СПОСОБ ПРЕССОВАНИЯ ЗАГОТОВОК ЩЕТОК ЭЛЕКТРОМАШИН ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДА И МНОГОМЕСТНАЯ ПРЕСС-ФОРМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF COMPACTING ELECTRIC MACHINE BRUSH BILLETS FROM CARBON-BASED POWDERS AND MULTICAVITY MOULD TO THIS END

Изобретения относятся к порошковой технологии, в частности к прессованию заготовок щеток электрических машин из порошковых материалов на основе углерода.
Известен способ производства щеток электрических машин, в котором из порошковых материалов на основе углерода (искусственный графит - связка) прессуют полуфабрикаты в виде блоков для большого числа заготовок щеток (РФ ГОСТ Р 52157-2003). Затем этот блок режут на отдельные заготовки и механически обрабатывают до нужных размеров. Блок, предназначенный для получения 27 заготовок щеток путем механической его резки, показан на рис.82 (Темкин И.В. Производство электроугольных изделий. - М.: Высшая школа, 1975, с.142).
Согласно действующему в РФ ГОСТ Р 53617-2009 размеры щеток, по форме близких к прямоугольникам, находятся в диапазонах: толщина от 1,6 до 32 мм, ширина от 2,0 до 50 мм, высота от 4,0 до 80 мм.
Недостатком этого способа является низкая производительность ввиду последующей после прессования резки блока на отдельные заготовки и их механической обработки, а также низкое качество.
Известна пресс-форма для прессования щетки электромашин, содержащая матрицу, вертикальный пуансон (Темкин И.В. Производство электроугольных изделий. - М.: Высшая школа, 1975, с.108, рис.64). В такой пресс-форме заготовки щеток прессуют поштучно.
Основным недостатком указанной пресс-формы является низкая производительность ввиду того, что прессование щеток ведут поштучно.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемому способу является способ прессования изделий из порошковых материалов на основе углерода в многоместной пресс-форме (Патент РФ на полезную модель №115261, Многоместная пресс-форма для прессования порошков, МПК B22F 3/03, от 27.04.2012). Вертикальным обжатием в многоместной пресс-форме получают изделия, что повышает производительность процесса изготовления изделий по сравнению с указанным ранее аналогом. Однако ввиду действия активного усилия только по толщине заготовок боковые стороны заготовки, в том числе и будущая рабочая поверхность по ее высоте обжимается низкими реактивными усилиями со сторон пресс-формы. В связи с этим будущая рабочая поверхность щетки имеет пониженную плотность, прочность и износостойкость, а также повышенное удельное электросопротивление. Следует отметить, что при изготовлении заготовок щеток электрических машин к одному из торцов прямоугольной щетки в направлении приложения рабочего усилия рабочего торца предъявляются повышенные требования по плотности, прочности и износостойкости, которые не могут быть достигнуты способом согласно наиболее близкому аналогу, что снижает срок службы щеток.
Таким образом, недостатком наиболее близкого способа является низкое качество получаемых щеток.
Известна многоместная пресс-форма для прессования изделий из порошковых материалов на основе углерода, содержащая матрицу, обойму, комплект нижних пуансонов, комплект вкладышей, образующих полости для засыпки порошка, верхний пуансон (Патент РФ на полезную модель №115261, Многоместная пресс-форма для прессования порошков, МПК B22F 3/03, от 27.04.2012). Верхний вертикальный пуансон выполнен в виде единой плоской плиты с размером по наружному контуру, соответствующему размеру внутреннего контура матрицы. Вкладыши подпружинены относительно обоймы упругими элементами.
Недостатком указанной пресс-формы является низкое качество при прессовании заготовок щеток электрических машин.
Задачей предлагаемых изобретений является повышение качества получаемых щеток электромашин.
Поставленная задача в заявляемом способе решается тем, что в известном способе прессования заготовок щеток электромашин из порошковых материалов на основе углерода, в котором заготовку прессуют в многоместной пресс-форме вертикальным обжатием, согласно предлагаемому решению после вертикального обжатия по толщине к рабочей торцовой поверхности заготовки прикладывают горизонтальное обжатие, составляющее 10÷15% от вертикального обжатия, и с удельным усилием, на 30÷40% большим удельного вертикального усилия.
Поставленная задача в заявляемой пресс-форме решается тем, что многоместная пресс-форма для прессования заготовок щеток электромашин из порошковых материалов на основе углерода, содержащая матрицу, обойму, комплект нижних неподвижных пуансонов, комплект подпружиненных относительно обоймы вкладышей, образующих полости для засыпки порошка, верхний пуансон, имеющий контур с размером, соответствующим размеру внутреннего контура матрицы, согласно предлагаемому решению она дополнительно снабжена горизонтальным пуансоном, имеющим наклонную поверхность, расположенную под углом α=10÷15° к вертикальной оси пресс-формы, сопряженную с наклонной поверхностью дополнительного вертикального пуансона, и элементом возврата горизонтального пуансона в исходное положение.
