业内经典的微电机制造工艺ppt课件.ppt

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700 900 相应退火温度为650 680 属低温退火 b 铁镍合金例如 1J50 1J79 退火温度为1050 1150 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1000M cm以上的材料最基本的最常用分类方法是按耐热程度分级 YAEBFHC90105120130155180 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 5mm 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60 5 2 4h2 浸漆工件温度50 80 漆液面高于工件 浸至无气泡止 约15 20min3 控漆约0 5 1h 控干为止 室温进行 4 擦漆擦除多余的漆5 烘干低温70 80 2 4h 高温120 130 约8h 视工件大小而定 以热态绝缘电阻稳定2h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 05mm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0 015 0 02mm 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 K 80 交 直流伺服机 K 0 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定子 永磁直流电机 由机壳 加导磁环 和永磁体等组成 无刷直流电机等其他微电机 由机壳 或无机壳 定子铁心 绕组等组成 6 1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