微電機制造工藝

1、微電機制造工藝 以永磁直流和無刷直流電機為主1 微電機制造工藝概論1.1 制造工藝的特點n1.1.1 微電機大小、精度要求、生產(chǎn)批量差別較大；n1.1.2 制造工藝涉及的專業(yè)很廣泛；n1.1.3 大量使用工裝模具，向少無切削方向發(fā)展；n1.1.4 在批量生產(chǎn)中，自動化程度越來越高。1.2 生產(chǎn)類型及特點n1.2.1 單件的批量生產(chǎn) 一個批次只生產(chǎn)幾臺、幾十臺、數(shù)百臺電機。n1.2.2 中等批量生產(chǎn) 產(chǎn)品周期地進行成批生產(chǎn)。n1.2.3 大批量生產(chǎn) 同一產(chǎn)品，大批量、經(jīng)常反復(fù)地生產(chǎn)。說明：生產(chǎn)類型的年產(chǎn)量根據(jù)各企業(yè)產(chǎn)品具體情況而定。 1.3 工藝方案n 加工一個零件，或完成一個加工要求，可以設(shè)計

2、若干個不同的工藝過程或工藝方法，即可以有多種工藝方案。n 是指導(dǎo)產(chǎn)品工藝準(zhǔn)備工作的依據(jù)。1.3.1 工藝方案設(shè)計原則n主要應(yīng)在保證產(chǎn)品質(zhì)量（技術(shù)指標(biāo)）的同時，充分考慮經(jīng)濟效益（生產(chǎn)周期、成本及環(huán)保）；n根據(jù)本企業(yè)的能力，積極采用先進的工藝及工裝。1.3.2 工藝方案設(shè)計依據(jù)na、產(chǎn)品圖紙及有關(guān)技術(shù)文件；nb、產(chǎn)品的生產(chǎn)性質(zhì)及生產(chǎn)類型；nc、本企業(yè)現(xiàn)有的生產(chǎn)條件；nd、國內(nèi)外同類產(chǎn)品的工藝技術(shù)情報；ne、有關(guān)技術(shù)政策；nf、企業(yè)技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)對工藝工作的要求及有關(guān)科室、車間的意見。1.3.3 工藝方案設(shè)計分類na、新產(chǎn)品樣機試制；nb、新產(chǎn)品小批量試制；nc、批量生產(chǎn)；nd、老產(chǎn)品改進。1.3.4 工

3、藝方案設(shè)計內(nèi)容 不同類型的工藝方案其內(nèi)容也是不同的，以新產(chǎn)品樣機試制為例說明其內(nèi)容。a、對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性的評價和對工藝工作量大體估計；b、初步劃分自制件和外協(xié)件；c、提出特殊設(shè)備購置和設(shè)計、改裝意見；d、必備的工裝的意見；e、關(guān)鍵零部件工藝規(guī)程設(shè)計意見；f、有關(guān)新材料、新工藝的試驗意見；g、主要材料及工時的估算。1.4 工藝規(guī)程n專用工藝規(guī)程 針對每一個產(chǎn)品和零部件所設(shè)計的工藝規(guī)程n通用工藝規(guī)程 為一組結(jié)構(gòu)相似的零部件所設(shè)計工藝規(guī)程n標(biāo)準(zhǔn)工藝規(guī)程 已納入標(biāo)準(zhǔn)的工藝規(guī)程，例如金屬材料熱處理規(guī)范等 1.4.1 工藝規(guī)程的文件形式 及使用范圍na、工藝過程卡，主要用于單件小批量產(chǎn)品；nb、工藝卡片，

