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2021-03-25
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河南华灏|全面评述微电机制造工艺(冲片、铁芯、机加工等)

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作者:河南华灏机电设备有限公司网址:http://www.hnhuahao.com

导 读:新的工艺和装备在技术上是先进的,但并不是在任何情况下都是优越的。真正的先进应包括两个方面,即技术上先进,经济上合理。就是说先进的工艺装备能获得合理的经济效益才是先进的。本文根据所走访的 30 多个生产厂的情况,阐述针对不同产品、不同产量、不同装备条件、适合各厂生产条件的先进技术,也是在生产现场真正发挥效益的生产技术,是适合国情厂情且有一定推广价值的先进技术。

1 冲片造制

冲片的制造技术直接影响电机制造厂的劳动生产率。冲片制造方法归纳起来有切、冲两种。

切就是采用线切割方式制造冲片。这种方法既能保证冲片的精度,又能缩短电机的生产周期。在产品研制中,便于方案调整,改动尺寸,与用模具方式制造冲片铁心,成本将大大降低。这种方式已被大部分企业用于单个少量生产。

冲有单冲、复冲、多联冲和高速冲 4 种。单冲就是单槽冲,近年来有新发展的是微机分度单槽冲片机,它由微机实现自动分度补偿,程控冲床冲制冲片,以单冲代替复冲,并能冲制任意槽孔,是研制样机投入中试和小批量生产的有效方法。目前既有工厂自行改造装置,如北京曙光电机厂等,也有专业电工设备厂制造,如芜湖电工机械广生产的 JD91 型高速冲槽机,用于锥形转子电机冲片变位精冲,也可用于多槽冲片单精冲,具有分度座径向进给、模具横向进给.C - MDS 数字电路控制的间歇冲槽功能,系统采用 JWK-5GP (8031)单片计算机,编程灵活,适用于微分电机的有 5t、10t,滑块行程 20mm,冲次 200-500 次/min,冲片直径 30mm 至几百毫米,槽数 12~150,每脉冲进给量 0.0005mm。

单机复冲,行业的一般现状是每人一机、手工送料、自动卸料理片。一种工艺过程是在条料上冲转子所有槽,再以轴孔定位冲定子槽,然后以轴孔定位落定、转子片。另一种工艺过程是在条料上一落三,即分离成轴孔圆片、转子圆片、定子圆片,然后分别冲定子槽和转子槽。单机复冲适合多品种小批量、中批量微分电机生产,是现阶段各厂冲片的主要生产模式。

多联冲是指用送料导轨把 2 台或 3 台普通机床联结起来,通过一系列联动装置,使 2 台或 3 台冲床协调动作,称为 2联冲或 3 联冲。它比单机复冲前进了一大步。

高速自动冲,这项冲压技术在工业发达国家的电机制造业中已普遍采用,国内虽有,如营口机床厂制造高速冲床,但是随着改革开放的深入,大部分微电机厂还是从日本会田公司、美国明期公司,德国舒勒尔公司等引进高速冲床及相应的自动送料机构和多工位级进模,使电机行业的冲压技术上了新的台阶。

  2 铁心制造

微电机的铁心随着电机品种的发展而展现出各种各样的结构型式,形状不一的铁心,其制造方法也不同,归纳起来有铆、扣、焊、粘、浸、硫、自扣 7 种方式。

2.1 铆

用铆钉将冲片紧固成一体。调查中看到,有的厂用于直流电机的磁极,有的厂用于罩极电机的铁心。但由于有工件多、手工操作、劳动强度大、效率低、整体性和一致性差等缺点,大部分工厂已被其它方法所取代。干、叠压、焙烘,即成铁心。这种方法在控制微电机中常见,是一种手工操作为主、效率极低的叠压方法。适用于试制、中试、小量生产。那些对磁路对称性有严格要求的电机,此法还是适用的,由于费工费时、效率太低、予计此法适用范围将逐年缩小。

