Способ изготовления меднографитовых электрических щеток

 

СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕДНО- : :ГРАФИТОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЩЕТОК, содержащий олово и/или свинец, включающий прессование с одновременной заделкой токоведущего провода в тело щетки, нагрев, выдержку и охлаждение в защитной газовой среде, отличающийся тем, что, с целью увеличения срока службы щеток за счет повышения однородности физикомеханических характеристик, нагрев осуществляют до температуры 2,0-2,2, а охлаждение - до температуры 1,051 ,1 температ уры плавления наиболее низкоплавкого компонента, выраженной в градусах Цельсия, причем цикл нагрев-ввдержка-охлаждение проводят 2-5 раз. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

1 (19) (11) !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ. СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3412448/24-07 (22) 26.03.82 (46) 30 ° 06 ° 83 ° Бюл. Р 24 (72) В.С.Лазарев, В. Г. Зайчиков, В.И.Нечаев, М.В.Семенов и Н.Д.Сени н (71) Всесоюзный .научно-исследОВательский и проектно-технологический институт электроугольных изделий (53) 621.313.047.2(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

)) 454622, кл. Н 01 R 43/12, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР .Р 598165, кл. Н 01 R 43/12, 1978. (54)(57) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕДНО-: . ГРАФИТОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЩЕТОК, содержащий олово и/или свинец, включающий прессование с одновременной заделкой токоведущего провода в тело щетки, нагрев, выдержку и охлаждение в защитной газовой среде, о т - л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения срока службы щеток за счет повыщения однородности физикомеханических характеристик, нагрев осуществляют до температуры 2,0-2,2, а охлаждение - до температуры 1,051,1 температуры плаВления наиболее низкоплавкого компонента, выраженной в градусах Цельсия, причем цикл нагрев-выдержка-охлаждение проводят

2-5 раз.

1026213

Изобретение относится к электротехнике и касается способа изготовления электрических щеток, а именно мед но-г раф итовых, в к омн о з ицио н ный состав которых входит также олово и/или свинец. 5

Известеи способ изготовления электрических щеток, преимущественно металлографитовых, включающий прессо.вание с одновременной заделкой токоведущего провода и термообработкой 10 в среде защитного газа (эндо-или экзо-) до максимальной температуры ,1000 С с целью предотвращения окисления и отслоения провода flJ .

Недостатком данного способа является то, что при нагреве щетки с запрессонанныч токоведущим медным про водом в проводе происходят .структурные изменения, связанные с термической рекристаллизацией меди, приводящие к росту зерна, охрупчинанию токонедущего провода и резкому сни- . жению срока его службы. Другим существенным недостатком указанного способа изготовления электрических щеток, в композиционный состав которых входят низкопланкие компоненты (олово, свинец), является то что из-за значительного перегреI о ва при нагревании до 1000 С проиСходит перемещение на поверхность тела щетки жидкотекучих олова и свинца по порам за счет капиллярного давления. Перераспределение жидкотекучих комопонентов в теле щетки ведет к изменению однородности состава 35 щетки, нарушению физико-механических, свойств и снижению срока ее службы.

Наиболее близким к предлагаемому является способ изготовления меднографитовых электрических щеток, 40 содержащих олово и/или свинец, вклю. чающий прессонание с одновременной заделкой токоведущего провода в тело щетки, нагрев, выдержку и охлаждение в защитной газовой среде (2). 45

Недостатком известного способа является то, что экран не защищает токонедущий провод от нагрева, так как из-эа очен высокой теплопроводности меди ток ведущий провод пере-. гревается от т ла щетки и когда щетка нагревается до 1050 С, то и медО ный провод имеет также весьма высоа кую температуру порядка 850-900 С.

Дополнительное охлаждение не решает проблемы защиты провода, ибо н любом случае провод будет перегреваться в месте" его заделки в тело щетки.

В результате происходит термическая рекристаллизация с разупрочнением провода и его охрупчивание, что приводит к резкому снижению срока службы щетки. Следует отметить, что .и этот способ не решает проблемы ликвидации перераспределения компо" нентов в композиционном составе тела 65 щетки при нагреве до высоких температур.

Цель изобретения — увеличение срока службы, щеток эа счет повышения однородности физико-механических характеристик, Поставленная цель достигается тем, что согласно способу изготовления медно-графитовых электрических щеток, содержащих олово и/или свинец, включающему прессование с однонременной заделкой токоведущего провода в тело щетки, нагрев, выдержку, охлаждение в защитной газовой среде, нагрев осуществляют до -температуры

2,0-2,2, а охлаждение — до температуры 1,05-1,1 температуры плавления наиболее ниэкоплавкого компонента, выраженной в градусах Цельсия, причем цикл нагрев-выдержка-охлаждение проводят 2-5 раз.