4、用于各種批量生產(chǎn)的產(chǎn)品；nc、作業(yè)指導(dǎo)書，用于關(guān)鍵件、重要件和質(zhì)量 控制點的工序；nd、工藝守則，某一專業(yè)應(yīng)共同遵守的操作要求，如金屬材料熱處理規(guī)范等；ne、毛坯圖；nf、工藝附圖，常與a、b項配合使用。1.4.2 工藝規(guī)程的特點n多樣性 因批量大小、生產(chǎn)廠家、加工設(shè)備和設(shè)計人員的不同而不同。n合理的工藝規(guī)程才是好的工藝規(guī)程 并不是越先進越好。1.4.3 工藝規(guī)程編制依據(jù)原則：即要保證產(chǎn)品質(zhì)量，又要考慮生產(chǎn)成本。na、研究產(chǎn)品圖紙及技術(shù)條件等資料；nb、產(chǎn)品類型及本廠生產(chǎn)條件是工藝規(guī)程制定的重要因素之一；nc、制備毛坯及加工時應(yīng)盡量考慮采用少無切削新工藝；nd、工藝過程分階段；ne、選擇合理的

5、定位基準(zhǔn)；nf、應(yīng)考慮零部件中隱含的要求。1.5 工藝規(guī)程舉例-工藝路線表 把一臺微電機零部件的加工關(guān)系用圖表表示出來，稱之。2 機械加工 在微電機機加工中，機械加工占有很大的比重，主要有機殼、轉(zhuǎn)軸、端蓋及其他零部件加工2.1 機殼加工 永磁直流電機的機殼一般情況下既起支承作用，又起導(dǎo)磁作用，機殼材料一般采用10#鋼或20#鋼等低碳鋼。2.1.1 機殼結(jié)構(gòu)n直筒式結(jié)構(gòu)，即所謂的雙端蓋機殼；n有底結(jié)構(gòu)，即所謂的單端蓋結(jié)構(gòu)。 下面分別針對這兩種結(jié)構(gòu)討論其加工特點2.1.2 直筒結(jié)構(gòu) a 、 毛坯n卷鉚機殼：由鋼板卷制焊接而成n卷焊機殼：由鋼板卷制對鉚而成n無縫鋼管：量少時可選用標(biāo)準(zhǔn)型材，量大時可定

6、做管材，直接軋制成所需尺寸。b、加工工藝n卷制機殼 卷制機殼一般用于性能要求不高的力能類直流電機，其裝配時多采用縮口或翻鉚方式。 加工工序：落料卷型（鉚）焊接整形（退火）n無縫鋼管 切削加工主要有車機殼內(nèi)孔、止口、外圓、端面，鉆孔、攻絲等。一般應(yīng)分粗車和精車，并在粗精車之間加退火。目的：提高機殼的磁性能，減少機殼變形。2.1.3 有底結(jié)構(gòu)n拉深成形：一般多用于小型機殼，效率高，適合于批量生產(chǎn)。多用08鋼板材。n擠壓成形：效率高，適合于批量生產(chǎn)。n棒料加工：一般用于單件小批量生產(chǎn)，注意應(yīng)有粗、精加工之分。n鑄造成形：注意機加工前需退火處理。例：機殼零件圖及工藝A2.2 轉(zhuǎn)軸軸是電機的重要零件之一

7、對軸的要求：有是足夠的強度和剛度；合理的尺寸精度和形位公差； 軸的結(jié)構(gòu)盡量合理，如臺階盡量少。2.2.1 軸的結(jié)構(gòu)形式na、光軸（無臺階軸） 光軸生產(chǎn)效率很高，適合于批量生產(chǎn)。光軸又可分為：全光軸、壓筋光軸、滾花光軸（用的少）。其中后兩種是在全光軸上的安裝鐵心段及換向器段進行壓筋及滾花。nb、臺階軸 是微電機中的一種主要結(jié)構(gòu)形式，一般都帶中心孔，其加工一般都以中心孔做為定位基準(zhǔn)。2.2.2 加工工藝na、光軸主要工藝過程有： 下料、較直平端面調(diào)質(zhì)處理（校直）粗磨精磨（壓筋）檢查等。nb、臺階軸主要工藝過程有： 下料平端面打中心孔粗車調(diào)質(zhì)處理精車（半精車）鐵心、換向器段壓筋（滾花）精磨鐵心段銑鍵