扣叠法常用于微电机的定子铁心。通常在定子冲片外圆冲出几个切口,叠压时以内孔定位、压紧、下扣片、扣压成形。这些工序在专用压床上半自动完成。国内已有专门生产半自动扣压机的生产厂。采用这种叠压方式基本上都是定重叠压。扣叠法实际上扣片与冲片的挤压起了相当大的作用,用“挤扣”二字更加切意。

2.3 焊

焊是将冲片叠齐压紧后用弧焊方法溶焊戏—体。近年来随着焊接技术的发展,特别是氩弧焊接技术及设备的商品化,促进用弧焊方法用于电机铁心的叠压,此项工芑技术的优点是,操作方便,生产效率高;氩弧焊焊弧热量集中,能量密度大、热区小、铁心变形小,能保证铁心所需的机械强度和刚度;整体性好,利于降低电机运行时的振动和噪声;焊缝有较好的可拆性,出现问题还可返修,利于废品回收。

2.4 粘

粘结叠压,即在冲片表面喷或涂胶、凉干、叠压即成铁心。这种方法在控制电机中常见,是一种手工操作为主、效率极低的叠压方法。适用于试制、中试、小量生产。那些对磁路对称有严格要求的电机,此法还是适用的,由于费工费时、效率太低、予计此法适用范围将逐年缩小。

2.5 浸

浸就是冲片经叠压成形,在锁紧状态下浸环氧漆,固化后松开成整体的一种叠压方法,一轴叠多串,省工省料效果好。此法在某些电机的铁心作为工艺叠压有一定的参考价值。

2.6 硫

硫就是冲片叠压成形,经环氧硫化处理成整体的叠压方式。槽内硫化层既起绝缘作用,又达到了冲片成形为铁心的目的。笔者认为在以磁导变化为工作原理的微电机铁心中,推广应用这项铁心叠压技术,将在降低成本、提高效率、减少噪声、实现批量生产中,效果是显著的。

2.7 自扣

自扣又称“VICS”技术,这是随着高速冲床和多工位级进冲模的引进,在冲压过程中定、转子冲片自动扣铆成形的一种叠压方法。自扣叠压技术原理上是冲片上冲出一定形状的半榫孔(V 形、圆弧形、阶梯形等),采用无铆钉、无扣片依靠凸起和凹槽的过盈配合,产生弹性变形,使相邻冲片相互压紧,自动叠压。这种铁心叠压的制造技术具有世界 80 年代末期水平,是规模经济生产的必需,是未来冲叠的发展方向。

  3 机加工技术

微电机品种繁多,结构各异,除普通加工外,有的还需精细加工。微电机的机加工件主要是机壳、端盖轴组件、定子组件、刷盒、整流子、磁钢及各种支撑结构件等。

3.1 端盖机壳

端盖机壳的加工质量直接影响定、转子之间的同轴度、气隙均匀度和轴向间隙。为了保证要求,加工方法上分粗车和精车。试制、中试、少量生产采用单刀加工,批量生产采用多刀加工,除手工操作外,有相当一部分厂采用半自动加工。简易数控车床加工端盖机壳现逐步普及,并收到了良好的效果。南京微分电机厂电机生产车间已有百分之八十的车床实现半自动加工,是行业机加工技改的佼佼者。

端盖的止口、轴承室加工一次装夹,单刀或多刀一次加工以保证同轴度。北京微电机总厂、沈阳微电机厂等在一次性加工轴承室时,留 0. 02~0.03mm 余量,然后在装上挤压刀的钻床上一次挤压,尺寸到位。这样的工艺流量的优点是光洁度高,耐磨,尺寸一致性好,生产效率高,减少车加工轴承室高精度加工的难度,提高合格率。

3.2 轴和转子组件

轴是电机的重要零件,是转子组件的基础件。轴和轴组件的加工方法有:

