空调压缩机电机用硅钢片国产化研究

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摘要

硅钢板是空调压缩机生产中主要的原材料之一，约占整个成本的20%。使用进口硅钢片，不但成本高，而且进口周期长，并受国际贸易环境的影响。本文介绍了三菱电机（广州）压缩机有限公司的国产化经验，对如何使国产硅钢板在电气性能、机械性能、耐冷媒性能及压缩机使用性能等方面满足要求以替代进口品进行了分析。通过国产化，不但使企业获得较大经济效益，而且，对促进国内硅钢行业的发展起了一定的作用。

一、空调压缩机用硅钢片概述

80年代以来，随着电冰箱、空调器快速进入广大家庭，市场需求量与日俱增，压缩机的生产也随之快速发展起来。80年代主要是冰箱压缩机的发展，而90年代中期则是空调压缩机的发展与成熟时期。旋转式空调压缩机作为一项资金与技术密集型的精密机电产品，在中国的生产主要是以合资或独资形式展开的，引进的技术与设备都较先进，起点较高，对原材料也提出了很高的要求。当时，空调压缩机电机硅钢片基本上依赖进口，年进口量达8万吨，消耗国家大量的外汇，主要由日本新日铁公司和川崎制铁公司生产提供。电机铁芯的制造一般采用200～300吨高速冲床，冲片速度基本上为300 次/分，且多采用全自动工艺，即自动送料、高速冲压、自动叠片、自动铆接，这对设备也对材料提出了极苛刻的要求。空调压缩机用硅钢片的主要技术要求如下：

1）电磁性能：

硅钢片的电磁性能对压缩机的效率与质量的影响是不言而喻，衡量其好坏的主要指标是磁性能，包括铁损和磁通密度，前者越小越好，后者则越高越好。铁损包括磁滞损耗和涡流损耗，磁滞损耗是由于铁芯在交变磁化时所引起的能量损耗，与材料的成分和晶粒大小有关，可用磁滞回线的面积来表示；涡流损耗是由于铁芯交变磁化所产生的涡流而引起的电阻损耗，与材料本身的电阻率及厚度有关。因此为减少铁芯损耗，一般硅钢片厚度较薄且较高的电阻率，单位铁损愈小，则电机的温升和电能损耗也愈小。磁通密度越高，在磁通量不变的情况下，可缩小磁路的截面积，又节约绕组用铜量，减少电机的体积。磁感应强度愈大，同样容量的电机尺寸和重量愈小，磁通密度主要与材料成分及制造工艺有关。

2）机械性能：

主要反映为冲片性，硅钢片应具有适宜且一致的硬度，不能过脆或过软，表面要光滑平整，且厚薄均匀，以利于模具冲制和提高叠片系数。目前国产硅钢片在硬度稳定及厚度均匀性方面同国外先进水平相比还有一定的差距，国产硅钢片的横向厚度公差难以保证在10μm以下。

3）良好的涂层：

涂层是用来获得层间绝缘能力及防锈能力的，除了要求具有良好的绝 缘及防锈能力外，涂层薄膜同时必须具备耐冷媒能力及在钢带冲裁所需矫正退火工序时的足够的耐热性。

2 三菱电机（广州）压缩机用硅钢片国产化过程与研究

三菱电机（广州）压缩机有限公司(以下简称MGC)是日本三菱电机株式会社在中国独资兴建的空调用旋转式压缩机专业生产厂家，一期工程全套引进三菱电机的RH系列压缩机生产技术与设备，于1996年初建成投产，所用的电机硅钢片初期全部进口，采用川崎制铁生产的50RM1300A1及新日铁的50NC-FM（L2）。这两种牌号硅钢片为典型的带涂层半工艺型产品，性能上属于高磁感和较高铁损的型号。高磁感可满足压缩机高效率的要求,而高铁损虽不利于电机温升等性能,但可使材料成本大大降低,而本公司使用时仅对转子铁芯进行发兰处理，定子铁芯不需经过退火处理。这是根据在满足电机的性能和效率要求的前提下，尽量减少工序和设备投资，由此使成本降至最低，生产设备为日本AIDA公司200吨全自动高速冲床，速度300次/分钟。

