微电机制造工艺.ppt

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.,*,各位朋友,大家好,.,微电机制造工艺,以永磁直流和无刷直流电机为主,.,1 微电机制造工艺概论,.,1.1 制造工艺的特点,1.1.1 微电机大小、精度要求、生产批量差别较大；,1.1.2 制造工艺涉及的专业很广泛；,1.1.3 大量使用工装模具，向少无切削方向发展；,1.1.4 在批量生产中，自动化程度越来越高。,.,1.2 生产类型及特点,1.2.1 单件的批量生产,一个批次只生产几台、几十台、数百台电机。,1.2.2 中等批量生产,产品周期地进行成批生产。,1.2.3 大批量生产,同一产品，大批量、经常反复地生产。,说明：生产类型的年产量根据各企业产品具体情况而定。,.,1.3 工艺方案,加工一个零件，或完成一个加工要求，可以设计若干个不同的工艺过程或工艺方法，即可以有多种工艺方案。,是指导产品工艺准备工作的依据。,.,1.3.1 工艺方案设计原则,主要应在保证产品质量（技术指标）的同时，充分考虑经济效益（生产周期、成本及环保）；,根据本企业的能力，积极采用先进的工艺及工装。,.,1.3.2 工艺方案设计依据,a、产品图纸及有关技术文件；,b、产品的生产性质及生产类型；,c、本企业现有的生产条件；,d、国内外同类产品的工艺技术情报；,e、有关技术政策；,f、企业技术领导对工艺工作的要求及有关科室、车间的意见。,.,1.3.3 工艺方案设计分类,a、,新产品样机试制；,b、,新产品小批量试制；,c、,批量生产；,d、,老产品改进。,.,1.3.4 工艺方案设计内容,不同类型的工艺方案其内容也是不同的，以新产品样机试制为例说明其内容。,a、,对产品结构工艺性的评价和对工艺工作量大体估计；,b、,初步划分自制件和外协件；,c、,提出特殊设备购置和设计、改装意见；,d、,必备的工装的意见；,e、,关键零部件工艺规程设计意见；,f、,有关新材料、新工艺的试验意见；,g、,主要材料及工时的估算。,.,1.4 工艺规程,专用工艺规程,针对每一个产品和零部件所设计的工艺规程,通用工艺规程,为一组结构相似的零部件所设计工艺规程,标准工艺规程,已纳入标准的工艺规程，例如金属材料热处理规范等,.,1.4.1 工艺规程的文件形式 及使用范围,a、,工艺过程卡，主要用于单件小批量产品；,b、,工艺卡片，用于各种批量生产的产品；,c、,作业指导书，用于关键件、重要件和质量 控制点的工序；,d、,工艺守则，某一专业应共同遵守的操作要求，如金属材料热处理规范等；,e、,毛坯图；,f、,工艺附图，常与,a、b,项配合使用。,.,1.4.2 工艺规程的特点,多样性,因批量大小、生产厂家、加工设备和设计人员的不同而不同。,合理的工艺规程才是好的工艺规程,并不是越先进越好。,.,1.4.3 工艺规程编制依据,原则：即要保证产品质量，又要考虑生产成本。,a、,研究产品图纸及技术条件等资料；,b、,产品类型及本厂生产条件是工艺规程制定的重要因素之一；,c、,制备毛坯及加工时应尽量考虑采用少无切削新工艺；,d、,工艺过程分阶段；,e、,选择合理的定位基准；,f、,应考虑零部件中隐含的要求。,.,1.5 工艺规程举例-工艺路线表,把一台微电机零部件的加工关系用图表表示出来，称之。,.,.,2 机械加工,在微电机机加工中，机械加工占有很大的比重，主要有机壳、转轴、端盖及其他零部件加工,.,2.1 机壳加工,永磁直流电机的机壳一般情况下既起支承作用，又起导磁作用，机壳材料一般采用10#钢或20#钢等低碳钢。,.,2.1.1 机壳结构,直筒式结构，即所谓的双端盖机壳；,有底结构，即所谓的单端盖结构。,下面分别针对这两种结构讨论其加工特点,.,2.1.2 直筒结构,a、,毛坯,卷铆机壳：由钢板卷制焊接而成,卷焊机壳：由钢板卷制对铆而成,无缝钢管：量少时可选用标准型材，量大时可定做管材，直接轧制成所需尺寸。,.,b、加工工艺,卷制机壳,卷制机壳一般用于性能要求不高的力能类直流电机，其装配时多采用缩口或翻铆方式。