Электрические машины. Изготовление заготовок с помощью ковки

Введение

Актуальность работы. Широкое внедрение электрических машин во все сферы жизнедеятельности человека обусловливает необходимость как увеличения конструкторско-технологических разработок, так и повышения их эксплуатационных и экономических показателей. Высокое качество электрических машин, их эксплуатационная надежность и снижение трудоемкости изготовления во многом зависят от правильно построенного технологического процесса, соответствующего уровню современной техники, обеспеченного необходимым технологическим оборудованием и оснасткой. Технология электромашиностроительного производства - это процесс изготовления электрических машин требуемого качества, в количестве, установленном производственной программой, и в установленные сроки при минимальных затратах.
Объект исследования: электрические машины.
Предмет исследования: технологии производства электрических машин
Цель работы: рассмотреть электрические машины, изготовление заготовок с помощью ковки.
Для осуществления поставленной цели необходимо решить задачи:
- рассмотреть электрические машины;
- описать изготовление заготовок с помощью ковки.


1. Электрические машины
Электрическая машина рассматривается как электромеханическое устройство, способное преобразовывать механическую энергию в электрическую и наоборот.
Главной особенностью технологии производства электрических машин является необычайное разнообразие технологических процессов. Технология машиностроения изучает только механическую обработку и сборку деталей.
Производство электрической машины представляет собой совокупность различных технологических процессов, состоящих из:
получение заготовок деталей машин;
механическая обработка деталей;
штамповка деталей из листовой стали, цветных металлов и изоляционных материалов;
изготовление и монтаж обмоток;
сборка сборочных единиц и машины в целом;
контроль и тестирование обмоток.

Рисунок 1- Технологическая структура изготовления электрической машины
Давайте кратко рассмотрим эти процессы. Заготовки получают литьем чугуна и стали в земляные и металлические формы деталей машин, имеющих сложную конфигурацию (рамы, несущие щиты, анкерные детали и др.); литье деталей из цветных металлов, чаще всего из алюминия в кокиль и под давлением (рамы и несущие щиты маломощных машин, вентиляторы, короткозамкнутые роторы); изготовление заготовок рам сваркой из листовой стали, создание штампованных конструкций; ковка или штамповка заготовок валов и других деталей.
Механическая обработка на токарных, фрезерных, сверлильных и шлифовальных станках выполняется на рамах, подшипниковых щитах, валах, подшипниковых крышках и деталях анкерной группы (втулках и коллекторных конусах, обмотках и шайбах высокого давления).
Качество этих процессов во многом определяет такие важные свойства машины, как надежность ее работы, искрение под щетками, потери в стальных сердечниках, нагрев отдельных деталей и др. качество изготовления такого сложного агрегата, как коллектор, во многом зависит от рационального технологического процесса.
Механическая обработка занимает значительное место в общей сложности изготовления электрической машины. При обработке деталей используется универсальное металлорежущее оборудование, полуавтоматические станки, агрегатные машины и автоматические линии, обеспечивающие высочайшую производительность. Однако использование полуавтоматических машин и автоматических линий экономически целесообразно только при крупном производстве деталей одинакового размера, т. е. в условиях массового и крупносерийного производства.
В единичном и мелкосерийном производстве зачастую экономически нецелесообразно производить специальные устройства для отработки деталей. Вместо этого для повышения производительности используются универсальные сборные устройства (УСУ), которые представляют собой различные устройства, собранные из нормализованных деталей, а когда они не нужны, их разбирают на составные элементы.
В крупных электромашиностроительных объединениях созданы прокатные базы УСУ, имеющие несколько комплектов нормированных деталей, из которых по заказам заводов собираются необходимые устройства. Один комплект УСУ включает до 25 тысяч различных нормированных деталей: корпусов, втулок, призм, стержней, гвоздей, опор, направляющих элементов и др.
Штамповка деталей из листовой стали, цветных металлов и изоляционных материалов является одним из самых высокопроизводительных процессов.

Рисунок 2-Жизненный цикл электрической машины
Наибольшая доля деталей, получаемых штамповкой, состоит из листов магнитопроводов сердечников. Листы статора, ротора или якоря, в зависимости от вида производства, штампуются щелевыми штампами на специальных прессах, комбинированными — на универсальных прессах и последовательными — на автоматических прессах.
Наиболее продуктивным является штамповка профильных листов на четырехпозиционных автоматических прессах типа Weingarten и Schuler. Однако эти прессы могут быть использованы для резки относительно небольших листов сердечника. Вихретоковые потери в сердечниках из электротехнической стали существенно зависят от технологии листовой штамповки, сборки и обработки сердечника. При низком качестве штамповки и листовой шихты потери сердечника могут быть в 2-3 раза выше расчетных потерь, определяемых удельными потерями в образцах данного вида электротехнической стали.
Процессы изготовления и укладки обмоток являются специфическими процессами, присущими электротехнике.
При изготовлении обмоток используется не стандартизированное оборудование, то есть оборудование, которое не выпускается станкостроительной промышленностью, а изготавливается электромашиностроительными заводами по их чертежам