为提高国产化率水平，降低材料成本，进一步提高产品竞争力，于1998年初开始进行国产化研究，经过考察研究发现,由于MGC所选硅钢片材料的特殊性,电磁性能上为高磁感、较高铁损，使用上对机械性能特别是横向厚度公差要求特高，武钢产标准牌号中没有能全面满足MGC要求的硅钢片（见表1)。为此,联合浙江大学宇恒公司在武汉钢铁公司专门作了研究开发，经过三方的共同努力，在半年左右的时间里开发出与进口品性能相当的产品,命名为WHY-50。

3 基本技术性能评价

(1)WHY-50与50RM1300及50NC-FM（L）性能参数对比（实测值）见表2。

综上所述，在技术性能参数方面，WHY-50与MGC目前使用的进口材料无明显差别，可以替代进口。

4 压缩机使用性能比较

（1）用2种不同材料的压缩机基本性能比较见表5

分析：压缩机的性能，在压缩机机械结构、其它材料相同并系同时期量产品，其性能差异主要应为电机硅钢片材质的变化引起，从上表4可以看出，武钢硅钢片WHY-50在性能上可完全保证整机的性能与要求并且有一定的裕度，但与日本川崎制铁的50RM1300在综合性能有少量差距。

（2） 过负荷（OVER LOAD）试验时的温升比较见表6。

分析：过负荷实验系模拟压缩机最大可能使用状态，该状态下压缩机温升的差异，在压缩机机械结构、其它材料相同并是同时期量产品，其性能差异主要应为电机硅钢片材质的变化引起损耗差异造成，从上表可以得出结论，用武钢产WHY-50制作的电机绕组其温升大大低于限制值并有较大的安全裕度，与川崎制铁的50RM1300基本上处于同一水平。

在压缩机过负荷运转情况下，用武钢产WHY-50制作的电机可保证在180V低电压时压缩机仍能正常工作，标准要求是198V（即额定电压的90%）能起动运转，因此WHY-50这一性能也是优异的。

5 生产工艺性评价

(1) MGC完成上述基本技术性能评价后，决定对其生产性进行评价，因为MGC生产工艺的特点是高速冲制（300次/分）加自动铆接，这对材料尺寸及力学性能的稳定性要求较高；若没有退火工艺则要求材料的电磁性能稳定性也要高。生产性评价分为三个阶段：试生产阶段→限定量生产阶段→批量生产阶段。

（2） 对于横向厚度公差的控制，能否有效地控制在10um以内对本公司设备而言是非常重要的一项指标。对此武钢公司从设备上、工艺上采取了多项措施，使得该项指标比以前有了大幅度改善，但从产品结果来看，还不能100%控制在10um之内，供应商采取的对策是在分条时进行严格的检测，将偶尔超差的产品分选出来，销售给其它采用一般冲压设备生产的客户，使供给本公司的产品能100%地满足要求。

(3) 经过近6个月的生产性评价，WHY-50顺利进入扩大限定量生产阶段（可以100%替代进口材料的初期阶段），已使用近1,500T材料，目前使用量已占总用量的70%，横向差方面比起川电产品略差，但已满足设备使用要求；硬度方面，稳定性略差，但没有对冲裁性造成影响；在电磁性能方面，没有明显的波动，完全在MGC性能要求范围之内。

6 结论

经过近一年半的努力，综合以上基本技术性能评价、压缩机使用性能评价及生产性评价，证明武钢的WHY-50产品完全可能替代进口产品，满足MGC要求，在国产化上取得了预期的成果，经济效果显著。而武钢公司亦在控制横向厚度公差方面有了较大的进步，相信武钢通过不断的技术改进与品质改进将进一步改善电磁性能及横板差品质水平。赶超世界先进水平，尽快占领空调压缩机用硅钢片这一市场。

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