JR_28薄膜电容自动卷绕机的设计_魏海滨

更新时间:2020-07-30 15:23 作者:新利体育

  JR_28薄膜电容自动卷绕机的设计_魏海滨_机械/仪表_工程科技_专业资料。DO I 牶 牨 牥 牣 牨 牬 牨 牱 牰 牤 j牣 issn牣 牨 牥 牥 牨 牠 牫 牬 牱 牬 牣 牪 牥 牥 牭 牣 牥 牰 牣 牥 牥 牬 第 26卷 第 6 期 电子工艺技术

  DO I 牶 牨 牥 牣 牨 牬 牨 牱 牰 牤 j牣 issn牣 牨 牥 牥 牨 牠 牫 牬 牱 牬 牣 牪 牥 牥 牭 牣 牥 牰 牣 牥 牥 牬 第 26卷 第 6 期 电子工艺技术 2005 年 11 月 E lectronics P rocess Techno logy 323 JR - 28薄膜电容自动卷绕机的设计 魏海滨 , 朱跃红 , 郑海红 ( 太原风华信息装备股份有限公司 , 山西 太原 030024) 摘 要: : 薄膜电容卷绕机是薄膜电容器生产工艺中的重要设备之一 。 介绍了 JR - 28 薄膜电 容卷绕机设计中所涉及的机械结构 、电气控制等方面的技术 , 对整机的工作原理 、 特性 、 技术创新等 做了详细的描述 。 关键词 : 薄膜电容 ; 卷绕 ; 去金属化 中图分类号 : TN 605文献标识码 : A文章编号 : 1001 - 3474(2005)06 - 0323 - 04 Design of JR - 28 A utomaticW ind i ngM ach i ne forM etallized F im l capacitors W EIH ai - b in, ZHU Yue - hong, ZHENG Ha i - hong (Taiyuan F enghua In form ation Equ ipm en t C o . L td. , Taiyuan030024, Ch ina) Ab stract: W inding m achine fo rm eta llized fil m capacitors is one of i m po rtant m achines used in produc tion of m e tallized fil m capacitor . Describ e som e techno lo gies of m echanical structure, e lectronic contro l, th e desig n of JR - 28 w inding m achine for m e tallized fil m capac ito rs, and introduce w ork principle, charac te ristics and technolog ical in nova tion of th e equip m ent in de tai. l key w ords: M etallized fil m capac ito rs; W ind in g; Burn - off Docum en t Code: AA rticle ID : 1001 - 3474(2005)06 - 0323 - 04 薄膜电容器因其具有良好的特性 , 如容值稳定 , 损耗小 , 耐压性能好 , 能承受过压冲击 , 频率 、 温度特 性好 , 内部温升小 , 绝缘电阻高 , 优异的阻燃性能等 , 广泛用于滤波 、 低脉冲电路 、电子镇流器电路 、高脉 冲、 大电流电路 、大屏幕监视器及彩电行逆程电路 、 电源跨线路抗干扰场合等 , 近年来需求激增 。 薄膜电容器一种常用的生产工艺流程为 : 镀膜 、 分切 、卷绕 、热压 ( 或冷压 )、预编带 、 喷 金 、焊接 、封 装、 分选和编带等 。 薄膜电容卷绕机是薄膜电容器 生产工艺中的重要设备 , 薄膜电容卷绕机随着产品 的不同分为好多种 , 最常见的卷绕机是卷绕两层单 面单留边金属化膜的 , 其产品为通用 薄膜电容器 。 