То, что после вертикального обжатия по толщине ведут горизонтальное обжатие поверхности со стороны рабочего торца заготовки щетки, дает возможность проработать рабочую поверхность щетки, увеличив ее плотность, износостойкость и прочность, снизить удельную электросопротивляемость.
Увеличение горизонтального обжатия более 15% от вертикального обжатия, так же как и увеличение удельного усилия прессования более 40%, ведет к возможности появления микро- и макродефектов, а снижение горизонтального обжатия менее 10% от вертикального обжатия, так же как и снижение удельного усилия прессования менее 30% от вертикального усилия, не позволяет достичь необходимой плотности, прочности рабочего участка щетки.
Увеличение угла наклонной поверхности горизонтального пуансона более 15° приведет к появлению дефектов, уменьшение его менее 10° не позволяет повысить качество щеток.
Способ осуществляется следующим образом.
Порошковый материал на основе углерода засыпают в многоместную пресс-форму и обжимают с требуемым вертикальным обжатием при необходимом удельном усилии прессования. После вертикального обжатия ведут горизонтальное обжатие величиной 10÷15% от вертикального обжатия и с удельным усилием прессования, на 30÷40% большим вертикального удельного усилия. Значения величин обжатий и удельных обжатий зависят от марки материала и размеров изготавливаемых щеток.
Предлагаемая многоместная пресс-форма изображена на фиг.1-6, где на фиг.1 изображен общий вид пресс-формы, на фиг.2 - сечение А-А фиг.1, на фиг.3 - сечение Б-Б фиг.2, на фиг.4 - общий вид пресс-формы в момент окончания прессования, на фиг.5 - сечение А-А фиг.4, на фиг.6 - сечение Б-Б фиг.5.
Заявляемая пресс-форма состоит из матрицы 1, вертикального пуансона 2, обоймы 3. Верхний пуансон 2 имеет контур с размером, соответствующим размеру внутреннего контура матрицы 1. Между неподвижными пуансонами 4 расположен комплект вкладышей 5, образующих полости 6 для засыпки порошка. Между обоймой 3 и вкладышами 5 смонтированы упругие элементы 7. Пресс-форма снабжена горизонтальным пуансоном 8, выполненным с наклонной поверхностью 9, расположенной под углом α=10÷15° к вертикальной оси а-а пресс-формы. Имеется дополнительный вертикальный пуансон 10, сопряженный с наклонной поверхностью 9 горизонтального пуансона 8. Дополнительный вертикальный пуансон контактирует с выталкивателем 11, снабженным упругим элементом 12. Горизонтальный пуансон 8 снабжен элементом возврата его в исходное положение в виде упругого элемента 13.
Пресс-форма работает следующим образом.
Порошковый материал на основе углерода засыпается в образованные комплектом вкладышей 5 полости 6 пресс-формы. Включается привод (не показан) верхнего вертикального пуансона 2. Перемещаясь вниз, пуансон 2 через вкладыши 5 сжимает упругие элементы 7 и формует находящийся в полостях 6 между неподвижными нижними пуансонами 4, вкладышами 5 и матрицей 1 порошковый материал, образуя отдельные заготовки щетки. После окончания хода пуансона 2 включают привод (не показан) дополнительного вертикального пуансона 10, который, перемещаясь вниз, воздействует своей наклонной поверхностью 9 на горизонтальный пуансон 8, перемещая его в сторону рабочего торца предварительно спрессованной заготовки и деформируя рабочий участок щетки.
После окончания процесса формования заготовки щетки отводят вверх верхний вертикальный пуансон 2. При этом под действием упругих элементов 7, расположенных между обоймой 3 и вкладышами 5, последние возвращаются в исходное положение. Дополнительный вертикальный пуансон 10 под действием выталкивателя 11 и упругого элемента 12 отводится вверх, а под действием упругих элементов 13 возвращается в исходное положение горизонтальный пуансон 8.
3
Согласно предлагаемым способу и пресс-форме было изготовлено 10 заготовок щеток типа К1 по ГОСТ 53617-2009 размерами 8×20×50 мм из порошкового материала, содержащего 86% графита по ТУ 1916-109-71-2000 и 14% фенолформальдегидной смолы марки СПФ-011А по ТУ 6-05751768-35-94. Плотность рабочей поверхности щеток составила 1,73-1,75 г/см при горизонтальных обжатиях 10-15% от вертикальных, равных 50-55%, удельных усилиях прессования 30-40% от вертикальных усилий основного пуансона, равных 60-65 МПа, и углах α=10-15°.
Предлагаемые способ и пресс-форма найдут свое применение в порошковой технологии, электротехнике при производстве щеток электрических машин, применяемых для подвода и отвода тока на коллекторах и контактных пальцах электромашин.