打中心孔。有条件的厂在专用机床上进行,气动夹紧,铣两端面打中心孔,一次装夹完成。无条件的厂打中心孔传统方法都在车床上进行,工件旋转,中心钻装在尾座上前行。由于这种方法每打一端需停车一次.调头装夹一次,且尾座上中心钻前进后退速度慢,加工效率低,对于批量生产的分马力电机轴打中心孔,在无专用机床的情况下采用以钻代车是个好办法,如北京微电机总厂、沈阳微电机厂、南京微分电机厂、上海微型电机厂等。特点是工件静止、中心钻旋转并前行,这种工件固定装夹简单、中心钻前行后退手工操作动作明快,无需停车,效率大大提高。钻床的工作状态装夹方式各有特点,有卧式、立式等。

不停车加工。轴除本身要加工台阶外,压铁心后还得加工转子外圆,从坯料到组件,轴加工装夹至少要 3~5 次。对于一人一机加工方式装卸费工费时欠安全。北京微电机总厂、沈阳微电机厂、南京微分电机厂等采用不停车加工取得了较大的效益。方法上有的将车床上卡盘从主轴上卸去,装上一个带锥度的夹头,锥度内带有齿纹,车床开动后将轴顶在尾座的顶夹上,然后一手托轴,一手转动尾座手柄,由顶尖将轴推入旋转的锥度夹头内,利用锥度自动定心,适当顶紧后即可进行加工,加工完后一手松开顶尖一手托轴,装卸方便,效率大大提高,同时避免了车床频繁起停而冲打齿轮的危害,减少了噪声。对于精加工,有的厂采用双顶尖办法,效果也很好。

数控加工。随着我国微机控制步进伺服系统的发展,简易数控杌床成为行业技术改造的主要方面。南京微分电机厂曾作过统计,原加工一根轴需 6 道工序,l4min9s,现只需 2 遭工序,3min12s。

凸轮鸡心夹。两顶针鸡心夹车、磨轴和轴组件是一般常用加工方法。威海电机总厂、南京微分电机厂采用凸轮鸡心夹,装夹对轴自然保护、工人操作方便、简捷,避免了用铜皮、螺钉、螺丝刀装夹的常用鸡心夹。

轴组件配合。轴组件配合常用压配、裁套、锁紧等。压配常用轴与经推(拉)刀修正裂子铁心内孔的铁心压配。这种方法过盈量大.对已初步加工完好的轴压后有不少厂用找Ⅱ补救轴的跳动量。南京微分电机厂的推刀及口是齿纹形,推出的内孔有微小齿槽,轴配 A 部分两头尺寸过盈配合,中间是动配合,过盈量居中,压后不找正,效率大大提高。

洗衣机电机、风扇电机的轴是光轴,铁 JL 配合档滚花后压配构成组件。

小电机轴组件采用局部过盈配合,轴是光轴,在专用模具上用冲床冲出凸痕,然后三铁心或叠齐冲片直接压配。热套轴组件最简易,但需一定的条件,从转子铁心予热、压铸、直接插轴,省时省工。沈阳分马力电机厂使用这种方法。铁心予热一压铸一脱模一去洗冒口一定位一插轴。也有的工厂在压铸后再回炉予热进行热套。

轴组件加工中,直流电机占很大的比例,换向器是不可缺少的组件。此组件除电工作业外,车、下刻工序是必需的。换向器表面粗糙度有严格要求,有的厂采用普通车刀加工后予以抛光,有的厂采用宝石刀加工。下刻大部分厂采用旧设备改造而成,大整流子刨削加工,一般整流子铣削为主,下刻分度以目测定位,铣刀旋转,工件手工操作前行后退。上海电动工具所、上海南洋电机厂,下刻以光电跟踪代替目测定位.大大提高了自动化程度、效率,并改善了环境。

  4 绕组制造和焊接技术

绕组由线圈绕制、嵌线、绑扎整形、接线等工序组成,绝大部分企业以手工操作完成。近年来随着洗衣机电机、汽车电机和电动工具用电机的发展,从日本、德国、意大利等国引进多条生产线,从而使绕组制造技术开始摆脱手工操作、走上机械化、半自动化制造方式。国内山东龙口电工机械厂、上海电动工具所、四川红阳机械厂、陕西秦岭公司等相继研制和生产电工用插槽绝缘机、嵌线机、绑扎机和整形机等,改变绕组平工制造的单一模式。