,加工工序：落料卷型（铆）焊接整形（退火）,无缝钢管,切削加工主要有车机壳内孔、止口、外圆、端面，钻孔、攻丝等。一般应分粗车和精车，并在粗精车之间加退火。目的：提高机壳的磁性能，减少机壳变形。,.,2.1.3 有底结构,拉深成形：一般多用于小型机壳，效率高，适合于批量生产。多用08钢板材。,挤压成形：效率高，适合于批量生产。,棒料加工：一般用于单件小批量生产，注意应有粗、精加工之分。,铸造成形：注意机加工前需退火处理。,.,例：机壳零件图及工艺,A,.,.,2.2 转轴,轴是电机的重要零件之一,对轴的要求：,有是足够的强度和刚度；,合理的尺寸精度和形位公差；,轴的结构尽量合理，如台阶尽量少。,.,2.2.1 轴的结构形式,a、,光轴（无台阶轴）,光轴生产效率很高，适合于批量生产。光轴又可分为：全光轴、压筋光轴、滚花光轴（用的少）。其中后两种是在全光轴上的安装铁心段及换向器段进行压筋及滚花。,b、,台阶轴,是微电机中的一种主要结构形式，一般都带中心孔，其加工一般都以中心孔做为定位基准。,.,2.2.2 加工工艺,a、,光轴,主要工艺过程有：,下料、较直平端面调质处理（校直）粗磨精磨（压筋）检查等。,b、,台阶轴,主要工艺过程有：,下料平端面打中心孔粗车调质处理精车（半精车）铁心、换向器段压筋（滚花）精磨铁心段铣键槽,.,2.2.3 注意事项,a、,为保证尺寸及位置精度，粗车同精车分开；,b、,铣键槽、铣扁时，如轴较粗时，可在精磨后铣，这样键槽对称性好，轴细时怕变形，可在精度前进行；,c、,加工台阶轴时，一般以中心孔作为加工、测量及设计基准，保持基准一致性。,d、,为改善轴的切削性能及尺寸稳定性，应分别在校直、粗车、半精车前后，适当车排合适的热处理。,.,2.3 端盖,作用是支撑转子组件，同时保证定转子之间的气隙及轴向间隙，是关键零件之一。其加工工艺主要根据电机特点、批量大小、生产模式确定。,常用加工方法：钢板拉深、铸造和型材切削等。,有时刷架和端盖做在一起。,.,加工工艺特点,根据不同的毛坯加工方法，安排合适的热处理，以消除内应力，减少变形。,切削加工时，粗、精加工分开，减小变形。,端盖止口与轴承室尽量一次装夹精车，如果两次装夹精车，应采取措施保证两者的同轴度要求。,.,3 微电机中使用的专业工艺,微电机制造工艺中，除了机械制造工艺外，还有用于微电机加工的专用工艺，如热处理、绝缘、塑压、表面处理、粘接等,.,3.1 热处理,为改善轴、机壳等结构件的加工特能、机械性能及尺寸稳定性需进行热处理。,针对导磁材料，如冲片、机壳等，为了改善其磁性能，也需进行必要的热处理。,.,3.1.1 分类及用途,a、,退火、正火,目的：,软化钢件，便于切削；,消除残余应力，防止变形、开裂；,细化晶粒、改善组织，提高钢的机械性能或磁性能；,为最终热处理（淬火十回火）作准备；,.,b、调质,可获得较好的综合机械性能，如轴的调质一般在粗车后，精车（或磨）前进行。,c、,淬火,目的是提高强度、硬度、耐磨性。在磨前进行，电机上一般用的不多，常用表面淬火，好齿轮表面淬火。,.,3.1.2 冲片的退火处理,a、,冷轧无取向硅钢,其电绝缘层耐热温度为700900，相应退火温度为650680，属低温退火；,b、,铁镍合金,例如：1,J50、1J79，,退火温度为10501150，属于高温退火。必须在真空炉或氢气炉中进行，防止氧化。,.,3.1.2 机壳,对控制类永磁直流电机机壳，作为导磁材料，要进行退火处理。,一般力能类电机可不进行退火处理。,.,3.2 绝缘处理,绝缘既是电机可靠运行的可靠保证，又常常是电机寿命最薄弱环节，是非常重要的，一旦绝缘出了问题，电机将不能正常运转。,绝缘材料一般指电阻系数在1000,Mcm,以上的材料,最基本的最常用分类方法是按耐热程度分级，,Y A E B F H C,90 105 120 130 155 180 180,.,3.2.1 槽绝缘,a、,各种复合薄膜材料，下线前嵌入槽内，高出铁心端面0.5,mm。