بررسی پدیده "استخوان سگی" (Dog Bone) در تولید سیم تخت لاکی: دلایل، پیامدها و راهکارهای کنترل
در فرآیند لاکزنی سیمهای تخت (Flat Enameled Wires)، یکی از مشکلات رایج و البته ناخوشایند، پدیدهای است موسوم به "استخوان سگی" یا Dog Bone Effect. این پدیده به تجمع بیشازحد لاک در گوشههای سیم و در عین حال نازک شدن لاک در سطوح صاف اشاره دارد. شکل نهایی مقطع سیم، از یک مقطع مستطیلی استاندارد دور شده و شباهتی به استخوان سگ پیدا میکند – با گوشههایی برجستهتر و وسطی نازکتر. این موضوع نه تنها روی کیفیت عایقکاری اثر منفی دارد، بلکه در چگالی پرشدگی کویلها و عملکرد الکتریکی نهایی نیز دردسرساز میشود.
1.پدیده استخوان سگی چیست و چرا رخ میدهد؟
در طی فرآیند لاکزنی، سیم تخت از میان یک قالب (Die) عبور داده میشود تا لایهای یکنواخت از لاک (رزین عایق) روی آن نشیند. اما طبیعت سیالات و خاصیت کشش سطحی باعث میشود که لاک در گوشههای سیم بیش از حد تجمع پیدا کند، چون این نواحی "انحنای بیشتری" دارند و انرژی سطحی در آنجا بالاتر است.
از سوی دیگر، در سطوح صافتر (بین دو گوشه)، لاک تمایل کمتری به باقیماندن دارد و لایه نازکتری تشکیل میشود. در نتیجه، مقطع نهایی سیم، بهجای اینکه یکنواخت باشد، شبیه یک استخوان سگ میشود.
این شکل غیراستاندارد میتواند مشکلاتی جدی ایجاد کند:
- کاهش ضریب پرشدگی (Filling Factor): چون گوشهها ضخیمتر شدهاند، سیم به خوبی در کنار سایر سیمها در یک کویل جای نمیگیرد و بین آنها فضای خالی بهوجود میآید.
- نقص در ابعاد نهایی سیم: رسیدن به تلورانسهای دقیق ابعادی طبق استانداردهای IEC 60317 دشوار میشود.
- کاهش عملکرد عایق الکتریکی: نواحی نازکتر در عایق، نقاط ضعف الکتریکی ایجاد میکنند و احتمال شکست دیالکتریک یا اتصال کوتاه را افزایش میدهند.
2.پیامدهای صنعتی و کیفی پدیده Dog Bone
اگرچه ممکن است این پدیده در نگاه اول صرفاً یک عیب ظاهری به نظر برسد، اما پیامدهای آن در سطح کیفی و عملکردی گستردهتر است:
- افزایش احتمال شکست عایقی (Breakdown Voltage): لایههای نازکتر ممکن است تحت ولتاژهای کاری یا ضربهای به راحتی تخریب شوند.
- سختی در کنترل ابعادی و بازرسی: دستگاههای اندازهگیری ممکن است مقدار ضخامت کل را مناسب تشخیص دهند، درحالیکه در سطوح صاف ضخامت بحرانی وجود دارد.
- افزایش تلفات فضا در کویلها: به دلیل پر نشدن کامل فضای بین سیمها، هستههای الکترومغناطیسی بزرگتر از حد نیاز طراحی میشوند.
3.راهکارهای کنترل و کاهش اثر استخوان سگی
برای حل این مشکل، تولیدکنندگان از ترکیبی از مهندسی قالب، کنترل خواص رزین، و تنظیمات فرآیندی استفاده میکنند:
الف) طراحی بهینه قالب (Die Design Optimization)
طراحی قالب با در نظر گرفتن رفتار هیدرودینامیک رزین در حین عبور، نقش اساسی دارد. قالبهایی با هندسه بهینه، زوایای مناسب ورودی و خروجی، و توزیع فشار کنترلشده، میتوانند جریان رزین را طوری هدایت کنند که از ضخیم شدن گوشهها جلوگیری شود.
ب) کنترل ویسکوزیته لاک (Enamel Viscosity)
ویسکوزیته لاک تأثیر زیادی در رفتار آن حین جریان دارد. اگر لاک بیشازحد غلیظ باشد، تمایل بیشتری به تجمع در گوشهها دارد. با تنظیم دقیق ویسکوزیته (معمولاً در دمای خاصی)، میتوان رفتار جریان را بهتر کنترل کرد.
پ) تنظیم سرعت کشش (Drawing Speed)
افزایش یا کاهش سرعت عبور سیم از قالب بر ضخامت نهایی لاک اثر میگذارد. سرعت بالاتر ممکن است فرصت کافی برای لاک جهت توزیع یکنواخت فراهم نکند. بنابراین، سرعت بهینهای باید برای هر نوع سیم و لاک تعریف شود.
ت) فرآیند چندمرحلهای (Multi-Pass Coating)
در این روش، بهجای لاکزنی ضخیم در یک مرحله، چند مرحله نازک با پختهای میانی انجام میشود. این کار باعث توزیع یکنواختتر لاک و کاهش تجمع در گوشهها میشود.
ث) استفاده از مواد خاص در قالب (Special Die Materials)
جنس سطح داخلی قالب نیز میتواند بر رفتار رزین تأثیر بگذارد. برخی آلیاژها یا پوششها (مثل تفلون یا سرامیکهای خاص) با کاهش اصطکاک و بهبود جریان، به توزیع یکنواختتر کمک میکنند.
جمعبندی
پدیده Dog Bone، گرچه ظاهری ساده دارد، اما در عمل میتواند به مشکلات بزرگی در تولید، کیفیت و عملکرد نهایی سیم لاکی منجر شود. با بهرهگیری از اصول فنی در طراحی قالب، کنترل دقیق خواص لاک و بهینهسازی فرآیند کشش، میتوان تا حد زیادی این مشکل را مهار کرد و کیفیت نهایی سیم را در سطح استانداردهای بینالمللی تضمین نمود.
منابع پیشنهادی برای مطالعه بیشتر:
- IEC 60317 – Specifications for enamelled round and rectangular winding wires
- IEC 60464 – Varnishes for electrical insulation
- ASM Handbook, Volume 18 – Friction, Lubrication, and Wear Technology
- "Coating Flows" – J.R.A. Pearson, Oxford University Press
