稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)的加工工藝研究

洪亮

【摘 要】 稀土永磁直流電機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠；體積小，質(zhì)量輕；損耗小，效率高；電機(jī)的形狀和尺寸可以靈活多樣等顯著優(yōu)點(diǎn)。因而應(yīng)用范圍極為廣泛，幾乎遍及航空航天、國(guó)防、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。本文對(duì)其特殊材料進(jìn)行了說(shuō)明，包括電機(jī)的制造工藝，工藝方案的評(píng)價(jià)，并作了其工藝性分析。

【關(guān)鍵詞】 稀土永磁直流電機(jī) 制造工藝 工藝方案

永磁電機(jī)和磁滯電機(jī)是驅(qū)動(dòng)微電機(jī)中的兩個(gè)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(jī)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(yīng)溫度系數(shù)很小，居里溫度高，其矯頑力和最大磁能積可達(dá)到中等以上水平，組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，是電機(jī)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(fù)磁導(dǎo)率較小，密度小，電阻率大，其最大磁能積不大，但最大回復(fù)磁能積卻較大。其缺點(diǎn)是剩磁較低，磁感應(yīng)溫度系數(shù)較高。常用于永磁點(diǎn)火電機(jī)及其他小功率的永磁電機(jī)。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(dá)到80～196kJ/m3。另一類為混合稀土鈷，如Sm2（CoCuFeZr）17等，其磁能祝達(dá)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(fù)直線與去磁曲線基本重臺(tái)，不怕去磁。但鈷礦源不足，價(jià)格昂貴。近來(lái)，國(guó)內(nèi)外己研制出不含鉆的釹鐵永磁材料。這種無(wú)鈷稀土永磁合金的磁性能更高，磁能積可達(dá)320kJ/m3，甚至更高。剩磁達(dá)到1.3T，矯頑力大于640kA/m，機(jī)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(diǎn)，是居里溫度較低，磁感應(yīng)溫度系數(shù)較大，不宜在200。以上工作。

1 電機(jī)工藝規(guī)程的制訂原則

電機(jī)的制造過(guò)程一般包括生產(chǎn)準(zhǔn)備（如原材料的運(yùn)輸和保管等）、毛坯制造、機(jī)械加工、鐵心制造、繞組制造、裝配、檢試、油漆和包裝等幾個(gè)過(guò)程。對(duì)工藝規(guī)程的基本要求是，在一定的條件下，以最少的勞動(dòng)消耗和最低的費(fèi)用，按照規(guī)定的進(jìn)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(shí)，應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：

技術(shù)上先進(jìn)。工藝規(guī)程應(yīng)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(shí)，要采用正確的工序安排和適當(dāng)?shù)墓に囇b備，以達(dá)到規(guī)定的技術(shù)要求。一般不宜過(guò)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(jìn)性。

經(jīng)濟(jì)上合理。要用最經(jīng)濟(jì)的手段達(dá)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(shí)際的工藝規(guī)程。不可盲目追求貴重的專用機(jī)床和專用工藝裝備，以免造成浪費(fèi)。

勞動(dòng)條件安全和良好。制訂工藝規(guī)程時(shí)，應(yīng)特別注意技術(shù)安全和改善勞動(dòng)條件，不能采用損害工作人員健康或加大勞動(dòng)強(qiáng)度的工藝方法，去獵取經(jīng)濟(jì)效果和達(dá)到技術(shù)要求。

2 工藝方案的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)

在制訂零件加工的工藝規(guī)程時(shí)，一般可擬定出幾個(gè)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(jì)性可能不相同，因此要進(jìn)行工藝方案的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)，從中選擇一個(gè)符合生產(chǎn)規(guī)模的最佳方案。工藝方案的經(jīng)濟(jì)分析就是分析計(jì)算各種方案的工藝費(fèi)用。在一定的生產(chǎn)規(guī)模下，工藝費(fèi)用最少的工藝方案就是最佳方案。為便于進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，常將零件加工的工藝費(fèi)用分為兩類，即可變費(fèi)用與不變費(fèi)用?？勺冑M(fèi)用是與年產(chǎn)量成正比的費(fèi)用，用V表示。它包括材料費(fèi)、工人的工資、通用機(jī)床與通用夾具的折舊費(fèi)和維修費(fèi)、以及刀具費(fèi)等。不變費(fèi)用是與年產(chǎn)量無(wú)直接關(guān)系的費(fèi)用，用C表示。它包括專用機(jī)床調(diào)整工人的工資、專用機(jī)床的折舊費(fèi)和維修費(fèi)、專用夾具的設(shè)計(jì)制造費(fèi)和維修費(fèi)等。對(duì)兩種工藝方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)時(shí)，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(fèi)用即可作為衡量?jī)煞N工藝方案經(jīng)濟(jì)性的依據(jù)。假設(shè)兩種工藝方案全年工藝費(fèi)用分別為：