. Конструкции таких машин менее совершенны, а сами машины менее производительны, чем стандартизированное оборудование.
Механизация и автоматизация процессов изготовления обмоток во многом зависят от исходных изоляционных материалов. Например, можно было механизировать внешнюю изоляцию катушек возбуждения после замены механически хрупкой микропленочной изоляции более прочной стеклянной изоляцией.
При производстве обмоток исключительное значение имеют чистота в цехе и точное выполнение технологических процессов. Пыль и грязь, попадающие на изоляцию, сокращают срок службы изоляции, а незначительная металлическая стружка обычно приводит к пробою изоляции на испытательной станции или в процессе эксплуатации. Поэтому при планировании производственных участков необходимо следить за тем, чтобы работы, связанные с обработкой металлов, не проводились в непосредственной близости от обмоточных и изоляционных участков и, кроме того, необходимо предусмотреть канавки для сжатого воздуха перед укладкой обмоток.
При изготовлении обмоток, и особенно при укладке их в пазы сердечников, обычно преобладает ручной труд.
Сборочные процессы включают изготовление сборочных единиц (сердечник, коллектор, контактные кольца, анкер и др.) и сборка машины в целом. Изготовление сборочных единиц имеет особенности, связанные с применением изоляционных материалов. Например, при изготовлении коллекторов сборочные операции перемежаются с операциями по нагреву и выпечке собранных изделий в специальных печах.
Контроль и испытание обмоток производится как в процессе их изготовления, так и в готовой машине. Для этого на производственных площадках создаются испытательные станции, оснащенные различными электроустановками.

2. Изготовление заготовок с помощью ковки
Ковка - это вид горячей обработки металла давлением, при котором металл деформируется под воздействием универсального инструмента (молотка). Металл свободно течет в стороны, не ограничиваясь рабочими поверхностями инструмента. Ковка дает заготовки для последующей механической обработки. Эти заготовки называются коваными поковками или просто поковками. Ковка делится на ручную и машинную. Последние делятся на молотки или гидравлические прессы. Ковка - это единственный возможный способ изготовления тяжелых заготовок в одном производстве. Как правило, каждое машиностроительное предприятие имеет хотя бы один молоток или гидравлический пресс.
Подготовка заготовок методом прессования
Прессование заключается в проталкивании заготовки, находящейся в закрытом виде через отверстие матрицы. Форма и размеры поперечного сечения экструдируемой части заготовки соответствуют форме и размерам отверстий матрицы, а ее длина пропорциональна соотношению площадей поперечного сечения исходной заготовки и экструдируемой части для перемещения прессующего инструмента.
Прессование производит стержни диаметром от 3 до 250 мм, трубы диаметром от 20 до 400 мм и т. д. Прессованием можно также изготавливать профили других форм из конструкционных, нержавеющих и специальных сталей и сплавов. Точность прессованных профилей выше, чем у рулонных. К недостаткам прессования относятся большие отходы металла, так как невозможно выжать весь металл из контейнера (масса остатка пресса может составлять до 40% от массы исходной заготовки).
Получение заготовок по чертежу
Волочение-это процесс протягивания заготовки через сужающуюся полость матрицы. Уменьшена площадь поперечного сечения заготовки и получена форма поперечного сечения матрицы.
Рисование обычно проводят в холодном состоянии. Как правило, исходными заготовками служат прутки и трубы из стали, цветных металлов и сплавов. Из-за того, что во время волочения к заготовке прикладывается тяговое усилие, после выхода металла из отверстия она испытывает натяжение. Проволока диаметром от 0,002 до 10 мм, профилированные профили изготавливаются методом волочения. Чертеж обеспечивает точность размеров, высокое качество поверхности и изготовление очень тонких профилей.
Подготовка заготовок методом штамповки.
Штамповка - это процесс изменения формы и размеров заготовки с помощью специального инструмента-штампа. Каждая деталь имеет свою печать. Существует различие между холодной штамповкой и горячей объемной штамповкой. Холодная штамповка заключается в выдавливании материала, находящегося при нормальной температуре, в полость матрицы для получения желаемой формы. Наиболее широко применяется холодная листовая штамповка.
Преимущество листовой штамповки:
1) возможность получения деталей минимальной массы при заданной прочности и жесткости;
2) достаточно высокая точность размеров и формы
3) сравнительная простота механизации и автоматизации, что обеспечивает высокую производительность труда.
4) хорошая приспособляемость к производству.
Толщина заготовок при холодной штамповке обычно не превышает 10 мм и лишь в относительно редких случаях превышает 20 мм. технологический процесс получения детали методом холодной штамповки содержит ряд операций: обрезку, резку, гибку, вытяжку с утолщением стенок и без, отбортовку, обжиг и другие операции. Для обеспечения штамповки используется оборудование: пресс кинематического и гидравлического действия. Штамповка применяется в массовом и крупносерийном производстве. Горячая штамповка-это вид обработки металла давлением, при котором ковка нагретой заготовки производится с помощью штампа.
Соединение деталей путем пайки и склеивания.
Пайка и склеивание - процессы получения неразъемных соединений.
Пайка - это процесс получения не паянных соединения двух и более заготовок путем нагрева их ниже температуры плавления с заполнением зазора и поверхности заготовок расплавленным припоем с последующей его кристаллизацией и образованием соединения