本文研制的 JR - 28 薄膜电容自动卷绕机是将多层 塑料膜 、 单面金属化膜 、双面金属化膜或铝箔卷绕而 成电容芯子的全自动卷绕机 , 可完成 2 层 ~ 4 层双 粒 (7 mm ≤膜宽 ≤27 mm )、2 层 ~ 8 层单粒 (7 mm ≤ 膜宽 ≤55 mm ) 电容芯子的卷绕 。 该设备可生产通 用电容 、 高压电容 、安规电容等多种薄膜电容器 。 该 设备采用可编程控制器 (PLC ) 控制 , 触摸屏显示与 操作 , 操作方便 , 稳定可靠 , 卷绕采用交流伺服系统 , 张力采用直流伺服系统 , 控制稳定 、灵敏 , 有效地提 高产品的品质和生产效率 。 1 设备的主要技术指标和功能特性 (1) 更换卷芯方便 , 常规卷芯直径有 :2 . 5 mm 、 3 mm 、 4 mm 、 5 mm 和 6 mm 。 (2) 卷绕材料厚度 : 薄膜材料 4 μ m 以上 , 铝箔 5 μ m 作者简介 : 魏海滨 (1971 - ), 男 , 毕业于天津工业大学 , 工程师 , 主要从事电子专用设备 的研究与研发工作 。 324 电 子 工 艺 技 术 第 26卷第 6 期 以上 卷绕材料宽度 : 7 mm 以上 。 (3 ) 卷绕芯子的宽度 : 单粒 8 mm ~ 55 mm , 双粒 8 mm ~ 27 mm , 最大外径 : 28 mm 。 (4) 材料轴数 : 8 轴 , 单粒可卷 2 层 ~ 8 层膜的 电容 , 双粒可卷 2 层 ~ 4 层膜的电容 。 (5) 卷绕速度 : 最大 4 200 r / m in。 (6) 去金属电压可调 : 最大 35 VDC , 可卷由塑 料膜 、单面 、双面金属化膜组成三层膜结构的电容 。 (7) 材料盘可以调节 , 可卷单粒 , 也可卷双粒 。 2工作原理 以 3 层材料双粒卷绕为例 , 首先将两盘塑料膜 、 两盘双面 金属化 膜 、两盘单 面金 属化 膜分别 挂在 1 、2 、5 、 6 、 7 、 8 盘上 。 其中 1 、5 、 7 为一组 , 2 、 6 、8 为一组 , 调整放卷调节螺杆 , 使每组 3 个盘分 别靠内 、 外侧对齐 。 将膜上至卷芯处 , 两个电容芯子 按工艺参数进行卷绕 , 首先内封烙铁将内圈加热封 好 , 接着按设定容量卷绕 , 达到卷绕圈数后 , 上下打 孔刀打一排细孔 , 便于拉断 , 并开始去金属化 , 然后 拉断部件下压 , 将其拉断 。 卷绕完成后 , 卷绕部件翻 转 , 切刀下切 , 将去过金属的单面金属化膜切断 , 外 封烙铁加热外封 , 落料 , 完成两粒电容芯子的卷绕 。 3机械结构设计 该设备主要由放卷盘部件 、 张力控制部件 、 卷绕 部件 、打孔 / 拉断部件 、内 / 外 封部件 、去金属化部件 和机架等构成 , 并由电气和气路控制其动作 。 下面 为主要机械部件的设计 。 3 . 1 放卷盘部件 将材料放置在放卷盘上 , 向内推进锁紧螺母 , 利 用弹簧的弹力固定压紧母料 。 此部件有两个特点 : 一是放卷盘位置可前后调整 , 旋转调节螺杆 , 使之顶 起( 或放松 ) 放卷调整杆 , 带动放卷盘前后运动 。 本 设备共采用 8 组放卷盘装置 , 按工艺要求分别对其 进行调整 , 使材料对齐 ; 二是放卷盘 ( 由电机驱动 ) 可正反两个方向旋转 , 与张力控制部件和驱动部件 相配合保证在卷绕过程中材料保持设定的张紧力 。 3 . 2 张力控制部件 张力控制部件的作用之一是在卷绕的过程中 , 为材料提供一定大小的张力 , 将材料拉展 ; 其二是与 放卷盘部件相配合 , 即当材料紧 ( 或松 ) 时 , 张紧轮 会与之同步地向上 ( 或向下 ) 运动 , 角度偏差传感器 将检测到的信号反馈给驱动控制电路 , 驱动控制电 路发出指令控制电机正转 ( 或反转 ) 的输出力矩 , 保 # # # # # # # # # # # # 证在卷绕过程中材料保持设定的恒张力 。 其中张紧 轮张力大小由平面涡卷弹簧的弹力来决定 , 旋转调 整手柄 , 带动同步带轮转动 , 使得平面涡卷弹簧旋紧 ( 或松开 ), 便可根据工艺参数调整其张力大小 。 3 . 