8、槽2.2.3 注意事項na、為保證尺寸及位置精度，粗車同精車分開；nb、銑鍵槽、銑扁時，如軸較粗時，可在精磨后銑，這樣鍵槽對稱性好，軸細(xì)時怕變形，可在精度前進行；nc、加工臺階軸時，一般以中心孔作為加工、測量及設(shè)計基準(zhǔn)，保持基準(zhǔn)一致性。nd、為改善軸的切削性能及尺寸穩(wěn)定性，應(yīng)分別在校直、粗車、半精車前后，適當(dāng)車排合適的熱處理。2.3 端蓋n作用是支撐轉(zhuǎn)子組件，同時保證定轉(zhuǎn)子之間的氣隙及軸向間隙，是關(guān)鍵零件之一。其加工工藝主要根據(jù)電機特點、批量大小、生產(chǎn)模式確定。n常用加工方法：鋼板拉深、鑄造和型材切削等。n有時刷架和端蓋做在一起。加工工藝特點n根據(jù)不同的毛坯加工方法，安排合適的熱處理，以消除內(nèi)

9、應(yīng)力，減少變形。n切削加工時，粗、精加工分開，減小變形。n端蓋止口與軸承室盡量一次裝夾精車，如果兩次裝夾精車，應(yīng)采取措施保證兩者的同軸度要求。3 微電機中使用的專業(yè)工藝 微電機制造工藝中，除了機械制造工藝外，還有用于微電機加工的專用工藝，如熱處理、絕緣、塑壓、表面處理、粘接等3.1 熱處理n為改善軸、機殼等結(jié)構(gòu)件的加工特能、機械性能及尺寸穩(wěn)定性需進行熱處理。n針對導(dǎo)磁材料，如沖片、機殼等，為了改善其磁性能，也需進行必要的熱處理。3.1.1 分類及用途na、退火、正火 目的：軟化鋼件，便于切削；消除殘余應(yīng)力，防止變形、開裂；細(xì)化晶粒、改善組織，提高鋼的機械性能或磁性能；為最終熱處理（淬火十回火）

10、作準(zhǔn)備；b、調(diào)質(zhì)n可獲得較好的綜合機械性能，如軸的調(diào)質(zhì)一般在粗車后，精車（或磨）前進行。c、淬火目的是提高強度、硬度、耐磨性。在磨前進行，電機上一般用的不多，常用表面淬火，好齒輪表面淬火。3.1.2 沖片的退火處理na、冷軋無取向硅鋼 其電絕緣層耐熱溫度為700900，相應(yīng)退火溫度為650680，屬低溫退火；nb、鐵鎳合金 例如：1J50、1J79，退火溫度為10501150 ，屬于高溫退火。必須在真空爐或氫氣爐中進行，防止氧化。3.1.2 機殼n對控制類永磁直流電機機殼，作為導(dǎo)磁材料，要進行退火處理。n一般力能類電機可不進行退火處理。3.2 絕緣處理n絕緣既是電機可靠運行的可靠保證，又常常是

11、電機壽命最薄弱環(huán)節(jié)，是非常重要的，一旦絕緣出了問題，電機將不能正常運轉(zhuǎn)。n絕緣材料一般指電阻系數(shù)在1000Mcm以上的材料n最基本的最常用分類方法是按耐熱程度分級，Y A E B F H C 90 105 120 130 155 180 1803.2.1 槽絕緣na、各種復(fù)合薄膜材料，下線前嵌入槽內(nèi)，高出鐵心端面0.5mm。nb、熔槽絕緣nc、刷涂絕緣3.2.2 繞組絕緣目的是提高繞組以下幾方面的性能：na、機械性能nb、耐熱性nc、導(dǎo)熱性nd、絕緣強度ne、耐潮性nf、化學(xué)穩(wěn)定性3.2.2.1 浸化的方法及設(shè)備na、沉浸 常壓浸（一般浸漆）：用于線徑較粗，匝數(shù)少、槽滿 率低的繞組浸漆。 真空

