淺析電動(dòng)工具轉(zhuǎn)子軸絕緣成型工藝

董加文

（ 余姚市飛達(dá)園藝液壓機(jī)械研究所，浙江 余姚 315400 ）

淺析電動(dòng)工具轉(zhuǎn)子軸絕緣成型工藝

董加文

（ 余姚市飛達(dá)園藝液壓機(jī)械研究所，浙江 余姚 315400 ）

介紹軸絕緣材料選用和軸絕緣成型加工方式。結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析軸絕緣成型工藝加工過程應(yīng)注意的具體問題，提出相應(yīng)解決方法。

軸絕緣；絕緣材料；成型工藝

0 引言

定子附加絕緣、轉(zhuǎn)子附加絕緣和其它部位附加絕緣是Ⅱ類電動(dòng)工具絕緣性能的重要組成部分。這其中，轉(zhuǎn)子軸絕緣成型工藝顯得尤其關(guān)鍵。本文主要就該工藝的相關(guān)問題進(jìn)行簡單探討。

1 概述

電動(dòng)工具工作時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速較高，承受的離心力較大，在使用過程中經(jīng)常發(fā)生“堵轉(zhuǎn)”現(xiàn)象，使得轉(zhuǎn)子溫度急劇升高引發(fā)故障。因此，除具有良好的絕緣性能外，還應(yīng)具有優(yōu)良的機(jī)械強(qiáng)度和耐熱性能。通常，轉(zhuǎn)子軸絕緣考核指標(biāo)分為：抗拉強(qiáng)度、抗彎模量（彈性模量）、沖擊強(qiáng)度、熱變形溫度、表面電阻系數(shù)、體積電阻系數(shù)、擊穿強(qiáng)度等。

抗拉強(qiáng)度越高，可承受的離心力越大；抗彎模量越高，剛性大，不易形變；沖擊強(qiáng)度的大小，代表著材料抵抗沖擊載荷的能力大小。這三個(gè)指標(biāo)考核轉(zhuǎn)子軸絕緣成型后的材料機(jī)械性能。熱變形溫度反映材料在較高溫度下保持其良好的物理、機(jī)械性能的能力；表面電阻系數(shù)、體積電阻系數(shù)和擊穿強(qiáng)度是考核材料絕緣性的主要指標(biāo)。為滿足上述各技術(shù)指標(biāo)的綜合要求，在轉(zhuǎn)子附加絕緣工藝中，軸絕緣材料選用和軸絕緣成型加工方式是兩個(gè)至關(guān)重要的因素。

2 材料

根據(jù)熱性能分類，塑料分為熱固性塑料(Thermoset plastics) 和熱塑性塑料(Thermo plastics)兩類。熱固性塑料加熱后，會使分子構(gòu)造結(jié)合成網(wǎng)狀型態(tài)，一但結(jié)合成網(wǎng)狀聚合體，即使再加熱也不會軟化，顯示出所謂的“非可逆變化”，是分子構(gòu)造發(fā)生變化(化學(xué)變化)所致。熱塑性塑料加熱后會熔化，可流動(dòng)至模具冷卻后成型，再加熱后又會熔化的塑料，即可運(yùn)用加熱及冷卻，使其產(chǎn)生“可逆變化”(液態(tài)←→固態(tài))，是所謂的物理變化。

熱塑性材料受熱后易軟化熔融，并可反復(fù)軟化使用，但其機(jī)械性能比較差，隨著電動(dòng)工具性能指標(biāo)的不斷提升，熱塑性材料在軸絕緣工藝中已基本淘汰。目前國內(nèi)外電動(dòng)工具電機(jī)制造廠家采用的熱固性絕緣材料是BMC、EMC及M230環(huán)氧模塑料（主要用于轉(zhuǎn)軸壓模工藝中），常用的是BMC與EMC兩種。

BMC即Bulk Molding Compounds，外觀形態(tài)類似團(tuán)散裝粘土。BMC是由熱固性不飽和聚酯樹脂、混合各種惰性填料、纖維增強(qiáng)材料、催化劑、穩(wěn)定劑和顏料等，形成一種用于壓注或注塑的膠粘復(fù)合材料。