,b、,熔槽绝缘,c、,刷涂绝缘,.,3.2.2 绕组绝缘,目的是提高绕组以下几方面的性能：,a、,机械性能,b、,耐热性,c、,导热性,d、,绝缘强度,e、,耐潮性,f、,化学稳定性,.,3.2.2.1 浸化的方法及设备,a、,沉浸,常压浸（一般浸漆）：用于线径较粗，匝数少、槽满 率低的绕组浸漆。,真空浸：用于控制类微电机及线径细、匝数多、槽满率高的电机。,b、,滴浸,常在半自动及全自动滴漆设备上进行。,必须采用无溶剂漆，主要原因是能迅速固化。,.,3.2.2.2 绝缘浸漆的工艺过程,浸漆的工艺过程主要包括：,a、预热,b、浸漆,c、烘干,d、检验,.,一种常压浸漆工艺（A30-1）,1、工件烘干605，24,h,2、,浸漆工件温度5080，漆液面高于工件，浸 至无气泡止，约1520,min,3、,控漆约0.51,h，,控干为止，室温进行。,4、擦漆擦除多余的漆,5、烘干低温7080，24,h；,高温120130，约8,h（,视工件大小而定，以热态绝缘电阻稳定2,h,以上为准）,6、检查按图纸、工艺及半成品检验规范进行,.,3.2.3 绕组的绕注绝缘,直流无刷定子环氧浇注定子通孔式；,直流力矩电机转子与换向器一起浇注；,常用真空浇注。,.,3.3 表面处理,微电机中有许多零件需要进行表面涂覆处理，其目的是提高表面的防护性能及装饰效果。,.,3.3.1 表面金属镀层,a、电镀最广泛使用的方法,b、化学镀,c、表面合金化，如渗氮等。,.,3.3.2 表面化学处理,钢件的氧化：发蓝,铜及合金的钝 化：工件浸入铬酸盐形成钝化层，防护作用增强。,.,3.3.3 表面涂漆,目的：防锈、防腐、绝缘、装饰,涂漆方法：常用刷涂、喷涂、浸漆等,较先进的工艺：,静电喷涂，同熔槽绝缘时的静电喷漆一样，不适合于内腔涂敷。,电泳涂漆，,.,3.4 塑料件,在微电机中塑料主要用作绝缘件及结构件，如刷架、换向器、接线板、出线盒、端罩、集电环等，近年来在串激电机也用作绝缘端板及槽楔架（整体）。,按塑料分类：热固性塑料、热塑性塑料。,.,3.4.1 塑件设计的工艺要求（结构工艺性）,a、脱模斜度,b、壁厚,c、加强筋,d、支承面（基准面）,e、圆角,f、嵌件,.,3.4.2 成形工艺,a、,压塑成形,b、,挤塑成形,c、,注射成形,压塑成形和挤塑成形适用于热固性塑料,注射成形适用于热塑性塑料,.,3.5 粘接,永磁直流电机：定子粘接,无刷直流电机：转子粘接。,.,注意事项,a、,一般粘接面，如机壳内孔，转子导磁环等粘接表面应喷砂处理。,b、,粘接面应擦洗干净，不能有油污。,c、,转子线速度转速较高时，如大于3000转时，常给磁钢外圆热套一个加固套，转速不高时，也可用涂有环氧胶的布带缠绕转子外表面，防护加固。,d、,烘干温度不能高于磁钢允许温度，以防磁钢退磁。,.,4 铁心制造,铁心是电机主磁路的导磁体，是电机功能性部件之一，铁心制造是微电机生产的重要工序。,.,4.1 铁心冲片制造工艺,一般采用冲压方法加工，只有当在样机试制时（数量较小），可采用线切割方法加工。,冲片冲压加工是由冲模在曲柄压力机（冲床）上来实现的。,.,4.1.1 冲模,单工序冲模，一付模具只完成一种工序的冲模，如冲孔、落料等，微电机中有时采用单槽冲。,复合模，在冲床一次行程中，在一付模具的同一位置上完成几个不同工序的冲模，完成两个工序的有凸凹模，位置精度最高。,级进模，也叫连续模，在冲床的一次行程中，在一付模具的不同位置上同时完成两道或两道以上的冲模。常在高速冲床上使用，需要进料机构，用于自动化生产。,.,4.1.2 冲片制造,a、,冲裁,b、,去毛刺，一般毛刺小于0.05,mm,时可省之,c、,冲片退火处理,d、,绝缘处理,以上工序力能类永磁直流电机视情况取舍，,.,冲片绝缘处理,目的：为了减少冲片叠成后的涡流损失，以减少铁心发热,对绝缘处理的要求：,冲片绝缘层有足够的绝缘电阻值；,足够的机械强度、附着力和韧性；,要均匀（一般为为0.0150.02,mm）,提高叠压数，保证铁心有效长度；,有良好的导热及耐热性；,绝缘工艺方法简单、适用。