12、浸：用于控制類微電機及線徑細(xì)、匝數(shù)多、槽滿率高的電機。nb、滴浸 常在半自動及全自動滴漆設(shè)備上進行。 必須采用無溶劑漆，主要原因是能迅速固化。3.2.2.2 絕緣浸漆的工藝過程n浸漆的工藝過程主要包括：na、預(yù)熱nb、浸漆nc、烘干nd、檢驗一種常壓浸漆工藝（A30-1）n1、工件烘干605，24hn2、浸漆工件溫度5080，漆液面高于工件，浸 至無氣泡止，約1520minn3、控漆約0.51h，控干為止，室溫進行。n4、擦漆擦除多余的漆n5、烘干低溫7080，24h； 高溫120130，約8h（視工件大小而定， 以熱態(tài)絕緣電阻穩(wěn)定2h以上為準(zhǔn)）n6、檢查按圖紙、工藝及半成品檢驗規(guī)范進行3.2

13、.3 繞組的繞注絕緣n直流無刷定子環(huán)氧澆注定子通孔式；n直流力矩電機轉(zhuǎn)子與換向器一起澆注；n常用真空澆注。3.3 表面處理 微電機中有許多零件需要進行表面涂覆處理，其目的是提高表面的防護性能及裝飾效果。3.3.1 表面金屬鍍層na、電鍍最廣泛使用的方法nb、化學(xué)鍍nc、表面合金化，如滲氮等。3.3.2 表面化學(xué)處理n鋼件的氧化：發(fā)藍(lán)n銅及合金的鈍 化：工件浸入鉻酸鹽形成鈍化層，防護作用增強。3.3.3 表面涂漆n目的：防銹、防腐、絕緣、裝飾n涂漆方法：常用刷涂、噴涂、浸漆等n較先進的工藝： 靜電噴涂，同熔槽絕緣時的靜電噴漆一樣，不適合于內(nèi)腔涂敷。 電泳涂漆，3.4 塑料件n在微電機中塑料主要用

14、作絕緣件及結(jié)構(gòu)件，如刷架、換向器、接線板、出線盒、端罩、集電環(huán)等，近年來在串激電機也用作絕緣端板及槽楔架（整體）。n按塑料分類：熱固性塑料、熱塑性塑料。3.4.1 塑件設(shè)計的工藝要求（結(jié)構(gòu)工藝性）na、脫模斜度nb、壁厚nc、加強筋nd、支承面（基準(zhǔn)面）ne、圓角nf、嵌件3.4.2 成形工藝na、壓塑成形nb、擠塑成形nc、注射成形 壓塑成形和擠塑成形適用于熱固性塑料注射成形適用于熱塑性塑料3.5 粘接永磁直流電機：定子粘接 無刷直流電機：轉(zhuǎn)子粘接。注意事項na、一般粘接面，如機殼內(nèi)孔，轉(zhuǎn)子導(dǎo)磁環(huán)等粘接表面應(yīng)噴砂處理。nb、粘接面應(yīng)擦洗干凈，不能有油污。nc、轉(zhuǎn)子線速度轉(zhuǎn)速較高時，如大于30

15、00轉(zhuǎn)時，常給磁鋼外圓熱套一個加固套，轉(zhuǎn)速不高時，也可用涂有環(huán)氧膠的布帶纏繞轉(zhuǎn)子外表面，防護加固。nd、烘干溫度不能高于磁鋼允許溫度，以防磁鋼退磁。4 鐵心制造鐵心是電機主磁路的導(dǎo)磁體，是電機功能性部件之一，鐵心制造是微電機生產(chǎn)的重要工序。4.1 鐵心沖片制造工藝n一般采用沖壓方法加工，只有當(dāng)在樣機試制時（數(shù)量較?。?，可采用線切割方法加工。n沖片沖壓加工是由沖模在曲柄壓力機（沖床）上來實現(xiàn)的。4.1.1 沖模n單工序沖模，一付模具只完成一種工序的沖模，如沖孔、落料等，微電機中有時采用單槽沖。n復(fù)合模，在沖床一次行程中，在一付模具的同一位置上完成幾個不同工序的沖模，完成兩個工序的有凸凹模，位置精