绕线。分布绕组线圈基本上都是电动绕制、目测计敦摩擦制动、手工梆扎手工装卸。集中绕组都是电动绕制、自动排线、目测计数摩擦制动、手工绑扎手工装卸。西安微电机研究所和南京微分电机厂自制电动绕线机特点是,把电动绕线机用的普通异步电动机改用直流电动机,并附设一台单板机控制,实现匝数予置到匝自定.绕制速度可调,人工绑扎手工装卸,减轻劳动强度,线匝数正确性大大提高。

下线、绑扎、整形除引进设备外,基本保持原状。

接线。接线包括线圈之间和线圈与引线之间的连接,步骤是去漆皮焊接。去漆皮有刮、烧、化 3 种。刮以手工操作最常见。博山电机厂、湘潭电机厂生产直流电机量较大,与整流连接的电枢线较多,刮的工作量太大,在专用设备上采用钢刷半自动刮刷漆皮,这种方法去漆皮效率高,但引线留得长、线头浪费大。烧是利用酒精灯火焰去漆皮,对轻小微电机火焰灯固定,定子接线头靠近火焰。对中小电机定子引线一排排放好,移动火焰灯一批批进行,效果尚好。化是化学去漆皮,如贵阳电机厂,本溪微电机厂等,自配去漆液,在接头处刷上去漆液、待几分钟后,用抹皮清除,效果很好,特别是汽车电机、导线粗,使用此法更佳。

焊有锡钎焊、熔焊、道渡焊和压熔焊。

锡钎焊。以烙铁焊为最常见,缺点是人为因素容易产生虚焊,影响质量。本溪微电机厂采用锡锅搪锡焊.对轻、小微电机定子引线去漆皮连接后.将接头处浸入锡锅中,效率高焊接质量可靠。

熔焊。将连接头的头部熔成一体。一种采用瞬时脉冲放电,起弧熔为一体。另一种是采用氢氧焊接法,此法不需要去漆皮,利用氢氧燃烧火焰溶结成一体。这种氢氧焊接机由焊枪、喷嘴、电解液(水)、电介电源组成。电离分解成氢和氧,经混合燃烧,火焰温度可调,最高为 3450℃。特点是火焰温度高、温区小而集中,陕西秦岭公司引进日本装置采用此法焊接。

过渡焊。用于电机引出线与电枢绕组之间的连接,通常采用绝缘板上铆钉、搪锡,将电枢绕组焊在接线板上,并绑扎在绕组端部,绝缘处理后再把引线焊在接线板上,以接线板作过渡将引线和绕组连接起来。过渡焊的目的是避开电机引线在浸渍漆时的扰乱和烘时的硬化。

压熔焊。通常用于直流电机电枢绕组,引线焊接在接线槽中,压熔过程以加热为基础,压力为辅助。通常是由钨电极把引线头紧压在整流子片槽内,瞬时通过大电流,利用电阻热使焊接处产生高温.焊接头和片槽在高温下软化,借助于钨电极头的压力把导线接头实固地埋焊在换向片的接线槽中。只要根据不同的线径,把握电流强度、通电时间、压力大小三要素,

压熔焊是一项成熟的工艺。

  5 绝缘和绝缘处理

绝缘是电机可靠运行的重要保证。熔、浸、滴、灌是绝缘处理的主要方面。

5.1 熔

指熔槽绝缘.是为适应机械化自动下线、代替槽绝缘和端面绝缘而发展起来的绝缘技术。天津微电机公司引进日本(发)壳元株式会社制造的 SE-4000 溶槽绝缘设备为小直流电机自动下线配套。上海南洋电机厂引进德国 Reinhart 公司制造的成套硫化床涂敷设备用于 F 级绝缘 Z 4 系列电机。贵阳电机厂自制硫化设备用于汽车电机。重庆微电机厂的硫化设备用于磁盘驱动用无刷直流电机。湘西仪表电机总厂自制硫化设备用于仪表电机,既起绝缘又起叠压作用。


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