EMC即Epoxy Molding Compounds，外觀形態(tài)類似顆粒狀。EMC是由熱固性環(huán)氧樹脂、混合各種惰性填料、纖維增強(qiáng)材料、催化劑和顏料等，形成一種用于壓注的復(fù)合材料。

BMC和EMC性能對比見表1。

表1 BMC與EMC常用性能對比表

3 工藝與成型

轉(zhuǎn)子軸絕緣的成型工藝有兩種：

（1）將絕緣材料壓入電樞沖片和轉(zhuǎn)子軸之間使電樞沖片與轉(zhuǎn)子軸可靠的固定，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的附加絕緣工藝，稱為一次成型工藝；

（2）將絕緣材料以模壓的方式壓在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上，使轉(zhuǎn)子軸表面形成高強(qiáng)度的絕緣層，然后將電樞沖片壓入帶絕緣層的轉(zhuǎn)子軸上，稱為二次成型工藝。

一次成型工藝具有工藝生產(chǎn)成本低，轉(zhuǎn)子軸與電樞鐵芯機(jī)械結(jié)合性能好，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛使用，其缺點(diǎn)是對轉(zhuǎn)子軸電樞鐵芯等物料加工精度要求比較高。二次成型工藝須經(jīng)過轉(zhuǎn)子軸絕緣材料的模壓、磨削、壓制等一系列工序，工藝環(huán)節(jié)比較多，生產(chǎn)工藝成本較高，同時(shí)對轉(zhuǎn)子軸配合特性與電樞鐵芯加工公差精度要求也比較高，否則對兩者的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩造成很大影響。

轉(zhuǎn)子軸絕緣一次成型工藝的加工方法有壓注成型（成型設(shè)備有單工位及多工位專用液壓成型機(jī)）和注塑成型兩種方式。目前我國串勵(lì)電機(jī)行業(yè)內(nèi)普遍選用了壓注成型方式，該工藝方式的優(yōu)越性在于成型后的產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)密度高，機(jī)械性能相對穩(wěn)定，電氣耐壓特性高，能滿足電功工具的大功率、高轉(zhuǎn)速的特點(diǎn)，在額定負(fù)載高速運(yùn)轉(zhuǎn)中，充分體現(xiàn)出整機(jī)的機(jī)械剛性好，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩大的特性。壓注成型工藝方式目前有“一出一”、“一出二”、“一出三”、“一出四”及“一出八”等幾種形式，其中“一出三”、“一出四”、及“一出八”方式中因采用了面進(jìn)料的模具結(jié)構(gòu)，使成型后的產(chǎn)品內(nèi)部結(jié)構(gòu)密度更高，進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩、機(jī)械剛性的穩(wěn)定及電氣耐壓擊穿的強(qiáng)度。注塑工藝因產(chǎn)品成型后其內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較疏松，成型密度低、機(jī)械剛性結(jié)構(gòu)差，容易造成高速運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)子不穩(wěn)定現(xiàn)象，同時(shí)由于成型以后的材料結(jié)構(gòu)密度低而對電氣耐壓也有一定的影響。

所以該工藝一般適用于電樞鐵芯外徑小于35mm，疊片厚度低于40mm的小規(guī)格產(chǎn)品。

在二次成型工藝中，以壓注成型工藝為主，工藝方式有“一出一”、“一出二”及“一出六”、“一出八”、“一出十二”等等，其中“一出六”、“一出八”采用自動(dòng)頂出料結(jié)構(gòu)，可采用一人多機(jī)操作、勞動(dòng)強(qiáng)度低、生產(chǎn)效率高。模具結(jié)構(gòu)可分為豎模結(jié)構(gòu)與橫模結(jié)構(gòu)。二次成型工藝是將絕緣材料以模壓的方式壓在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸上，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸表面形成高強(qiáng)度的絕緣層，然后將電樞沖片壓入帶絕緣層的轉(zhuǎn)軸上，而采用豎模結(jié)構(gòu)成型，成型后轉(zhuǎn)子軸四周絕緣層厚薄比較均稱，且沒有端接面，因而電氣耐壓性能比較穩(wěn)定，同時(shí)也可用一次成型“一出一”與“一出二”的設(shè)備加工，提高了設(shè)備的利用率。二次成型工藝要經(jīng)過轉(zhuǎn)子軸絕緣材料的模壓、磨削、嵌壓等一系列工序，對轉(zhuǎn)子軸的配合特性與電樞鐵芯加工精度要求高、工序環(huán)節(jié)比較多、整體生產(chǎn)成本高，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩也劣于一次成型工藝，所以該工藝只適用電樞外徑規(guī)格較小的產(chǎn)品。

