Способ изготовления коллекторных пластин Российский патент 2019 года по МПК B22F3/16 H01R43/06 

Описание патента на изобретение RU2684995C1

Изобретение относится к порошковой металлургии, а именно к способу изготовления коллекторных пластин, которые предназначены для использования в электрических машинах и для получения высокопрочных деталей для низковольтных и высоковольтных коммутационных аппаратов.

К коллекторной пластине предъявляются следующие требования: высокие электро- и теплопроводность, низкое и стабильное во времени переходное сопротивление, эрозионная и фрикционная стойкость, прочность, достаточная пластичность, более высокая температура разупрочнения, хорошая обрабатываемость.

Известная технология изготовления коллекторных пластин из трапецеидального проката включает в себя следующие операции: вырубка пластин, их последующая рихтовка, снятие заусенцев, фрезерование петушков, лужение для вкладывания проводников обмотки с последующей их пайкой (см. Осьмаков А.А. Технология и оборудование производства электрических машин - М., Высшая школа, 1971, с. 128-131).

Недостатками данной технологии являются трудоемкость, сложность прокатки трапецеидального профиля. Последующие технологические операции сопровождаются большим количеством отходов. Коэффициент использования проката по массе (КИМ) в зависимости от высоты петушка и угла профиля проката колеблется от 45 до 56%. С учетом припусков на вырубку (до 5 мм) КИМ еще ниже.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является изготовление коллекторных пластин методом порошковой металлургии. Производство коллекторных пластин методом порошковой металлургии включает в себя следующие операции: приготовление шихты путем смешивания медного электролитического порошка со смазкой для улучшения технологических свойств порошка при прессовании, прессование, спекание и последующая калибровка для придания спеченной заготовке необходимых электротехнических свойств, геометрических размеров и твердости. Прессование коллекторных пластин ведется в автоматическом режиме на скошенных пуансонах для получения трапецеидального профиля. С целью обеспечения высокой твердости рабочей кромки нижний пуансон выполнен составным и обеспечивает дополнительную засыпку медной шихты в область рабочей кромки. При калибровке максимальные давления приходятся на рабочую кромку, обеспечивая ей повышенную твердость (см. Антонов М.В., Герасимова Л.С. Технология производства электрических машин: Учебное пособие для вузов. - М., Энергоиздат, 1982 - с. 48-49). КИМ таких порошковых заготовок достигает 95-98%. Благодаря повышенной точности изготовления коллекторных пластин методом порошковой металлургии значительно снижается объем механической обработки. Практика эксплуатации электродвигателей собранных из коллекторов изготовленных методом порошковой металлургии показала, что износ щеток и коллекторных пластин меньше, чем в электромашинах с коллекторами из полосовой меди.

Недостатком способа изготовления коллекторных пластин по прототипу является низкая прочность коллекторных пластин. Собранные коллекторные пластины после пайки с выводами обмотки, сборки, запрессовки и механической обработки удерживаются в заданном положении с помощью стальных конусных плашек, входящих в «ласточкины» хвосты пластин и стянутых винтами. В случае перетяжки винтов, создающиеся напряжения затяжки в «ласточкином» хвосте, суммируясь во время работы с центробежными и тепловыми напряжениями, могут привести к поломке «ласточкиных» хвостов и выходу электродвигателя из строя. Таким образом, изготавливаемая по способу прототипа коллекторная пластина, не может использоваться там, где требуется ее высокая надежность.

Заявленное изобретение решает задачу повышения прочности в пределах упругости коллекторных пластин, обладает техническими характеристиками, превосходящими технические характеристики коллекторных пластин изготовленными по способу прототипа.