,绝缘方法：,通常采用涂漆或喷漆，也有磷化、氧化的，,.,4.2 铁心制造,目前一般采用叠装式铁心。,叠装方法又分为：,压装式、铆接式、扣铆式、焊接式、粘接式、自动扣铆式等。,.,4.2.1 扣铆式铁心,自动扣铆式铁心一般是在自动冲床上进行加工。在冲冲片过程中，依靠上下冲片铆扣的凹槽和凸起的过盈量连续扣铆而成铁心。,使用连续模进行冲裁。,.,4.2.2 常用迭片式铁心制造工艺,工艺过程一般包括：理片、称重或数片、叠装、紧固,a、,叠装,叠装一般在叠装工具上进行，有时也可直接叠装在轴上。,b、,铁心的固紧方法,粘接法：使用滚胶、浸胶等方法使冲片表面形成一层胶膜，然后叠装、再烘干，退出工装。定、转子铁心都适用。,铆接法：在冲片合适的位置设置铆钉孔，然后叠装，再铆接，退出工装，常用于定子铁心。,扣片法：叠装后扣片紧固。,焊接法：叠装后用氩弧焊、等离子焊等。常用于定子。,直接叠：转子轴上铣键槽，适用于单冲小量生产。,.,5 永磁直流电机电枢制造,永磁直流电机转子电枢一般由转轴、铁心、电枢绕组、换向器等构成。是比较复杂的转子组件。,.,5.1 主要工艺过程,a、,将铁心及换向器压到轴上；,b、,换向器下刻（刻槽）；,c、,车换向器外圆；,d、,电枢绕组嵌线、接线及焊接；,e、,半检；,f、,浸漆绝缘处理；,g、,半检；,h、,精度铁心外圆及轴承档等尺寸；,i、,精车（金刚石车）换向器表面；,j、,动平衡；,k、,铁心表面涂铁红。,.,5.2 电枢绕组制造,在微电机生产中，绕组制造常采用自动绕线嵌线和手工绕线嵌线两种方式。,对于结构紧凑、铁心槽口窄、绕组导线细、槽满率高和铁心采用斜槽形式，常采用手工下线。,.,槽满率,式中：,K,槽满率；,Ns,每槽导体数；,dj,带绝缘导体直径；,S,有每槽有效面积。,对于驱动用直流电机：,K80%。,交、直流伺服机：,K0.35%。,手工下线槽满率可高些，自动下线槽满率应低点,.,5.3 换向器表面加工,专用设备：下刻机、精车机,适用于批量生产,通用设备：一般用仪表车床+金刚石车刀,.,5.4 动平衡,需校正不平衡的部件有：,转子组件、风扇、稳速器组件换向器等,.,5.4.1 不平衡的原因及后果,原因：转子各零部件结构不对称，材质不均匀或制造不够精确，都能使转子旋转时离心力系的不平衡，其离心力系合力不为零且随着转动而发生同期性变化。,后果：旋转部件的不平衡使转子产生周期性机械振动，在轴承中引起一个动压力，使电机运行可靠性和精度下降，随之产生噪声，降低轴承寿命，使换向性能恶化等。,.,5.4.2 平衡精度等级,平衡精度的标准，国内外较多采用的是采用,e,的大小来划分平衡等级，,式中：,W1r,不平衡重径积；,W,旋转件重量；,旋转件角速度；,G,精度等级，（,mm/s）,.,5.4.3 不平衡校正措施,a、,去重法,钻孔或铣削去重，高转速电机常用之。,b、,加重法,措施较多，如螺钉加重，平衡胶等。,.,6 永磁直流电机定子制造,磁钢粘接、扣压等,.,7 直流无刷定子电枢制造,其结构特点正好与永磁直流电机相反，磁钢在转子上，绕组在定子铁心上。定子电枢的制造过程一般为：,叠铁心绕线下线绝缘磨定子内外圆压装检查,针对单端盖结构的定子组件，一般采用先下线，再压装的工艺过程。,.,8 无刷直流转子,同永磁直流电机定子制造工艺过程相似。,磁钢粘接，转速高时外部缠绕环氧胶绸布带或加钢套（不导磁）。,.,9 刷簧组件加工,刷架一般采用塑料件，可采用塑料成形工艺。如果刷架同端盖做成一起，有时采用塑料件结构，有时采用铜刷握固定于端盖结构形式。,.,10 先进加工技术简介,a、,向少无切削、高效率的生产方式发展,各种冲压工艺：冲、拉、挤、塑料件加工等。,b、,向高精度、低粗糙度发展,如换向器表面加工、专用换向器、转子精车机、下刻机、转轴无心磨等。,c、,向自动化半自动化方向发展,在,大批量生产中，采用专用机床、专用工模具，采用先进的工艺方案，提高工率，定、转子自动绕线机，高速冲床+自动冲叠模具，自动涂漆机，自动滴浸漆机，加工中心，铁心自动氩弧焊机等。,.,谢谢,.,