3卷绕部件 卷绕部件是本设备的核心部分 , 电容芯子的卷 绕成形和落料均在此完成 , 如图 1 所示 。 图 1 卷绕部件 卷绕部件的工作原理 : 卷绕部件的卷芯由两半 圆组成 , 它们在卷绕过程中是相互贴合的 , 保证准确 对位 。 上料时 , 每层母料都穿过两半圆之间的缝隙 , 这样母料便于卷起 , 不易跑掉 。 按工艺要求 , 电机驱 动卷绕轴带动卷芯旋转设定的圈数后 , 翻转电机驱 动翻转轴带动 整个转盘部件翻转 180° 。 在此过程 中 , 由凸轮驱动 , 两半圆卷芯将完成落料 ( 分离 ) 和 上料 ( 贴合 )。 3 . 4打孔 、 拉断部件 在卷绕即将结束时 , 处于上层的膜会被打孔部 件的上 、 下切刀打上一排细密的孔 , 然后拉断部件由 气缸驱动下压 , 将母料拉断 , 如图 2 所示 。 图 2 打孔 、拉断部件 3 . 5内 、外封部件 2005 年 11 月 魏海滨等 : JR - 28 薄膜电容自动卷绕机的设计 325 内、 外封部件的作用是将电容芯子的内层及外 层通过加热的方式粘合 。 3 . 6 去金属化部件 去金属部件的作用是将单面金属膜上的金属层 通过加电压的方式短路烧掉 , 使得内 、 外封时不会与 切断的金属化膜 ( 或铝箔 ) 短路 。 4电气设计 4 . 1 硬件设计 电气控制采用可编程控制器 (PLC ) 控制 , 便于 编程和维护 , 提高了设备 的稳定性 , 增强了抗干扰 性; 人机界面采用触摸屏操作和显示 , 操作直观 , 方 便不同规格电容的卷绕 ; 卷绕采用交流伺服电机 , 这 样运行稳定 , 定位快 、 准确 ; 张力控制采用直流电机 伺服系统与机械相配合 , 并设计了直流伺服驱动电 路; 翻转和去金属铝箔传动均采用直流减速电机 , 驱 动电路也是由我们自己设计制作 ; 去金属化功能及 驱动控制电路硬件原理框图如图 3所示 。 图 4 软件流程图 5 . 1去金属化功能及去金属化长度的控制是关键 技术 , 也是创新点 我们研制的 8轴薄膜电容卷绕机具有去金属化 功能 , 从而实现了由塑料膜 、单面双留边金属化膜 、 双面中留边金属化膜组成 三层膜结构电容 器的卷 绕 , 这种产品比传统四层膜的电容在相同体积时 , 容 量还可做大 , 或者用较厚的膜降低生产成本 , 是电容 器生产厂竞争的一个亮点 , 这也是我们设备的创新 点 。 但这个功能实现起来比较复杂 , 虽然卷绕和去 金属化是两个独立的控制 , 但由于卷绕圈数 、 打孔到 拉断和去金属化在长度采集与控制上存在着交叉现 象 , 不容易控制拉断和去除的位置 。 不仅要有机械 、 电气硬件的支持 , 还要在软件的编程技巧上作处理 。 我们用两种方法实现了这个功能 。 5 . 2材料的张力控制系统是关键 材料在卷绕过程中要保持设定的恒张力 , 不同 的规格的电容产品要求的张力也不同 , 更换规格后 要根据工艺参数调整张力 , 调好后 , 在卷绕过程中要 保持 , 这是一关键技术 。 实现这一关键技术 , 不仅要 有前面提到的机械结构的保证 , 还要有一套完善的 伺服系统控制 , 我们采用了直流电机 , 自行设计了驱 动控制电路 , 利用角度偏差传感器作为反馈进行控 制 。 张力控制的好坏与电机的选择 、角度偏差传感 器的选择 、 驱动电路的设计 、张力控制中的阻尼弹簧 设计和加工有关 。 5 . 3卷绕有效圈数的控制是关键 图 3 电气硬件原理框图 4 . 2 软件设计 按照生产工艺的要求 , 对触摸屏和 PLC 进行了 编程设计 。 触摸屏设计 , 触摸屏是人机对话的窗口 , 我们为了用户的操作方便 , 精心地设计了各工艺参 数的设置界面 、 控制界面 、报警列表和主画面 。 并设 计了在线帮助功能 , 方便操作 。 PLC 程序设计 , 控制 模式分为自动和手动 , 在自动模式下 , 按运行后 , 设 备将自动运行 , 直到卷绕材料用完 , 达到设定产量或 出现故障才停止 ; 而手动方式则可进行手动卷绕或 检修 , 操作方便 。 自动运行的软件流程如图 4 所示 。 5创新点和关键技术 卷绕有效圈数的控制直接影响到产品的容量大 小 , 卷绕不仅要准确 , 而且还要稳定 。 