微电机槽绝缘流水线型涂敷设备及涂层质量
周锦添(广东省机械研究所广州510630)
1引 言
近年，微电机铁心槽绝缘流水线型涂敷新工艺因为其生产批量大、效率高、工艺性能稳定等特点而发展迅速，国内很多电机厂引进了这类设备及工艺用于生产。我所为了适应市场需求及服务于本行业，研制了这类设备，并确定了二套较成熟的工艺方法。
2流水线型涂敷设备原理及主要构成
2.1 流水线型涂敷设备工作原理
该设备(见图1)能完成微电机铁心槽绝缘环氧粉末涂层整个过程。设备由双螺杆传动装置将带有蔽护的工件（电枢或定子）驱动，使其向前移动并自转，工件被装上传动螺杆后向前移动，到达静电流化床区域，涂敷上粉后再经过清粉区域，将其不需要涂敷部位粉末清除干净，清除后的粉末被回收再利用，工件继续向前移动，进入高频加热区，由于高频热肤效应，粉末被固化成均匀的绝缘涂敷层。
2.2流水线型涂敷设备主要结构形式及其工作过程
该设备主要结构包括床身及防尘保护罩、双螺杆传动装置、静电流化床涂敷装置、粉末二级回收系统、清粉装置、高频感应加热固化装置、自动输粉断粉装置及电控系统。
2.2.1双螺杆传动装置
早期的这类设备，整个涂敷过程采用机械螺杆传送电枢或定子．电枢轴（或工件）位于传动螺杆顶部，双螺杆相对反向转动使电枢向前传动并自转动，这种方式容易引起工件（电枢）从螺杆上滑落，并要求螺杆具有很强的刚性及尺寸截面很大；另一情况是传动螺杆相对于电枢轴间传动接触部位常使电枢轴上固化粉末层环。由于上述原因，我们在设计上采用一种新型双螺杆传动方式，电枢轴沿着双螺杆方向滚动时，电枢两轴端面与并列的双螺杆内侧相接触，电枢轴由具有尖角的导轨所支撑，从而可减轻双螺杆的刚性要求，使双螺杆具有推动电枢轴向前传动及自转动功能（见图2）。
2.2.2静电流化床涂敷装置原理及结构
它的原理是：将干净压缩空气引入气室，经多孔透气隔板流进流化槽，气体将流化槽内预先放好的环氧粉末吹起并形成沸腾的云雾，粉末悬浮在槽内，用静电发生器的两电极分别接上工件与静电层网，形成强大电场，气体被电离出电子，电子吸附在粉末颗粒上，粉末颗粒在电场的作用下向工件吸附，从而在工件表面形成一可控厚度的粉末层，在经高温固化后，形成粉末涂层。在结构上，为了使气室的净化压缩空气进入后分散而不集中，设计上采用了环形盘状结构，环盘状结构用软塑料管盘绕成一圈，上面分布均等距离的小孔，进入的空气经多个小孔导向，向下出风碰到底板后反射向上，从而进一步改善了气流均匀度。同时，又为了使更多的空气游离产生电子，粉末充分带电，在设计上采用多层静电棚网结构，这种结构对粉末颗粒带电状况有显著改善，可以克服针状电极产生的粉末崩落现象（见图3）。
2.2.3二级粉末回收装置
粉末涂敷未被吸附在工件上外溢的粉末必须被回收，因为它关系到人体健康及工厂的经济性。采用这种装置不仅不产生污染，而且粉末被循环及再利用。设计上，该设备采用了二级回收（见囹4），回收率几乎********。一级回收采用旋风除尘器，利用气体中的粉末颗粒在高速下旋的离心力作用下，甩向管壁与空气分离逐渐沉降至除尘器锥底而集聚；而未被回收的粉末被输送到二级回收，二级回收采用箱式滤芯过滤结构，过滤器表面有许多微细孔；在负压作用下，粉末被吸附在滤芯表面，每隔一段时间，压缩空气在过滤器由内壁向外壁反吹，从而将被吸附在过滤器表面的粉末清洗干净，粉末落在箱式底盘中，达到最后回收作用。
2.2.4清粉装置
被涂敷的电枢或定子不需要上粉的部位必须将其清理干净，清粉装置包括刮粉和吹粉部分。刮粉机均采用上下片状塑料软片，利用工件向前传动及自转，工件表面粉末经过片状软片时被刮去。同时，残留未被刮去的粉末，再次被强劲的压缩空气吹干净，达到清粉目的。
2.2.5自动输粉、断粉装置
流化态自动输粉器由供粉容器流化气室及粉泵（文丘里抽吸器）组成。该装置(见图5)是在一级回收装置锥底集粉处设置粉泵，借助粉泵的压缩空气产生文丘效应，将流化态粉末自动输入到断粉器中，断粉器根据流化床云雾的浓度自动切断输送粉末。断粉器的功能主要用来控制输送粉末的数量，断粉器原理是利用加入旋风器压力与输粉压力平衡而形成气栓，从而达到切断由输粉器送来的流化态粉料。输粉、断粉器两者配合使用，达到自动输粉、自动断粉的功能。
2.2.6高频感应加热固化装置
