稀土永磁直流電動機的加工工藝研究

洪亮

【摘 要】 稀土永磁直流電機具有結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠；體積小，質(zhì)量輕；損耗小，效率高；電機的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點。因而應用范圍極為廣泛，幾乎遍及航空航天、國防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個領(lǐng)域。本文對其特殊材料進行了說明，包括電機的制造工藝，工藝方案的評價，并作了其工藝性分析。

【關(guān)鍵詞】 稀土永磁直流電機 制造工藝 工藝方案

永磁電機和磁滯電機是驅(qū)動微電機中的兩個重要分支。永磁體和磁滯材料鐵心的制造工藝與普通電磁式電機的鐵心制造截然不同。

永磁體制造常用的永磁材料有鑄造鋁鎳鈷系、粉末燒結(jié)鋁鎳鈷系、鐵氧體和稀土鈷等幾類。其中除稀土鈷永磁材料只有各向異性系列外，其余各類材料均有各向同性與各向異性系列之分。鑄造鋁鎳鈷系永磁材料用鑄造法制成。其剩磁較大，磁感應溫度系數(shù)很小，居里溫度高，其矯頑力和最大磁能積可達到中等以上水平，組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，是電機工業(yè)中較早使用的一種永磁材料。粉末燒結(jié)鋁鎳鈷系永磁材料是用粉末冶金方法制成的，不產(chǎn)生鑄造缺陷。其合金組成和熱處理工藝與鑄造鋁鋅鈷系永磁材料相同，但磁性能略低，宜作體積小或要求工作磁通均勻分布的永磁體。這種永磁體表面光滑，不需要磨削加工，密度小，原料消耗少。鐵氧體永磁材料的矯頑力較高。回復磁導率較小，密度小，電阻率大，其最大磁能積不大，但最大回復磁能積卻較大。其缺點是剩磁較低，磁感應溫度系數(shù)較高。常用于永磁點火電機及其他小功率的永磁電機。稀土永磁材料中已成批生產(chǎn)的是稀土鈷永磁材料。稀土鈷永磁材料是由部分稀土金屬和鈷形成的一種金屬同化合物。主要有RCo5和R2Co17等，其中R表示稀土元素。常用的一類稀土鈷永磁材料有衫鈷（SmCo5）、鐠鉆（PrCo5）、釤鐠鈷（SmPrCo5）等，其磁能積達到80～196kJ/m3。另一類為混合稀土鈷，如Sm2（CoCuFeZr）17等，其磁能祝達到196～240kJ/m3。稀土鈷磁材料的剩磁、矯頑力和最大磁能積都有很高的數(shù)值，去磁曲線為線性，回復直線與去磁曲線基本重臺，不怕去磁。但鈷礦源不足，價格昂貴。近來，國內(nèi)外己研制出不含鉆的釹鐵永磁材料。這種無鈷稀土永磁合金的磁性能更高，磁能積可達320kJ/m3，甚至更高。剩磁達到1.3T，矯頑力大于640kA/m，機械性能也比稀土鈷永磁材料好，其成本低于稀土鈷和鋁鎳鈷材料只是目前允許使用的溫度較低。其中常用的有釹鐵硼等稀土永磁材料。稀土永磁材料的缺點，是居里溫度較低，磁感應溫度系數(shù)較大，不宜在200。以上工作。

1 電機工藝規(guī)程的制訂原則

電機的制造過程一般包括生產(chǎn)準備（如原材料的運輸和保管等）、毛坯制造、機械加工、鐵心制造、繞組制造、裝配、檢試、油漆和包裝等幾個過程。對工藝規(guī)程的基本要求是，在一定的條件下，以最少的勞動消耗和最低的費用，按照規(guī)定的進度可靠地制造出合格的零件、部件和產(chǎn)品。為此，制訂工藝規(guī)程時，應遵循以下幾個原則：

技術(shù)上先進。工藝規(guī)程應能全面滿足產(chǎn)品圖樣的技術(shù)要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定可靠。在選擇加工方案和加工方法時，要采用正確的工序安排和適當?shù)墓に囇b備，以達到規(guī)定的技術(shù)要求。一般不宜過份依賴工作者的技術(shù)水平，從而使工藝規(guī)程具有技術(shù)先進性。

經(jīng)濟上合理。要用最經(jīng)濟的手段達到圖樣所規(guī)定的技術(shù)要求。要從本廠現(xiàn)有的生產(chǎn)條件出發(fā)，制訂符合生產(chǎn)實際的工藝規(guī)程。不可盲目追求貴重的專用機床和專用工藝裝備，以免造成浪費。