Трапецеидальный профиль коллекторных пластин получают за счет прессования на скошенных пуансонах. Для обеспечения максимальной твердости рабочей кромки подвижным пуансоном обеспечивается дополнительная засыпка шихты в область рабочей кромки. Для обеспечения повышенния прочности и пластичности пластин в районе «ласточкиного» хвоста проводится их двукратная калибровка с промежуточным отжигом в восстановительной атмосфере при температуре 400-840°С (нижняя граница температуры отжига установлена исходя из температуры рекристаллизации коллекторных пластин с 25% запасом по температуре для ускорения прохождения отжига, при температурах больших 840°С укрупнятся зерно, начинает проявляться т.н. «водородная» болезнь меди, прочностные характеристики и пластичность деталей после отжига при этом снижаются), причем во время первой калибровки рабочая кромка не калибруются. После восстановительного отжига калибруется вся площадь коллек-торной пластины. Давления второй калибровки 9-11,5 т/см2. Нижний предел давления устанавливается из необходимости гарантированного достижения твердости рабочей кромки НВ≥90. Верхний предел давлений при калибровке ограничен работоспособностью инструментальной стали, из которой изготовлены пуансоны. Давления первой калибровки относительно давлений второй калибровки снижены на 45-50% до 5-5,5 т/см2. Нижний предел давления первой калибровки устанавливается исходя из обеспечения гарантированной твердости рабочей кромки коллекторной пластины, а верхний предел установлен исходя из возможности выравнивания плоскости боковых поверхностей при втором калибровании, т.к. неплоскостность боковых поверхностей не должна выходить за допуски на изготовление коллекторных пластин по толщине. За счет калибрования основной поверхности коллекторной пластины в первую калибровку, на рабочую кромку при втором калибровании приходятся большие давления, благодаря чему рабочая кромка приобретает большую плотность и, соответственно, твердость, а на остальной поверхности обеспечиваются высокие прочностные характеристики в пределах упругих деформаций.

С целью подтверждения эффективности данной технологии были проведены лабораторные испытания изготовленных по этому способу коллекторных пластин на растяжение до разрушения в специально разработанном приспособлении, в котором к нижней траверсе силоиз-мерительной машины за выступы «ласточкиного» хвоста крепится нижняя тяга, а к отверстию пластины - верхняя траверса. Коллекторные пластины, изготовленные по разработанной технологии, имеют больший предел упругости: при двукратном калибровании с промежуточным восстановительным отжигом, нагружение в пределах упругих деформаций возрастает на 8,0-9,7%, упругие деформации при этом возрастают на 19-26% в сравнении с однократным калиброванием.

Твердость рабочей кромки при двукратном калибровании с промежуточным восстановительным отжигом удается увеличить с 84,4-89,9 НВ (по способу прототипа) до 92,4-107 НВ. Электропроводимость рабочей кромки пластин, за счет увеличения плотности при двукратном калибровании до 8,84 г/см3 и более, удается увеличить до 100% от электропроводимости меди марки М1Е. Электропроводимость рабочей кромки у пластин, изготовленных по способу прототипа, имеющих плотность рабочей кромки до 8,77 г/см3, только 94,5% от электропроводимости меди марки М1Е.

Изготовленные по этому способу коллекторные пластины собраны в электродвигатели, выдержали типовые испытания продолжительностью 6 месяцев во Всероссийском научно-исследовательском и проектно-конструкторском институте электровозостроения, осуществляются серийные поставки коллекторных пластин на электровозоремонтные заводы.

