微电机制造工艺

1、.,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

2、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

3、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

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

5、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,

6、.,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

7、。 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、

8、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

9、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

10、，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：1j50、1

11、j79，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1000mcm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0.5mm。

12、 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605，24h

13、 2、浸漆工件温度5080，漆液面高于工件，浸 至无气泡止，约1520min 3、控漆约0.51h，控干为止，室温进行。 4、擦漆擦除多余的漆 5、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） 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，

14、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

15、、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

16、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

17、.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0.0150.02mm）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。 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

18、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

19、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