首先我们选择 交流伺服电机作为驱动部件 , 这样能稳定或短时间 停止 , 其次在编程上利用高速计数中断来计卷绕圈 数 , 用分段速度来卷绕不同的阶段 。 这样有效控制 其圈数的一致从而保证精度 。 5 . 4芯子精度的保证是关键 要保证卷绕芯子的精度 , 除了与上面提到的有 效圈数和张力的控制有关外 , 在机械设计和加工中 还应严格控制所有辊子和挂材料盘的全跳动度及辊 子和安装面的垂直度 , 以及卷针与平台的垂直度 , 以 保证其装配后的精度 。 整个系统 ( 下转第 329 页 ) 2005 年 11 月 石东耀 : SM T 产品的设计与生产 329 的缺陷之一 , 但搭接形成的原因往往不是由于间距 , 而是回流温度的设定及焊膏的涂覆量 。 良好的温度 设定可以使焊膏在液相过程中体现 其良好的湿润 性 , 其表面张力将焊锡充分填满金属连接处的间隙 。 适当的涂覆量和优化的温度曲线可以解决细间距的 搭接问题 , 设计阶段应该侧重考虑涂覆和贴片的工 艺水平 。 通孔在产品的寿命故障上也是主要问题之一 , 较常见的问题是接通孔镀层的断裂而最终导致开路 现象 。 断裂的现象常出现在接通孔的内壁中间和孔 上下面的转弯处 。 孔内壁中间的问题是由于基板制 造时镀金属的工艺做的不好 。 而在转弯处是热循环 造成 (FR4 基板的垂直温度膨胀系数较水平面的要 高得多 )。 虽然这些和基板的制造工 艺有关 , 但不 良的设计使基板的可制造性差而引起问题是常见的 事。 接通孔的镀金工艺是否能做得好 , 除了制造商 的工艺能力外 , 和接通孔的尺寸也很有关系 。 比如 一般的工艺 , 对小于 0 . 5 mm 孔径和外形比 ( 孔深对 孔径 ) 大于 3 的接通孔尺寸 , 是较难有很可靠的工 艺成果的 。 所以为了确保较可靠的产品 , 设计接通 孔时就必须注意到这些 。 镀层的厚度应该在 25 μ m ~ 40 μ m 之间 。 为祢补这方面的不足 , 有一个有效的做法是将 接通孔完全充填 。 因为接通孔具有吸锡的能力 , 因 此接通孔的位置设计应该尽量避免太靠近焊盘和看 不见的元件封装底部 。 3回流焊接与手工焊接的比较 ( 上接第 325 页 ) 中任何一个环节将影响产品的质 量。 6结束语 JR - 28 薄膜电容自动卷绕机是我们自主研发 的设备 , 该设备无论在电气设计 , 还是机械设计上都 有一定的难度和技巧 , 在机械加工装配和调试上要 求都比较高 。 该设备操作方便 , 运行稳定 , 效率高 , 人性化设计 , 已应用到薄膜电容器厂的实际生产中 。 该设备能卷绕多种规格和类型的薄膜电容器 , 是薄 膜电容器生产厂家更好的选择 。 参考文献 : (1) 回流焊接的温度工作范围低于 245 ℃, 实 际回流区 ( 温度高于 200 ℃) 时间在 45 s左右 , 很大 程度上避免了器件在焊接过程中的热损坏 。 而手工 焊接电烙铁的焊接温度高达 350 ℃左右 , 容易造成 对器件的损坏 。 (2) 回流焊接是通过焊膏保证焊盘与管脚之间 最大的焊接面 , 且在回流过程中通过晶相的变化保 证良好的焊接质量 。 而手工焊接只能保证管脚的边 缘与焊盘焊接 , 焊接可靠性较差 。 (3) 在相同的防静电体系下 , 回流焊接的防静 电性能要远远高于手工电烙铁焊接 。 (4) 手工焊接的一致性差 , 对 技工的操作水平 依赖性强 , 难以对该工序进行质量控制 。 而回流焊 接的工艺性强 , 通过优化生产工艺 , 可以保证较低的 缺陷率 。 4 结论 S M T技术的优点及先进性在这里就不再赘述 , 与插接设计技术相比 , 设计与生产之间的沟通就显 得尤为重要 。 否则 S M T 的使用带给我们的不一定 是可靠性高 、 焊点缺陷率低 、生产效率高 、 低成本的 产品 。 参考文献 : [ 1] 周德俭 , 吴兆华 . 表面 组装 工艺 技术 [ M ] . 北 京 : 国防 工业出版社 , 2002. 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