勞動條件安全和良好。制訂工藝規(guī)程時，應特別注意技術(shù)安全和改善勞動條件，不能采用損害工作人員健康或加大勞動強度的工藝方法，去獵取經(jīng)濟效果和達到技術(shù)要求。

2 工藝方案的經(jīng)濟評價

在制訂零件加工的工藝規(guī)程時，一般可擬定出幾個不同的方案，都能滿足零件加工的質(zhì)量要求，但是它們的經(jīng)濟性可能不相同，因此要進行工藝方案的經(jīng)濟評價，從中選擇一個符合生產(chǎn)規(guī)模的最佳方案。工藝方案的經(jīng)濟分析就是分析計算各種方案的工藝費用。在一定的生產(chǎn)規(guī)模下，工藝費用最少的工藝方案就是最佳方案。為便于進行經(jīng)濟分析，常將零件加工的工藝費用分為兩類，即可變費用與不變費用。可變費用是與年產(chǎn)量成正比的費用，用V表示。它包括材料費、工人的工資、通用機床與通用夾具的折舊費和維修費、以及刀具費等。不變費用是與年產(chǎn)量無直接關(guān)系的費用，用C表示。它包括專用機床調(diào)整工人的工資、專用機床的折舊費和維修費、專用夾具的設(shè)計制造費和維修費等。對兩種工藝方案進行經(jīng)濟評價時，一般分為兩種情況：（1）兩種工藝方案的基本投資相近，或在現(xiàn)在設(shè)備條件下，工藝費用即可作為衡量兩種工藝方案經(jīng)濟性的依據(jù)。假設(shè)兩種工藝方案全年工藝費用分別為：

Sy1=V1*N+C1

Sy2=V2*N+C2

兩種工藝方案全年工藝費用與年產(chǎn)量的關(guān)系，如圖1所示。

由兩直線的交點C便可確定兩種工藝方案在全年工藝費用相條件下的年產(chǎn)量Nc。若假設(shè)上述兩種工藝方案全年工藝費用相等，即Sy1= Sy2，則可由解析法求出年產(chǎn)量Nc，其值為由圖可看出：① 各工藝方案的優(yōu)劣與零件的年產(chǎn)量有密切關(guān)系。②當年產(chǎn)量為Nc時，兩種工藝方案的工藝費用相等。③當年產(chǎn)量小于Nc時，第一種工藝方案比較經(jīng)濟。④當年產(chǎn)量大于Nc時，第二種工藝方案比較經(jīng)濟。（2）兩種工藝方案的基本投資相差較大時。假設(shè)第一種工藝方案采用生產(chǎn)效率較高、價格較貴的機床和工藝裝備，其基本投資額K1大，而工藝費用Sy1則較低；第二種工藝方案采用生產(chǎn)效率較低、價格較便宜的機床和工藝裝備，其基本投資而額K2小，而工藝費用Sy2則較高。就是說，這時工藝費用的降低是由于增加基本投資而獲得的。在這種情況下，單純比較工藝費用顯然是不合理的，必須同時考慮兩種方案基本投資差額的回收期限。回收期限是指第一種方案多花費的投資由工藝費用降低收回所需的時間。回收期限可用下式計算

τ=（K 1-K2）/（S y2-Sy1）= △K/△Syendprint

式中 τ—回收期限（年）；

△K—基本投資差額（元）；

△Sy—全年工藝費用差額（元/年）；

回收期限愈短，則經(jīng)濟性愈好。當回收期限小于所用機床或工藝費用的使用年限且小于國家規(guī)定的標準回收期限時，第一種工藝方案才是比較經(jīng)濟的。新夾具的標準回收期限為2～3年，新機床的標準回收期限為4～6年。

3 工藝性分析，電樞工藝流程如下

（1）電樞嵌線并頭。①先將線圈下層邊下到槽底，再用劃線板將上層邊劃入槽內(nèi)。②嵌入槽中的導線和線圈端部都應該排列整齊，無嚴重交叉，以防止槽滿率降低，下線困難及導線之間絕緣擊穿。③ 線圈出現(xiàn)頭的極性和頭尾應正確無誤。④嵌線時，在層間和端部也注意各相繞組之間線圈的布置對稱性。⑤須將選配好的線圈組按照繞組展開圖的要求依次將線圈下到各槽中。⑥將每槽中的線圈分為三個虛槽，每四個導體數(shù)相并接。