Предлагаемый способ термообработки обеспечивает качественное спекание тела щетки за счет достаточного времени для протекания начинающегося процесса спекания меди, которое проходит в интервале температуры 0,2-0,4 температуры плавления меди. Расплавленные низкоплавкие компоненты,: смачивая твердые зерна наполнителей, создают непрерывный пе-.. реход от одного зерна к другому. Одновременно исключается перегрев токоведущего провода и хотя наблюдает-. ся некоторый рост зерен, механическая прочность остается тем не менее достаточной для работы щеток.

Пример 1. Смешивают 75 вес.% медного порошка дисперсностью менее

0,25 мм, 14 нес.Ъ тайгинского графита дисперсностью менее 0,25 мм и

11 вес.Ъ свинцового порошка дисперсностью менее 0,1 мм в 400-литровом ° смесителе при 35ОС н течение 1,5 ч.

Из полученного пресс-порраса на роторном прессе типа ПРС-3 прессуют медно-графитовые электрические щетки с одновременной заделкой в тело щетки медного токоведущего провода с усилием прессования 1800-2000 кгс, Термообработку, включая нагрев, выдержку и охлаждение, проводят в шахтных печах в защитной среде экэогаза. Нагрев проводят до температу- ры, в два раза пренышающей температуру плавления низкоплавкого компонента (свинца), т.е. до 652 С, зао тем. электрощетки выдерживают 15 мин при конечной температуре нагрева, произвольно охлаждают до 1,05 темпера туры плавления низкоплавкого компонента (т.е. 343,0ОC), вторично нагревают до днойной температуры плавления,свинца (т.е. до 652 С) и затем произвольно охлаждают до 60ОС.

Пример 2. Электрощетки изготовляют по технологии примера 1, 1026213

4> Исследуют также изменения механических свойств токоведущего провода в зависимости от температуры и времени термообработки по разрывному усилию и количеству изгибов.

50 Результаты испытаний электрических щеток, термообработанных по предлагаемому и известному способам, приведены в табл.1-4. но цикл нагрев-выдержка-охлаждение повторяют 6 раз.

П -р и м е р 3. Смешивают 75 вес.% медного порошка дисперсностью менее 0,25 мм, 14 вес.% тайгинского графита дисперсностью менее 0,25 мм и 11 вес.% оловянного порошка дисперсностью менее 0;1 мм в 400-литровом смесителе при 35 С в течение

1,5 ч. Из полученного пресс-порошка на роторном прессе типа ПРС-3 прессуют медно-графитовые щетки с одновременной заделкой в тело щетки . токоведущего провода с усилием прес сования 1800-2000 кгс. Термообработку (нагрев, выдержку, и охлаждение) проводят в шахтных печах в защитной среде экзогаза. Нагрев проводят до температуры 2,2 температуры плавления олова (до 510 С), затем нагреваемые электрощетки выдерживают в течение 15 мин при конечной температуре термообработки, произвольно охлаждают до температуры 1,05 температуры плавления олова (до

243 С), затем повторно нагревают до т ыпературы 2,2 температуры плавления олова и произвольно охлаждают до температуры 1,05 температуры плавления олова, Пример 4. Электрощетки изготовляют по технологии примера 3, но цикл нагрев-,выдержка-охлаждение повторяют 4 раза.

П р и-м е р 5. Смешивают 75 вес.% медного порошка дисперсностью ме.— нее 0,25 мм, 14 вес.% тайгинского графита дисперсностью менее 0,25 мм, 7 вес.% свинцового порошка дисперсностью менее 0,1 мм и 4 вес.% оловянного порошка дисперсностью менее 0,1 мм в 400-.литровом смесителе при 35 С в течение 1,5 ч. Из получен ного пресс-порошка на роторном прессе типа ПРС-3 прессуют медно-графито вые электрические щетки с одновременной заделкой в тело щетки токоведущего провода с усилием прессования 1800-2000 кгс. Термообработку, включая нагрев, выдержку и охлаждение, производят в шахтных пе- чах в защитной среде экзогаза. Нагрев проводят до температуры 2,0 температуры плавления олова (до 460 С), затем электрощетки выдерживают B . течение 15 мин при конечной температуре термообработки, произвольно охлаждают до 1,1 температуры плавле- . ния олова (до 255OC), после чего повторно нагревают до 460 С, выдерживают при конечной температуре

5 15 мин и охлаждают до 60 С. о

Пример 6. Электрощетки изготовляют по технологии примера 5, но цикл нагрев-выдержка-охлаждение повторяют 5 раз.

Пример 7 (прототип)., Смешивают 75 вес.% медного порошка дисперсностью менее 0,25 мм, 14 вес.% тайгинского графита дисперсностью менее 0,25 .мм, 7 вес.% свинцового порошка дисперсностью менее 0,1 мм и 4 вес.% оловянного порошка дисперсностью менее 0 1 мм в 400-литровом

/ смесителе при 35 С в течение 1,5 ч.

