Автор: Джессіка Шобер, Дмитро Бадюков, Мальте Хеммеріх,Лабораторія застосування Novanta
Шпильки відіграють важливу роль при виготовленні статорів для електродвигунів і генераторів. Шпилька — це прямокутний мідний дріт, покритий органічним ізоляційним шаром, який має переваги вищої швидкості заповнення пазу та ефективності двигуна порівняно з круглими та гнучкими ізольованими мідними проводами. Проте шпилькова котушка є відносно товстою, що створює проблеми для традиційної технології намотування та зняття ізоляційних матеріалів. Крім того, для кріплення шпильок після складання статора потрібні значні зварювальні роботи.
Для ефективного і якісного паяння кінців шпильок поверхня мідного дроту повинна бути чистою і без залишків. Чистота поверхні шпильки безпосередньо впливає на якість зварювання і загальну продуктивність двигуна. Тому в процесі виробництва шпильок необхідно використовувати дуже важливий процес - зняття ізоляційного шару шпильки для видалення ізоляції або порцелянового матеріалу на прямокутному мідному профілі. Novanta співпрацює з багатьма лідерами галузі в процесі зняття ізоляції. Вимоги до застосування зазвичай включають зняття приблизно 30 мм з усіх чотирьох сторін прямокутного мідного профілю розміром приблизно 3 мм x 1,5 мм та ізоляцію шпилькою. Процес зачистки потрібно завершити протягом короткого циклу обробки, зазвичай менше 1,5 секунди.
Матеріал і довжина хвилі
Щоб визначити найкращий спосіб ізоляції шпилькизачищеннядля цього процесу необхідний був глибокий аналіз матеріалу та його спектру поглинання для промислових лазерних довжин хвиль, доступних на ринку. Ізоляційні матеріали, які зазвичай використовуються в шпильках, включають органічні композити, такі як поліамід (PA), поліефір (PE) і поліімід (PI), на основі чистої міді. Метою цього процесу є ефективне видалення всього органічного ізоляційного шару без пошкодження основи.
Завдяки аналізу ми виявили, що органічний ізоляційний шар демонструє значні властивості поглинання на більших довжинах хвиль у далекому інфрачервоному спектрі. Тому ми вважаємо, що лазери CO₂ є найкращим рішенням длязняття ізоляції з мідних проводів. Наші CO₂-лазери Synrad доступні з довжиною хвилі 9,3 мкм, 10,2 мкм і 10,6 мкм, що забезпечує різноманітні спектральні діапазони, що відповідають кривим поглинання різних ізоляційних матеріалів. Крім того, ці лазери демонструють високу відбивну здатність на підкладках із чистої міді, забезпечуючи ефективне видалення ізоляційних шарів, мінімізуючи ризик зміни кольору або модифікації поверхні.
Незважаючи на те, що CO₂-лазери можуть ефективно видаляти більшість ізоляційних матеріалів, тонкий залишок товщиною 1-2 мкм може залишатися на відбивній мідній поверхні, який неможливо ефективно видалити одним лише інфрачервоним випромінюванням. Тому ми використовуємо малопотужний наносекундний волоконний лазер на другому етапі процесу, щоб забезпечити повне видалення цього залишкового шару. Волоконний лазер має кращі властивості поглинання в підкладці, забезпечуючи ретельне відшарування, одночасно захищаючи мідну поверхню від надмірного нагрівання та модифікації поверхні.
Хоча для видалення ізоляційного шару доступні альтернативні методи, такі як лазерна абляція з використанням кількох короткоімпульсних лазерів або одного потужнішого волоконного лазера, наш двоетапний процес пропонує видатні переваги з точки зору ефективності, якості та швидкості обробки.
Фактичний процес абляції першого зазвичай не може відповідати вимогам швидкості та не може відрізнити ізоляційний матеріал від підкладки; з іншого боку, використання одного потужнішого волоконного лазера призведе до серйозніших термічних пошкоджень і модифікації поверхні підкладки.
Крім того, обидва варіанти вимагають більших інвестицій у лазерне джерело, тому двоетапний метод залишається ідеальним рішенням для шпилькового процесу зняття ізоляції, досягаючи хорошого балансу між ефективністю, якістю та економічною ефективністю.