（2）繞組扎綁。嵌線后，其端部需要綁扎緊固，采用耐高溫的高強度無緯帶綁扎。

（3）焊接（搪錫）。電樞繞組與換向片間的錫焊在搪錫中進行。

（4）車錫堆。

（5）檢驗。①短路：嵌線后用感應電壓法檢查有無匝間短路，利用其波形比較法來判斷。②電壓降：將電樞繞組通電，然后用電壓表依次測量相鄰的換向片電壓值，看測得的電壓值是否相差不多，來證明其焊接處是否存在焊接問題（如虛焊、夾雜等）。③耐壓：在工頻交流1700V，維持1分鐘高壓試驗，看是否擊穿。

（6）浸漆。①預熱②浸漬③烘干④浸漬處理的質(zhì)量檢查⑤涂覆蓋漆⑥最后烘干。

（7）車換向器、電樞外圓。

（8）磨外圓、軸頸。

（9）下刻云母片：為了防止產(chǎn)生環(huán)火現(xiàn)象、減小電刷磨損，需要下刻云母片，深刻約1.5倍的云母片厚度，并適當?shù)菇恰?/p>

（10）動平衡。

（11）噴漆：用紅氧化鐵漆噴于電樞鐵心端部和表面，以防止其生銹。

（12）墊壓軸承。

（13）精車換向器。

（14）換向器的清理、去毛刺：用細永磨砂紙打磨。

（15）換向器拋光。

（16）檢驗：①短路：檢查精車換向器外圓后，在云母槽和退刀槽中是否留有銅屑；下刻和倒角后，云母槽中的銅屑是否清除干凈；是否有殘留的焊錫在片中。②外表：塑料表面應有光澤，無裂痕、聚膠、氣泡、疏松和缺料等缺陷。切削加工表面上應涂有絕緣漆。③絕緣電阻：在涂漆烘干后，換向器溫度為130℃時，測量換向器對地的絕緣電阻，其值應不低于20MΩ。④耐壓試驗：對金屬套管的塑料換向器，在壓入轉(zhuǎn)軸后進行對地面耐壓試驗。⑤機械強度檢查：超速試驗、低溫試驗。

提高工藝制造水平，工藝人員除應熟悉已有的工藝方法外，還應注意新結(jié)構(gòu)、新材料、新技術(shù)、新工藝的研究和推廣，努力提高工廠的技術(shù)水平，以便進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。endprint

式中 τ—回收期限（年）；

△K—基本投資差額（元）；

△Sy—全年工藝費用差額（元/年）；

回收期限愈短，則經(jīng)濟性愈好。當回收期限小于所用機床或工藝費用的使用年限且小于國家規(guī)定的標準回收期限時，第一種工藝方案才是比較經(jīng)濟的。新夾具的標準回收期限為2～3年，新機床的標準回收期限為4～6年。

3 工藝性分析，電樞工藝流程如下

（1）電樞嵌線并頭。①先將線圈下層邊下到槽底，再用劃線板將上層邊劃入槽內(nèi)。②嵌入槽中的導線和線圈端部都應該排列整齊，無嚴重交叉，以防止槽滿率降低，下線困難及導線之間絕緣擊穿。③ 線圈出現(xiàn)頭的極性和頭尾應正確無誤。④嵌線時，在層間和端部也注意各相繞組之間線圈的布置對稱性。⑤須將選配好的線圈組按照繞組展開圖的要求依次將線圈下到各槽中。⑥將每槽中的線圈分為三個虛槽，每四個導體數(shù)相并接。

（2）繞組扎綁。嵌線后，其端部需要綁扎緊固，采用耐高溫的高強度無緯帶綁扎。

（3）焊接（搪錫）。電樞繞組與換向片間的錫焊在搪錫中進行。

（4）車錫堆。

（5）檢驗。①短路：嵌線后用感應電壓法檢查有無匝間短路，利用其波形比較法來判斷。②電壓降：將電樞繞組通電，然后用電壓表依次測量相鄰的換向片電壓值，看測得的電壓值是否相差不多，來證明其焊接處是否存在焊接問題（如虛焊、夾雜等）。③耐壓：在工頻交流1700V，維持1分鐘高壓試驗，看是否擊穿。

（6）浸漆。①預熱②浸漬③烘干④浸漬處理的質(zhì)量檢查⑤涂覆蓋漆⑥最后烘干。

（7）車換向器、電樞外圓。

（8）磨外圓、軸頸。

（9）下刻云母片：為了防止產(chǎn)生環(huán)火現(xiàn)象、減小電刷磨損，需要下刻云母片，深刻約1.5倍的云母片厚度，并適當?shù)菇恰?/p>

