业内的微电机制造工艺课件.pptx

1、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n1.1.1 微电机大小、精度要求、生产批量差别较大；n1.1.2 制造工艺涉及的专业很广泛；n1.1.3 大量使用工装模具，向少无切削方向发展；n1.1.4 在批量生产中，自动化程度越来越高。1.2 生产类型及特点n1.2.1 单件的批量生产 一个批次只生产几台、几十台、数百台电机。n1.2.2 中等批量生产 产品周期地进行成批生产。n1.2.3 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n 加工一个零件，或完成一个加工要求，可以设计

2、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。n 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n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）；n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na、产品图纸及有关技术文件；nb、产品的生产性质及生产类型；nc、本企业现有的生产条件；nd、国内外同类产品的工艺技术情报；ne、有关技术政策；nf、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na、新产品样机试制；nb、新产品小批量试制；nc、批量生产；nd、老产品改进。1.3.4 工

3、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n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n通用工艺规程 为一组结构相似的零部件所设计工艺规程n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na、工艺过程卡，主要用于单件小批量产品；nb、工艺卡片，

4、用于各种批量生产的产品；nc、作业指导书，用于关键件、重要件和质量 控制点的工序；nd、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；ne、毛坯图；nf、工艺附图，常与a、b项配合使用。1.4.2 工艺规程的特点n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。n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。na、研究产品图纸及技术条件等资料；nb、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；nc、制备毛坯及加工时应尽量考虑采用少无切削新工艺；nd、工艺过程分阶段；ne、选择合理的

5、定位基准；nf、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n直筒式结构，即所谓的双端盖机壳；n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n卷铆机壳：由钢板卷制焊接而成n卷焊机壳：由钢板卷制对铆而成n无缝钢管：量少时可选用标准型材，量大时可定

6、做管材，直接轧制成所需尺寸。b、加工工艺n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）n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n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。n挤压成形：效率高，适合于批量生产。n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。n铸造成形：注意机加工前需退火处理。例：机壳零件图及工艺A2.2 转轴轴是电机的重要零件之一

7、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na、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。nb、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na、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。nb、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

8、槽2.2.3 注意事项na、为保证尺寸及位置精度，粗车同精车分开；nb、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；nc、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。nd、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n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。n常用加工方法：钢板拉深、铸造和型材切削等。n有时刷架和端盖做在一起。加工工艺特点n根据不同的毛坯加工方法，安排合适的热处理，以消除内

9、应力，减少变形。n切削加工时，粗、精加工分开，减小变形。n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n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。n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na、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）

10、作准备；b、调质n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na、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；nb、铁镍合金 例如：1J50、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n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。n一般力能类电机可不进行退火处理。3.2 绝缘处理n绝缘既是电机可靠运行的可靠保证，又常常是

11、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。n绝缘材料一般指电阻系数在1000Mcm以上的材料n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 1803.2.1 槽绝缘na、各种复合薄膜材料，下线前嵌入槽内，高出铁心端面0.5mm。nb、熔槽绝缘nc、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：na、机械性能nb、耐热性nc、导热性nd、绝缘强度ne、耐潮性nf、化学稳定性3.2.2.1 浸化的方法及设备na、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

12、浸：用于控制类微电机及线径细、匝数多、槽满率高的电机。nb、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n浸漆的工艺过程主要包括：na、预热nb、浸漆nc、烘干nd、检验一种常压浸漆工艺（A30-1）n1、工件烘干605，24hn2、浸漆工件温度5080，漆液面高于工件，浸 至无气泡止，约1520minn3、控漆约0.51h，控干为止，室温进行。n4、擦漆擦除多余的漆n5、烘干低温7080，24h； 高温120130，约8h（视工件大小而定， 以热态绝缘电阻稳定2h以上为准）n6、检查按图纸、工艺及半成品检验规范进行3.2

