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高速列车电机用电磁线芯拉拔成形的研究

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摘要

随着我国铁路的蓬勃发展,高速列车牵引电机日益受到重视,为此对牵引电机关键材料——电磁线的性能提出了更高的要求。此种电磁线需在高质量的铜线芯表面绕包kapton薄膜或FCR薄膜胶带再经高温烧结而成,具备优异的导热、耐热、机械和电气性能。与国外电磁线同类产品相比,国产电磁线的线芯在表面质量、尺寸精度和柔软度方面存在较大的差距,无法满足高速列车电机用电磁线线芯的使用要求。为解决线芯的表面质量问题,本文从电磁线线芯的拉拔数学方程、拉拔成形有限元数值模拟和拉拔试验三个方面开展了研究工作,主要内容如下:
　　 1.阐述了有限元模拟在塑性成形中应用状况,刚塑性有限元法的基本原理、基本力学方程以及求解方法;建立了电磁线线芯拉拔的刚塑性有限元模型,确立了模型适合的边界条件;结合应力平衡微分方程与塑性条件,推导了电磁线线芯拉拔的数学公式。
　　 2.应用有限元仿真软件DEFORM-3D对电磁线线芯拉拔变形过程进行数值模拟,结果表明:电磁线线芯拉拔成形过程中存在等效应力、等效应变和温度等不均匀分布现象,尤其以线芯截面边缘中部和圆角位置的应力应变最为集中、温度最高;摩擦对拉拔过程中温度、拉拔力和金属流变存在明显的影响,在相同的工况条件下,降低摩擦,电磁线线芯变形界面温度下降且分布均匀,促使电磁线线芯的均匀流变,降低拉拔力;拉拔工艺参数对金属流变、应力也存在明显的影响,拉拔速度在1000mm/s以下和模角在8～10°时,有利于降低应力集中、促进金属均匀流变和提高线芯表面质量。
　　 3.研制了一套与万能拉伸试验机相配合的拉拔夹具,进行了不同润滑剂的电磁线线芯拉拔实验,结果表明:单一的增大润滑剂基础油的粘度,对于降低摩擦磨损、减小拉拔力和提高表面质量等作用有限;在润滑剂中添加适宜的油性剂和极压剂,能明显减小电磁线拉拔变形过程中摩擦,降低线芯表面磨损及铜粉产生,且显著提高了线芯的表面质量。
　　 4.进行了性能优良全油润滑剂和现有水基润滑剂的对比拉拔试验,结果表明拉拔过程中采用优良的全油润滑剂比采用水基润滑剂时的拉拔力下降900N,线芯的表面粗糙度Ra由1.30μm降至1.10μm,微观形貌更加平滑细腻,线芯的表面质量明显提高,且明显优于电磁线线芯工业产品(Ra=1.47μm)。因此采用高性能全油润滑剂是解决高速列车电机用电磁线线芯表面质量难题的一条有效途径。

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