Sy1=V1*N+C1

Sy2=V2*N+C2

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

由兩直線的交點(diǎn)C便可確定兩種工藝方案在全年工藝費(fèi)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(fèi)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(dāng)年產(chǎn)量為Nc時(shí)，兩種工藝方案的工藝費(fèi)用相等。③當(dāng)年產(chǎn)量小于Nc時(shí)，第一種工藝方案比較經(jīng)濟(jì)。④當(dāng)年產(chǎn)量大于Nc時(shí)，第二種工藝方案比較經(jīng)濟(jì)。（2）兩種工藝方案的基本投資相差較大時(shí)。假設(shè)第一種工藝方案采用生產(chǎn)效率較高、價(jià)格較貴的機(jī)床和工藝裝備，其基本投資額K1大，而工藝費(fèi)用Sy1則較低；第二種工藝方案采用生產(chǎn)效率較低、價(jià)格較便宜的機(jī)床和工藝裝備，其基本投資而額K2小，而工藝費(fèi)用Sy2則較高。就是說(shuō)，這時(shí)工藝費(fèi)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(fèi)用顯然是不合理的，必須同時(shí)考慮兩種方案基本投資差額的回收期限?；厥掌谙奘侵傅谝环N方案多花費(fèi)的投資由工藝費(fèi)用降低收回所需的時(shí)間?；厥掌谙蘅捎孟率接?jì)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(fèi)用差額（元/年）；

回收期限愈短，則經(jīng)濟(jì)性愈好。當(dāng)回收期限小于所用機(jī)床或工藝費(fèi)用的使用年限且小于國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)回收期限時(shí)，第一種工藝方案才是比較經(jīng)濟(jì)的。新夾具的標(biāo)準(zhǔn)回收期限為2～3年，新機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)線和線圈端部都應(yīng)該排列整齊，無(wú)嚴(yán)重交叉，以防止槽滿率降低，下線困難及導(dǎo)線之間絕緣擊穿。③ 線圈出現(xiàn)頭的極性和頭尾應(yīng)正確無(wú)誤。④嵌線時(shí)，在層間和端部也注意各相繞組之間線圈的布置對(duì)稱性。⑤須將選配好的線圈組按照繞組展開(kāi)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(gè)虛槽，每四個(gè)導(dǎo)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(qiáng)度無(wú)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(jìn)行。

（4）車錫堆。

（5）檢驗(yàn)。①短路：嵌線后用感應(yīng)電壓法檢查有無(wú)匝間短路，利用其波形比較法來(lái)判斷。②電壓降：將電樞繞組通電，然后用電壓表依次測(cè)量相鄰的換向片電壓值，看測(cè)得的電壓值是否相差不多，來(lái)證明其焊接處是否存在焊接問(wèn)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(yàn)，看是否擊穿。

（6）浸漆。①預(yù)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(dāng)?shù)菇恰?/p>

（10）動(dòng)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(xì)永磨砂紙打磨。

（15）換向器拋光。

（16）檢驗(yàn)：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(yīng)有光澤，無(wú)裂痕、聚膠、氣泡、疏松和缺料等缺陷。切削加工表面上應(yīng)涂有絕緣漆。③絕緣電阻：在涂漆烘干后，換向器溫度為130℃時(shí)，測(cè)量換向器對(duì)地的絕緣電阻，其值應(yīng)不低于20MΩ。④耐壓試驗(yàn)：對(duì)金屬套管的塑料換向器，在壓入轉(zhuǎn)軸后進(jìn)行對(duì)地面耐壓試驗(yàn)。⑤機(jī)械強(qiáng)度檢查：超速試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)。

提高工藝制造水平，工藝人員除應(yīng)熟悉已有的工藝方法外，還應(yīng)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(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)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(fèi)用差額（元/年）；