13、.3 绕组的绕注绝缘n直流无刷定子环氧浇注定子通孔式；n直流力矩电机转子与换向器一起浇注；n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na、电镀最广泛使用的方法nb、化学镀nc、表面合金化，如渗氮等。3.3.2 表面化学处理n钢件的氧化：发蓝n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n目的：防锈、防腐、绝缘、装饰n涂漆方法：常用刷涂、喷涂、浸漆等n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n在微电机中塑料主要用

14、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）。n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）na、脱模斜度nb、壁厚nc、加强筋nd、支承面（基准面）ne、圆角nf、嵌件3.4.2 成形工艺na、压塑成形nb、挤塑成形nc、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na、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。nb、粘接面应擦洗干净，不能有油污。nc、转子线速度转速较高时，如大于30

15、00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。nd、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n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。n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n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。n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

16、度最高。n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na、冲裁nb、去毛刺，一般毛刺小于0.05mm时可省之nc、冲片退火处理nd、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n目的：为了减少冲片叠成后的涡流损失，以减少铁心发热n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0.0150.02mm）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。n绝缘方法： 通常采用涂漆或喷

17、漆，也有磷化、氧化的，4.2 铁心制造n目前一般采用叠装式铁心。n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n工艺过程一般包括：理片、称重或数片、叠装、紧固na、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。nb、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

18、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na、将铁心及换向器压到轴上；nb、换向器下刻（刻槽）；nc、车换向器外圆；nd、电枢绕组嵌线、接线及焊接；ne、半检；nf、浸漆绝缘处理；ng、半检；nh、精度铁心外圆及轴承档等尺寸；ni、精车（金刚石车）换向器表面；nj、动平衡；nk、铁心表面涂铁红。5.2 电枢绕组制造n在微电机生产中，绕组制造常采用自动绕线嵌

19、线和手工绕线嵌线两种方式。n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。n对于驱动用直流电机：K80%。n交、直流伺服机：K0.35%。n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n专用设备：下刻机、精车机 适用于批量生产n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n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

20、离心力系合力不为零且随着转动而发生同期性变化。n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n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na、去重法 钻孔或铣削去重，高转速电机常用之。nb、加重法 措施较多，如螺钉加重，平衡胶等。6 定子n永磁直流电机，由机壳（加导磁环）和永磁体等组成，n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

21、等组成，6.1 定子电枢制造n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：n叠铁心绕线下线绝缘磨定子内外圆压装检查n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。n针对双端盖结构的定子组件，下线在压装前或后均可。6.2 永磁直流电机定子n主要是磁钢粘接、扣压等加工工艺7 无刷直流转子n同永磁直流电机定子制造工艺过程相似。n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）。8 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。刷簧组件注意事项n电刷

22、的尺寸及位置精度n弹簧压力大小合适，变化较小； 通常1.54N/cm2，汽车、摩托车为68 4N/cm2；n磨电刷，粗、精磨，接触面7080%；9 电机装配注意事项n装配环境对电机影响很大，温度、防尘等；n零部件的清洗；n保证轴承润滑和装配质量，滑动、滚动轴承；n保证接触可靠性，如电刷与滑环、换向器接触等，磨电刷；n减小轻、小、薄壁件的变形；n转子平衡；n零部件的互换性。10 先进加工技术应用na、向少无切削、高效率的生产方式发展 各种冲压工艺：冲裁、拉深、挤压、成形、弯曲等； 各种铸造工艺：压力铸造、蜡模铸造、金属模铸造等； 塑料成形工艺：压塑、挤塑、注塑等。 b、向高精度、低粗糙度发展 如换向器表面加工、专用转子精车机、换向器精车机、换向器下刻机、转轴无心磨等。nc、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，提高效率。例如定、转子自动绕线机，高速冲床+自动冲叠模具，冲片自动涂漆机，电枢自动滴浸漆机，加工中心等数控机床，铁心自动氩弧焊机等。