（10）動平衡。

（11）噴漆：用紅氧化鐵漆噴于電樞鐵心端部和表面，以防止其生銹。

（12）墊壓軸承。

（13）精車換向器。

（14）換向器的清理、去毛刺：用細永磨砂紙打磨。

（15）換向器拋光。

（16）檢驗：①短路：檢查精車換向器外圓后，在云母槽和退刀槽中是否留有銅屑；下刻和倒角后，云母槽中的銅屑是否清除干凈；是否有殘留的焊錫在片中。②外表：塑料表面應有光澤，無裂痕、聚膠、氣泡、疏松和缺料等缺陷。切削加工表面上應涂有絕緣漆。③絕緣電阻：在涂漆烘干后，換向器溫度為130℃時，測量換向器對地的絕緣電阻，其值應不低于20MΩ。④耐壓試驗：對金屬套管的塑料換向器，在壓入轉(zhuǎn)軸后進行對地面耐壓試驗。⑤機械強度檢查：超速試驗、低溫試驗。

提高工藝制造水平，工藝人員除應熟悉已有的工藝方法外，還應注意新結(jié)構(gòu)、新材料、新技術(shù)、新工藝的研究和推廣，努力提高工廠的技術(shù)水平，以便進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。endprint

式中 τ—回收期限（年）；

△K—基本投資差額（元）；

△Sy—全年工藝費用差額（元/年）；

回收期限愈短，則經(jīng)濟性愈好。當回收期限小于所用機床或工藝費用的使用年限且小于國家規(guī)定的標準回收期限時，第一種工藝方案才是比較經(jīng)濟的。新夾具的標準回收期限為2～3年，新機床的標準回收期限為4～6年。

3 工藝性分析，電樞工藝流程如下

（1）電樞嵌線并頭。①先將線圈下層邊下到槽底，再用劃線板將上層邊劃入槽內(nèi)。②嵌入槽中的導線和線圈端部都應該排列整齊，無嚴重交叉，以防止槽滿率降低，下線困難及導線之間絕緣擊穿。③ 線圈出現(xiàn)頭的極性和頭尾應正確無誤。④嵌線時，在層間和端部也注意各相繞組之間線圈的布置對稱性。⑤須將選配好的線圈組按照繞組展開圖的要求依次將線圈下到各槽中。⑥將每槽中的線圈分為三個虛槽，每四個導體數(shù)相并接。

（2）繞組扎綁。嵌線后，其端部需要綁扎緊固，采用耐高溫的高強度無緯帶綁扎。

（3）焊接（搪錫）。電樞繞組與換向片間的錫焊在搪錫中進行。

（4）車錫堆。

（5）檢驗。①短路：嵌線后用感應電壓法檢查有無匝間短路，利用其波形比較法來判斷。②電壓降：將電樞繞組通電，然后用電壓表依次測量相鄰的換向片電壓值，看測得的電壓值是否相差不多，來證明其焊接處是否存在焊接問題（如虛焊、夾雜等）。③耐壓：在工頻交流1700V，維持1分鐘高壓試驗，看是否擊穿。

（6）浸漆。①預熱②浸漬③烘干④浸漬處理的質(zhì)量檢查⑤涂覆蓋漆⑥最后烘干。

（7）車換向器、電樞外圓。

（8）磨外圓、軸頸。

（9）下刻云母片：為了防止產(chǎn)生環(huán)火現(xiàn)象、減小電刷磨損，需要下刻云母片，深刻約1.5倍的云母片厚度，并適當?shù)菇恰?/p>

（10）動平衡。

（11）噴漆：用紅氧化鐵漆噴于電樞鐵心端部和表面，以防止其生銹。

（12）墊壓軸承。

（13）精車換向器。

（14）換向器的清理、去毛刺：用細永磨砂紙打磨。

（15）換向器拋光。

（16）檢驗：①短路：檢查精車換向器外圓后，在云母槽和退刀槽中是否留有銅屑；下刻和倒角后，云母槽中的銅屑是否清除干凈；是否有殘留的焊錫在片中。②外表：塑料表面應有光澤，無裂痕、聚膠、氣泡、疏松和缺料等缺陷。切削加工表面上應涂有絕緣漆。③絕緣電阻：在涂漆烘干后，換向器溫度為130℃時，測量換向器對地的絕緣電阻，其值應不低于20MΩ。④耐壓試驗：對金屬套管的塑料換向器，在壓入轉(zhuǎn)軸后進行對地面耐壓試驗。⑤機械強度檢查：超速試驗、低溫試驗。

提高工藝制造水平，工藝人員除應熟悉已有的工藝方法外，還應注意新結(jié)構(gòu)、新材料、新技術(shù)、新工藝的研究和推廣，努力提高工廠的技術(shù)水平，以便進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。endprint