Похожие патенты RU2684995C1

название год авторы номер документа
Способ изготовления коллекторных пластин 2019
  • Дудкин Дмитрий Геннадьевич
RU2710758C1
КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2002
  • Донник В.И.
  • Карелин Н.И.
  • Некрасова М.Н.
  • Донник А.В.
  • Донник А.В.
RU2233518C2
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ КОНТАКТОВ ИЗ СЕРЕБРА С ОКСИДОМ КАДМИЯ 1994
  • Дорожкин Анатолий Кириллович
  • Дуксина Алла Готлибовна
  • Калихман Виктор Липович
  • Правоверов Николай Леонидович
RU2082800C1
Способ восстановления электрода-инструмента 1990
  • Холодняк Юрий Сергеевич
  • Подлесный Сергей Владимирович
  • Кочеров Геннадий Анатольевич
  • Мантуров Юрий Болеславович
  • Цимбалист Вадим Валентинович
  • Ткачев Николай Андреевич
SU1754391A1
Способ изготовления коллектора электрической машины 1984
  • Отрощенко Владимир Григорьевич
  • Барабанов Том Михайлович
  • Дащенко Александр Емельянович
  • Кваша Александр Николаевич
SU1185463A1
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВОК ИЗ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ 2005
  • Алексеев Владимир Павлович
  • Дарда Юрий Антонович
  • Михайленко Григорий Павлович
  • Петрусенко Леонид Александрович
  • Прядко Виктор Николаевич
RU2285583C2
Способ изготовления изделий из композиционного материала 2018
  • Слукин Евгений Юрьевич
  • Филиппенков Анатолий Анатольевич
  • Алексеев Валерий Дмитриевич
  • Ашпур Юрий Викторович
RU2677556C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЕЧЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ ДИФФУЗИОННО-ЛЕГИРОВАННЫХ ЖЕЛЕЗНЫХ ПОРОШКОВ 1993
  • Пумпянская Тамара Ароновна
  • Пумпянский Дмитрий Александрович
RU2043868C1
Способ восстановления изношенных деталей с поверхностью, шаржированной алмазными порошками 2018
  • Лашнев Михаил Михайлович
RU2724221C2
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАСТИН ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ И ОПТИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ 2005
  • Ковальчук Михаил Валентинович
  • Каневский Владимир Михайлович
  • Тихонов Евгений Олегович
  • Дерябин Александр Николаевич
RU2337429C2

Реферат патента 2019 года Способ изготовления коллекторных пластин

Изобретение относится к изготовлению коллекторных пластин из медного электролитического порошка. Способ включает приготовление шихты, прессование трапецеидального профиля пластин на скошенных пуансонах, последующие операции спекания и калибрования. Проводят двукратную калибровку пластин с промежуточным восстановительным отжигом. Первую калибровку ведут с давлением 5-5,5 т/см2 и рабочую кромку пластин при этом не калибруют. Восстановительный отжиг ведут при температуре 400-840°С. Вторую калибровку ведут по всей площади пластин при максимальном давлении 9-11,5 т/см2 на рабочих кромках. Обеспечивается повышение прочности в пределах упругости коллекторных пластин.

Формула изобретения RU 2 684 995 C1

Способ изготовления коллекторных пластин из медного электролитического порошка, включающий приготовление шихты, прессование трапецеидального профиля пластин на скошенных пуансонах, последующие операции спекания и калибрования, отличающийся тем, что проводят двукратную калибровку пластин с промежуточным восстановительным отжигом, причем первую калибровку ведут с давлением 5-5,5 т/см2 и рабочую кромку пластин при этом не калибруют, восстановительный отжиг ведут при температуре 400-840°С, а вторую калибровку ведут по всей площади пластин при максимальном давлении 9-11,5 т/см2 на рабочих кромках.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2019 года RU2684995C1

АНТОНОВ М.В
и др
Технология производства электрических машин
Учебное пособие для вузов
М.: Энергоиздат, 1982, с.48-49
КОЛЛЕКТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ 2002
  • Донник В.И.
  • Карелин Н.И.
  • Некрасова М.Н.
  • Донник А.В.
  • Донник А.В.
RU2233518C2
Способ изготовления коллектора электрической машины 1984
  • Отрощенко Владимир Григорьевич
  • Барабанов Том Михайлович
  • Дащенко Александр Емельянович
  • Кваша Александр Николаевич
SU1185463A1
Способ изготовления коллектора 1984
  • Никонов Анатолий Владимирович
  • Куранов Владимир Георгиевич
  • Гудков Валерий Павлович
  • Бобырев Сергей Владимирович
  • Кривошеин Юрий Александрович
  • Прозоров Станислав Васильевич
  • Чернышева Елена Николаевна
SU1307497A1
US 6617743 B1, 09.09.2003
Гидравлический домкрат 1959
  • Злотников А.А.
SU127801A1

RU 2 684 995 C1

Авторы

Королев Алексей Анатольевич

Казанский Владимир Сергеевич

Гупало Владимир Алексеевич

Каменев Сергей Александрович

Загородников Павел Михайлович

Даты

2019-04-16Публикация

2018-05-17Подача