高频加热是利用热肤效应，在工件表面产生涡流，迅速地将工件加热，采用这种加热方式，既能缩短设备的长度，效率又高，又能使大多数粉末的流动特性增加，装置见图5。为使设备有****的效率，设计了适合铁心的遂道式加热线圈，工件被上粉并清粉后，送进加热区，工件表面沿遂道加热圈前进及自转，它的表面被不断加热，吸附在表面的粉末也不断被溶化、流平、胶化，最后被固化，形成一均匀的硬化绝缘涂层。
3涂层质量控制及工艺流程
3.1涂敷的工艺流程
涂敷的工艺流程为：工件质量检查——前处理——蔽护——涂敷——清粉——固化——去掉蔽护——清理毛刺——质检入库。
3.2涂层的质量控制
为了得到良好的涂层，必须在几个方面加以控制及调整。
a．涂敷前处理
(1)压缩空气必须经过干燥，去水，去油，可通过气源油水分离过漶器或致冷干燥器，一般气源压力为0. 3～0. 6MPa。
(2)工件必须保持清洁及干燥，如果工件表面有锈迹、氧化物或其它污质，可用喷砂清理法或钢丝刷清除；若工件有油迹等，可用丙酮或汽油、甲苯等将其清理干净，工件也必须干燥。
(3)粉末必须干燥，不受污染。若粉末有湿气会影响涂层质量，引起粉末不均匀，最终导致涂层有针孔及小空洞等缺陷，粉末一般储存在24℃以下干燥的地方。
b．工件的蔽护：如电枢、铁心四周表面及轴两端需要蔽护，一般可做成专用护套，护套的尺寸公差要适当，过松，在涂敷过程中粉末会在间隙里上粉，过紧，蔽护装拆不方便，护套可用橡胶或聚四氟乙烯等制作。
c．涂敷过程：涂敷要想得到良好的上粉效果，必须注意三方面因素。第一，良好的接地。电压场的质量决定了涂层厚度的边缘覆盖率，接地质量越好，放电速度越快，粉末越容易吸上电荷；接地质量不好，电压在粉末涂层上迅速聚集，若被加工件接地不良，更会引起边缘覆盖率下降。第二，电场强度与粉末带电量成正比，当工件与电极距离不变时，输入电压越高，粉末吸附能力越强。在同样时间内，涂层越厚，工作电压应尽量要求降低。在工艺条件允许时，应保持工件与电极有一个适当距离；一般在30cm似内，电压在80kV以下较为合适。第三，静电流化床气压及集尘因收气流。流化床压缩空气气压增大，沸腾状云雾加剧，气态粉末浓度增加，工件涂层的厚度增加；反之，工件涂层的厚度减薄。集尘气流的方向和大小对涂层的厚薄和均匀度也有影响，一般集尘气流方向应与流化态粉末上升方向一致为宜，方向不同容易引起涂敷不均匀。集尘气流速度过快，会减薄涂层厚度，因为细小粉末易被吸走。
d．固化阶段：采用高效的高频加热设备及特别设计的遂道式加热器。一般以粉末固化温度和固化时间来设定各加热参数。如大多数厂家采用高温环氧快速固化粉末，一般只需200℃左右，时间约为30s为宜。若形成粉末滴，表明温度过高，加热太快；若涂层颜色发生偏差，加热时间和温度都不正确，需要调整；若粉末层发黄，则表明烘烤时间过长。
4判定粉末涂敷及涂层质量的几个重要指标
4.1 鉴定粉末质量好坏的指标
鉴定粉末质量好坏及性能指标有：
其一，胶化时间，即粉末树脂在一定温度下熔融及从液态转变为固态所需时间，它是反应粉末固化速度的一项指标；
其二是粉末粒径分布的均匀性。粉末颗粒分布均匀性及粒径大小会直接影响其在液化床中形成粉末云雾的均匀性，继而影响工件涂层的均匀性；
最后一重要指标是粉末树脂的流平性，这一指标直接影响粉末固化后涂层厚薄的均匀性。
4.2鉴别粉末涂层好坏的指标
边缘覆盖率。它是指棱角处涂层厚度与平面处涂层厚度之比，它反应粉末在锐角处的涂敷功能。
耐冲击强度、介电强度、耐热等级、附着力。另外涂层外观必须平整、光滑、无气泡、无液滴，允许有轻微的桔皮状。
5结论
微电机铁心槽绝缘流水线型环氧粉末涂敷机工艺有以下优点：
(1)自动化程度高，提高槽绝缘生产能力，降低劳动强度，便于微电机自动化流水线生产，每小时可生产400 ---1000电枢或定子。
(2)粉末堆积的均匀性和涂敷厚度的可控性，使满足绝缘强度的前提下，所需粉末用量最少。因此，绕组每匝的有效长度最少，可使绕线用量最省，经济效果显著。
(3)整体式涂层把迭片中片与片之间相互粘接，形成稳定牢固的铁心，减少了噪声，增加了电机寿命。
(4)可控的薄涂层，使绕组空间增大，从而增加槽满率。
(5)由于采用静电流化工艺，保证在端部边角处增加了粉末堆积，从而使绕组在这个边角处得到****保护。
(6)由于采用二级回收，粉末几乎********被利用，减少粉末浪费，可节约成本。
(7)能较容易地应用于涂敷定子铁心，这是其它形式的涂敷设备难以实现的。
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