16、度最高。n級進模，也叫連續(xù)模，在沖床的一次行程中，在一付模具的不同位置上同時完成兩道或兩道以上的沖模。常在高速沖床上使用，需要進料機構(gòu)，用于自動化生產(chǎn)。4.1.2 沖片制造na、沖裁nb、去毛刺，一般毛刺小于0.05mm時可省之nc、沖片退火處理nd、絕緣處理 以上工序力能類永磁直流電機視情況取舍，沖片絕緣處理n目的：為了減少沖片疊成后的渦流損失，以減少鐵心發(fā)熱n對絕緣處理的要求： 沖片絕緣層有足夠的絕緣電阻值； 足夠的機械強度、附著力和韌性； 要均勻（一般為為0.0150.02mm）提高疊壓數(shù)，保證鐵心有效長度； 有良好的導(dǎo)熱及耐熱性； 絕緣工藝方法簡單、適用。n絕緣方法： 通常采用涂漆或噴

17、漆，也有磷化、氧化的，4.2 鐵心制造n目前一般采用疊裝式鐵心。n疊裝方法又分為： 壓裝式、鉚接式、扣鉚式、焊接式、粘接式、自動扣鉚式等。4.2.1 扣鉚式鐵心 自動扣鉚式鐵心一般是在自動沖床上進行加工。在沖沖片過程中，依靠上下沖片鉚扣的凹槽和凸起的過盈量連續(xù)扣鉚而成鐵心。 使用連續(xù)模進行沖裁。4.2.2 常用迭片式鐵心制造工藝n工藝過程一般包括：理片、稱重或數(shù)片、疊裝、緊固na、疊裝疊裝一般在疊裝工具上進行，有時也可直接疊裝在軸上。nb、鐵心的固緊方法粘接法：使用滾膠、浸膠等方法使沖片表面形成一層膠膜，然后疊裝、再烘干，退出工裝。定、轉(zhuǎn)子鐵心都適用。鉚接法：在沖片合適的位置設(shè)置鉚釘孔，然后疊

18、裝，再鉚接，退出工裝，常用于定子鐵心?？燮ǎ函B裝后扣片緊固。焊接法：疊裝后用氬弧焊、等離子焊等。常用于定子。直接疊：轉(zhuǎn)子軸上銑鍵槽，適用于單沖小量生產(chǎn)。5 永磁直流電機電樞制造永磁直流電機轉(zhuǎn)子電樞一般由轉(zhuǎn)軸、鐵心、電樞繞組、換向器等構(gòu)成。是比較復(fù)雜的轉(zhuǎn)子組件。5.1 主要工藝過程na、將鐵心及換向器壓到軸上；nb、換向器下刻（刻槽）；nc、車換向器外圓；nd、電樞繞組嵌線、接線及焊接；ne、半檢；nf、浸漆絕緣處理；ng、半檢；nh、精車鐵心外圓及軸承檔等尺寸；ni、精車（金剛石車）換向器表面；nj、動平衡；nk、鐵心表面涂鐵紅。5.2 電樞繞組制造n在微電機生產(chǎn)中，繞組制造常采用自動繞線嵌

19、線和手工繞線嵌線兩種方式。n對于結(jié)構(gòu)緊湊、鐵心槽口窄、繞組導(dǎo)線細(xì)、槽滿率高和鐵心采用斜槽形式，常采用手工下線。槽滿率式中：K槽滿率； Ns每槽導(dǎo)體數(shù)； dj帶絕緣導(dǎo)體直徑； S有每槽有效面積。n對于驅(qū)動用直流電機：K80%。n交、直流伺服機：K35%。n手工下線槽滿率可高些，自動下線槽滿率應(yīng)低點5.3 換向器表面加工n專用設(shè)備：下刻機、精車機 適用于批量生產(chǎn)n通用設(shè)備：一般用儀表車床+金剛石車刀 5.4 動平衡需校正不平衡的部件有： 轉(zhuǎn)子組件、風(fēng)扇、穩(wěn)速器組件換向器等5.4.1 不平衡的原因及后果n原因：轉(zhuǎn)子各零部件結(jié)構(gòu)不對稱，材質(zhì)不均勻或制造不夠精確，都能使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時離心力系的不平衡，其離心力系合力不為零且隨著轉(zhuǎn)動而發(fā)生同期性變化。n后果：旋轉(zhuǎn)部件的不平衡使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生周期性機械振動，在軸承中引起一