回收期限愈短，則經(jīng)濟(jì)性愈好。當(dāng)回收期限小于所用機(jī)床或工藝費(fèi)用的使用年限且小于國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)回收期限時(shí)，第一種工藝方案才是比較經(jīng)濟(jì)的。新夾具的標(biāo)準(zhǔn)回收期限為2～3年，新機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)線和線圈端部都應(yīng)該排列整齊，無(wú)嚴(yán)重交叉，以防止槽滿率降低，下線困難及導(dǎo)線之間絕緣擊穿。③ 線圈出現(xiàn)頭的極性和頭尾應(yīng)正確無(wú)誤。④嵌線時(shí)，在層間和端部也注意各相繞組之間線圈的布置對(duì)稱性。⑤須將選配好的線圈組按照繞組展開(kāi)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(gè)虛槽，每四個(gè)導(dǎo)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(qiáng)度無(wú)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(jìn)行。

（4）車錫堆。

（5）檢驗(yàn)。①短路：嵌線后用感應(yīng)電壓法檢查有無(wú)匝間短路，利用其波形比較法來(lái)判斷。②電壓降：將電樞繞組通電，然后用電壓表依次測(cè)量相鄰的換向片電壓值，看測(cè)得的電壓值是否相差不多，來(lái)證明其焊接處是否存在焊接問(wèn)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(yàn)，看是否擊穿。

（6）浸漆。①預(yù)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(dāng)?shù)菇恰?/p>

（10）動(dòng)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(xì)永磨砂紙打磨。

（15）換向器拋光。

（16）檢驗(yàn)：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(yīng)有光澤，無(wú)裂痕、聚膠、氣泡、疏松和缺料等缺陷。切削加工表面上應(yīng)涂有絕緣漆。③絕緣電阻：在涂漆烘干后，換向器溫度為130℃時(shí)，測(cè)量換向器對(duì)地的絕緣電阻，其值應(yīng)不低于20MΩ。④耐壓試驗(yàn)：對(duì)金屬套管的塑料換向器，在壓入轉(zhuǎn)軸后進(jìn)行對(duì)地面耐壓試驗(yàn)。⑤機(jī)械強(qiáng)度檢查：超速試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)。

提高工藝制造水平，工藝人員除應(yīng)熟悉已有的工藝方法外，還應(yīng)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(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)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(fèi)用差額（元/年）；

回收期限愈短，則經(jīng)濟(jì)性愈好。當(dāng)回收期限小于所用機(jī)床或工藝費(fèi)用的使用年限且小于國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)回收期限時(shí)，第一種工藝方案才是比較經(jīng)濟(jì)的。新夾具的標(biāo)準(zhǔn)回收期限為2～3年，新機(jī)床的標(biāo)準(zhǔn)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(dǎo)線和線圈端部都應(yīng)該排列整齊，無(wú)嚴(yán)重交叉，以防止槽滿率降低，下線困難及導(dǎo)線之間絕緣擊穿。③ 線圈出現(xiàn)頭的極性和頭尾應(yīng)正確無(wú)誤。④嵌線時(shí)，在層間和端部也注意各相繞組之間線圈的布置對(duì)稱性。⑤須將選配好的線圈組按照繞組展開(kāi)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(gè)虛槽，每四個(gè)導(dǎo)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(qiáng)度無(wú)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(jìn)行。

（4）車錫堆。

（5）檢驗(yàn)。①短路：嵌線后用感應(yīng)電壓法檢查有無(wú)匝間短路，利用其波形比較法來(lái)判斷。②電壓降：將電樞繞組通電，然后用電壓表依次測(cè)量相鄰的換向片電壓值，看測(cè)得的電壓值是否相差不多，來(lái)證明其焊接處是否存在焊接問(wèn)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(yàn)，看是否擊穿。

（6）浸漆。①預(yù)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(dāng)?shù)菇恰?/p>

（10）動(dòng)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(xì)永磨砂紙打磨。

（15）換向器拋光。

（16）檢驗(yàn)：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(yīng)有光澤，無(wú)裂痕、聚膠、氣泡、疏松和缺料等缺陷。切削加工表面上應(yīng)涂有絕緣漆。③絕緣電阻：在涂漆烘干后，換向器溫度為130℃時(shí)，測(cè)量換向器對(duì)地的絕緣電阻，其值應(yīng)不低于20MΩ。④耐壓試驗(yàn)：對(duì)金屬套管的塑料換向器，在壓入轉(zhuǎn)軸后進(jìn)行對(duì)地面耐壓試驗(yàn)。⑤機(jī)械強(qiáng)度檢查：超速試驗(yàn)、低溫試驗(yàn)。

提高工藝制造水平，工藝人員除應(yīng)熟悉已有的工藝方法外，還應(yīng)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(jìn)一步提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和降低生產(chǎn)成本。endprint