Autor: Jessica Schober, Dmitry Badyukov, Malte Hemmerich,Laboratorio de Aplicaciones Novanta
Las horquillas desempeñan un papel fundamental en la producción de estatores para motores y generadores eléctricos. La horquilla es un alambre de cobre rectangular recubierto con una capa de aislamiento orgánico, que tiene las ventajas de una mayor tasa de llenado de ranuras y eficiencia del motor en comparación con los alambres de cobre aislados redondos y flexibles. Sin embargo, la bobina de horquilla es relativamente gruesa, lo que plantea desafíos a la tecnología de bobinado tradicional y al decapado de materiales aislantes. Además, se requiere un extenso trabajo de soldadura para fijar las horquillas después del montaje del estator.
Para lograr una soldadura eficiente y de alta calidad de los extremos de las horquillas, la superficie del alambre de cobre debe estar limpia y libre de residuos. La limpieza de la superficie de la horquilla afecta directamente la calidad de la soldadura y el rendimiento general del motor. Por lo tanto, se debe utilizar un proceso muy importante en el proceso de producción de la horquilla: pelar la capa de aislamiento de la horquilla para quitar el aislamiento o el material de porcelana en el perfil de cobre rectangular. Novanta trabaja con muchos líderes de la industria en el proceso de extracción de aislamiento en horquilla. Los requisitos de aplicación generalmente incluyen pelar aproximadamente 30 mm de los cuatro lados de un perfil de cobre rectangular que mide aproximadamente 3 mm x 1,5 mm y aislamiento en forma de horquilla. El proceso de extracción debe completarse en un ciclo de procesamiento corto, normalmente menos de 1,5 segundos.
Material y longitud de onda
Para determinar el mejor método para el aislamiento en horquilla.pelarFue necesario un análisis en profundidad del material y su espectro de absorción para las longitudes de onda del láser industrial disponibles en el mercado. Los materiales aislantes más utilizados en horquillas incluyen compuestos orgánicos como poliamida (PA), poliéter (PE) y poliimida (PI), a base de cobre puro. El objetivo de este proceso es eliminar eficazmente toda la capa aislante orgánica sin garantizar que se dañe el sustrato.
Mediante análisis, encontramos que la capa aislante orgánica exhibe propiedades de absorción significativas en longitudes de onda más largas dentro del espectro del infrarrojo lejano. Por lo tanto, creemos que los láseres de CO₂ son la mejor solución paraquitar el aislamiento de los cables de cobre. Nuestros láseres de CO₂ Synrad están disponibles en opciones de longitud de onda de 9,3 μm, 10,2 μm y 10,6 μm, lo que proporciona una variedad de rangos espectrales consistentes con las curvas de absorción de diferentes materiales aislantes. Además, estos láseres exhiben una alta reflectividad sobre sustratos de cobre puro, lo que garantiza una eliminación eficiente de las capas aislantes y minimiza el riesgo de decoloración o modificación de la superficie.
Aunque los láseres de CO₂ pueden eliminar eficazmente la mayoría de los materiales aislantes, es posible que quede un fino residuo de 1-2μm de espesor en la superficie de cobre reflectante, que no se puede eliminar de manera efectiva solo con radiación infrarroja lejana. Por lo tanto, utilizamos un láser de fibra de nanosegundos de baja potencia en el segundo paso del proceso para garantizar la eliminación completa de esta capa residual. El láser de fibra tiene mejores propiedades de absorción en el sustrato, lo que permite una exfoliación completa y al mismo tiempo protege la superficie de cobre del calentamiento excesivo y la modificación de la superficie.
Si bien se encuentran disponibles métodos alternativos, como la ablación láser que utiliza múltiples láseres de pulso corto o un único láser de fibra más potente para eliminar la capa de aislamiento, nuestro proceso de dos pasos ofrece ventajas excepcionales en términos de efectividad, calidad y velocidad de procesamiento.
El proceso de ablación real del primero generalmente no puede cumplir con los requisitos de velocidad y no puede distinguir entre el material aislante y el sustrato; por otro lado, el uso de un único láser de fibra más potente provocará daños térmicos más graves y modificaciones de la superficie del sustrato.
Además, ambas alternativas requieren una mayor inversión en la fuente láser, por lo que el método de dos pasos sigue siendo una solución ideal para el proceso de decapado del aislamiento en horquilla, logrando un buen equilibrio entre eficiencia, calidad y rentabilidad.