Из полученного пресс-порошка на роторном прессе типа ПРС-3 прессуют

20 медно — графитовые щетки с одновременной заделкой в тело щетки токоведущего провода с усилием прессования 1800-2000 кгс. Термообработку, включающую нагрев, выдержку, и охлаж25 дение, проводят в термической установке в среде экзогаза с экранироваиием токоведущего провода от источника тепла и его газовым охлаждением. Нагрев электрощеток проводят

30 до 1000ОС, затем выдерживают при конечной температуре 30 мин с поо следующнм охлаждением до 60 С.

Изготовленные и термообработанные электрические медно-граффитовые щетЗ5 ки, как показано в примерах 1-7, после охлаждения и выгрузки подвергают анализу по внешнему виду, анализируют также их физико-механи,ческие свойства и износные характери40 стики на стартере 130 А Я, токоведущий провод подвергают рентгеноструктурнрму анализу с целью определения термической рекристаллизации (рост зерен).

1026213

Таб

Пример

Предлагаемый

0,40

0,4-0,5

10-15

0,39-0 5

0,15

10-15

0,40

8-14

0,20,.:10-13

0,40

0,4-0,5

9-1 5

0,4-0,5

0,20

11-15

Известный

0,10

0,3-0,4

6-19

Таблица 2

Пример

Предлагаемый

380-390

520-540

330-320

370-360

360-350

4 00-410.

Известный

570-650

Удельное злек тровсоп роТвердость, кгс тивление, Ом мм /м

0,4-0,7

0,4-0 5

Усредненный размер зерна в двух направлениях лица 1

4В ИО

Переходное электросопротивление, м-Ом

1026213

Прочность на разрыв, . кгс

Марка проПример вода и ечения, мм"

Количество изгибов

Предлагаемый пщ.2,5

420

54,0

320

46,0 пщ 2,5

367

46,.0

41,0 пщ 2,5

Известный

23,5

51,0

7 пщ 2,5

Износ. за

500 ч, мм

Срок службы, включения

Пример

Примечание

Известный .

0,4-0,В

500-1000

Предлагаемый

)2000

6500

12000

2-кратный нагрев 0,8

6-кратн4й нагрев 0,4

2-кратный нагрев 0,9 пщ 2,5 пщ 2,5 пщ 2,5

47,0

26,0

Таблица 3

372

77,0

Таблица 4

Разрушение токоведущего провода из-эа термической рекристаллизацин

Обеспечивает необходимый .ресурс работы

Разрушение токоведущего провода иэ-за термической рекристаллизации

Обеспечивает необходимый ресурс работы

1026213

Продолжение табл. 4

Срок службы, включения

Износ за

500 ч, мм

Пример

Примечание

4-кратный нагрев 0,5

14500

То же

2-кратный нагрев . О, 6

13500

5-кратный нагрев 0,5

15000

Составитель В.Чернова

Редактор М.Рачкулинец Техред В. Далекорей

Корректор С.Шекмар

Заказ 4568/44 Тираж 590

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал IIIIII Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

Анализируя результаты испытаний .лаждение проводят б раз, значительщеток, отпрессованных на роторном но снижены и в Условиях эисплуатапрессе с одновременной заделкой то- 2g ции электрических машин такие щетковедущего провода в тело щетки и ки быстро выходят из строя из-за термообработанных по предлагаемому разрушения токоведущего провода и известному способам (примеры 1-7), (табл.4, пример 2). можно сделать вывод, что однород- Электрические щетки, термообраность физико-механических свойств ще- ботанные rio известному способу, иметок, термообработанных по предлага- ют значительный разброс по фиэикоемому способу с увеличением количест, механическим свойствам, особенно по ва термообработок (примеры 1,3,4 и твердости (табл.l, пример 7). Меха5) до температуры 2,0-2,2 температу- иические свойства токоведущего проры плавления низкоплавКого компонен- вода после термообработки резко снита и последующими охлаждениями до З5 жены, что приводит к разрушению протемпературы. 1,05-1„1 температуры вода и к быстрому выходу из строя плавления низкоплавкого компонента, щеток при работе на электрических повышается, что приводит к стаби- .машинах (табл.4, пример 7). лизации и увеличению срока службы Технико-экономические преимущеток (табл.4). Токоведущий провод .40 щества предлагаемого способа изпри этом хотя и изменяет механи- готовления медно-графитовых электрические свойства (табл.3) однако ческих щеток по сравнению с известобеспечивает необходимый ресурс.ра- ныл заключаются в повышении одботы щеток. Механические свойства нородности физико-механических токоведущего провода электрических 45 свойств и увеличении срока щеток, изготовленных по примеру 2, службы щеток в 2,5 в котором цикл нагрев-выдержка-ох» »3 раза