениях измеряют по методу Эпштейна и результаты измерений используют для определения измеренного значения потерь в железе анализируемого стального листа. Результаты оценки также перечислены в таблице 9.
Из таблицы 9 видно, что во всех наших примерах погрешность в точности составляет 20% или ниже, что указывает на то, что потери в железе можно прогнозировать с высокой точностью. В частности, понятно, что для примеров № 4 и 7, в которых все параметры заданы в подходящих условиях, погрешность в точности составляет 10% или ниже в каждой области плотности магнитного потока, где можно прогнозировать потери в железе с очень высокой точностью.
Напротив, значительные ошибки могут быть найдены в каждой области плотности магнитного потока в сравнительном примере № 1, в котором потери в железе образца, вырезанного шириной 30 мм, по измерению в соответствии с JIS C 2550, применяются в качестве прогнозируемого значения без учёта влияния напряжения механической обработки.
Пример 2
Прогнозирование потерь в железе выполняют на листах из нетекстурированной электротехнической стали после резки. В этом случае лист из нетекстурированной электротехнической стали толщиной 0,35 мм подвергают резке (резке наклонным лезвием) до соответствующей ширины, как указано в таблице 10 «Ширина анализируемого образца».
Как и в примере 1, потери в железе стальных листов, вырезанных с соответствующей шириной, прогнозируют с помощью изменяющихся параметров, перечисленных в таблице 10, таких как методы оценки потерь в железе после резки, способы определения потерь в железе в зонах, подвергнутых механической обработке, способы определения потерь в железе в зонах, не подвергнутых механической обработке, и распределение плотности магнитного потока в зонах, подвергнутых механической обработке, и в зонах, не подвергнутых механической обработке, и затем сравнение прогнозируемых значений с измеренными значениями.
Для каждого образца для прогнозирования потерь в железе готовят образец для испытаний с общей шириной 48 мм путём объединения нескольких образцов, подвергнутых резке (резке наклонным лезвием), до соответствующей ширины, затем готовят в общей сложности четыре таких образца с продольным направлением параллельным поперечному направлению, и потери в железе каждого образца определяют путём усреднения результатов измерения потерь в железе ординарных отдельных образцов одного за другим с использованием измерительной рамки для испытания ординарного листа (SSТ).
Кроме того, что касается измеренного значения потерь в железе каждого анализируемого стального листа, образцы (длиной 280 мм) подвергают резке (резке наклонным лезвием) стального листа до соответствующей ширины и объединяют до общей ширины 48 мм, затем готовят в общей сложности четыре образца с продольным направлением, параллельным поперечному направлению, и измеренное значение потерь в железе стального листа определяют путём усреднения результатов измерения потерь в железе отдельных образцов один за другим с использованием измерительной рамки ординарного листа (SSТ).
Потери в железе при одноосном сжимающем напряжении определяют как в примере 1.
Из таблицы 10 видно, что во всех наших примерах погрешность в точности прогнозирования составляет 20% или ниже, что указывает на то, что потери в железе можно прогнозировать с высокой точностью. В частности, понятно, что для примеров № 4 и 7, в которых все параметры заданы в подходящих условиях, погрешность в точности составляет 10% или ниже в каждой области плотности магнитного потока, где можно прогнозировать потери в железе с очень высокой точностью.
Напротив, значительные ошибки могут быть найдены в каждой области плотности магнитного потока в сравнительном примере № 1, в котором потери в железе образца, вырезанного шириной 30 мм, по измерению в соответствии с JIS C 2550, применяются в качестве прогнозируемого значения без учёта влияния напряжения механической обработки.