圖1和圖2所示為一出一和一出二樣機(jī)。

圖1 YL-150軸絕緣壓機(jī)（一出一）

圖2 YL-120A軸絕緣壓機(jī)（一出二）

4 注意事項(xiàng)

BMC與EMC環(huán)氧模塑料材料在使用中溫度是關(guān)鍵參數(shù)。一般條件下，100℃～150℃是該材料處于熔化的階段，高于150℃以后逐漸向固化形態(tài)發(fā)展，因此要設(shè)定好合理的料室溫度與模具溫度。原則上料室溫度設(shè)定值可偏低，利于延長材料熔化階段時(shí)間，利于注壓成型提高結(jié)構(gòu)密度，模具溫度可設(shè)定上公差加快成型固化速度，提高生產(chǎn)效率。在該成型工藝過程中還應(yīng)考慮注壓時(shí)間的設(shè)定，并注意成型進(jìn)料的速度，速度太快容易出現(xiàn)氣孔、結(jié)構(gòu)疏松等現(xiàn)象，直接影響產(chǎn)品的機(jī)械性能和電氣性能。只要絕緣材料還處于熔化狀態(tài)下，在一定液壓力作用下，會一直向型成模腔內(nèi)注入材料，從而提高產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)密度。

由于絕緣材料特性需要在成型工藝過程中保證足夠的固化時(shí)間，而部分企業(yè)往往單純從提高生產(chǎn)效率角度上考慮，減少或者縮短固化時(shí)間，缺少足夠固化時(shí)間的材料由于并沒有完全固化，其分子結(jié)構(gòu)還不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生形變繼而影響產(chǎn)品的跳動(dòng)精度，同時(shí)也降低了機(jī)械性能和電氣耐壓性能。

5 結(jié)語

在實(shí)際生產(chǎn)中，許多企業(yè)將轉(zhuǎn)軸電樞鐵芯等物料進(jìn)行預(yù)熱，我們建議盡量不要增加該工序（除非鐵芯外徑較大、疊裝厚度長），確實(shí)需要增加該工藝的應(yīng)將預(yù)熱溫度控制在80℃～100℃，且該溫度單指物料表面溫度，溫度過高會使金屬材料的晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，成型后的產(chǎn)品易出現(xiàn)氣孔、開裂等不良現(xiàn)象。

在“一出一”和“一出二”生產(chǎn)工藝中，模具通過自身溫度傳遞來實(shí)現(xiàn)物料表面溫度的提升，該工序需要正確的工序步驟及操作工的熟練程度來保證；在“一出三”和“一出四”等生產(chǎn)工藝中，模具在結(jié)構(gòu)及功率設(shè)計(jì)中已考慮絕緣材料的成型對溫度要求，增加了溫度快速補(bǔ)償功能，保證模腔溫度的穩(wěn)定，提高成型產(chǎn)品的質(zhì)量。

另外，在加工軸絕緣工藝之前，應(yīng)將轉(zhuǎn)軸進(jìn)行清洗，去除軸表面的污跡與油泥。在電樞鐵芯加工成型中，推薦使用自揮性潤滑油，盡量減少絕緣成型時(shí)電樞鐵芯內(nèi)殘存的潤滑油，否則在軸絕緣成型工藝過程中易產(chǎn)生缺料、氣孔等缺陷，影響成品的機(jī)械及電氣性能，降低轉(zhuǎn)軸與絕緣材料的結(jié)合力。

Analysis of Electric Tools Rotor Shaft Insulation Molding Process

Dong Jiawen
( Yuyao Feida Horticulture Hydraulic Machinery Research Institute, Yuyao 315400, China )

Introduce the shaft insulating material selection and insulation processing method. Combined with the practical operation, analyze the specific issues of shaft insulation molding process, and propose the appropriate solutions.

Shaft insulation; Insulation material; Molding process

TM08

A

1674-2796（2016）01-0009-04

2015-11-17

董加文（1955—），男，大學(xué)本科，工程師，主要從事機(jī)電設(shè)計(jì)與開發(fā)工作。