程桂香，嵇博文，殷景峰，王雨晨

（哈爾濱電碳廠，哈爾濱 150025）

1 前言

在電機(jī)用電刷的制造工藝過程中，電刷的裝配特別是刷體與導(dǎo)線的固定是一個重要的環(huán)節(jié)。它質(zhì)量的好壞直接影響電刷在電機(jī)上的實(shí)際應(yīng)用[1-3]。上世紀(jì)五十年代，原蘇聯(lián)鐵路牽引電機(jī)用電刷在寒冷的西伯利亞鐵路中運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)導(dǎo)線脫出刷體的事故，其中最主要的問題就是刷體與導(dǎo)線固定的質(zhì)量不能滿足該工況的需要。俄羅斯通常采用填塞法安裝電刷導(dǎo)線，先在普通鉆床用60 m/min轉(zhuǎn)速的聯(lián)合螺紋扁鉆鉆孔，孔內(nèi)的攻絲采用絲錐或螺紋刀具加工。上世紀(jì)九十年代，俄羅斯在“完善電碳工藝途徑”的攻關(guān)性科研規(guī)劃中推出了要在各電碳廠普及新研制成的電刷鉆孔用高速鋼鉆頭，同時(shí)研發(fā)了能夠保證具有高的脫出拉力與低的接觸電阻的填塞粉[4-8]。日本在電刷導(dǎo)線填塞質(zhì)量方面，多次遇到導(dǎo)線脫出刷體的事故，為此先后開展了多方面的科研工作[9-12]。英國摩根電碳有限公司著書介紹，電刷導(dǎo)線填塞方法在世界上是該公司最先的發(fā)明，當(dāng)時(shí)被稱為貝特塞聯(lián)接，并申請了專利[13,14]。德國林斯道夫碳公司填塞法電刷是大量的，其鉆孔步驟是先鉆孔，后攻絲，再擴(kuò)孔，并采用鐵粉來替代銅粉填塞電刷。遜克碳公司多采用填塞法來固定電刷導(dǎo)線，使用的填塞粉是銅粉[15]。我廠特種電刷長期以來均采用手工填塞導(dǎo)線，為提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，決定采用自動填塞機(jī)代替手工填塞。

2 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

本次試驗(yàn)選取的產(chǎn)品牌是在特種電刷加工中要求相對較高，其產(chǎn)品性能、外觀等技術(shù)條件都是非常具有代表性的產(chǎn)品。

試驗(yàn)控制填塞工序的質(zhì)量特性指標(biāo)：接觸電阻≤1.5mΩ；脫出拉力≥117.6N。

檢測方法：首件抽查（不少于10塊）中間抽查（不少于15塊）。加工過程中的抽查每批應(yīng)不少于6次。

3 試驗(yàn)方案及過程

3.1 填塞方式

對試驗(yàn)所選取的產(chǎn)品分別通過手工填塞（圖1）與機(jī)器填塞（圖2）方式進(jìn)行導(dǎo)線固定，具體填塞方法、所需工具及材料介紹如下：

圖1 手工填塞Fig.1 Manual stuffing

圖2 機(jī)器填塞Fig.2 Filling machine

手工填塞是將檢驗(yàn)合格的刷體卡緊在專用卡具上、敲打卡具底部、然后倒凈刷孔內(nèi)的粉末。將導(dǎo)線引入手用填塞器的孔內(nèi)、使導(dǎo)線露出填塞器2～5mm。將導(dǎo)線端頭捻成圓球狀，然后將導(dǎo)線隨填塞器插入刷體孔底、用手錘敲打填塞器上端2～3次，上下移動填塞器并保證導(dǎo)線不隨填塞器移動。多次用粉撮向孔內(nèi)加入填塞粉，同時(shí)不斷用小錘敲打填塞器上端，以搗實(shí)填粉，直至孔被填滿為止。按圖紙要求的長度，將銅導(dǎo)線剪斷。

所需工具及材料：平底手填卡具、萬能手填卡具、斜角手填卡具、粉撮、櫛子、鍍銀填塞粉、手錘、手填器、剪子、銅導(dǎo)線。量具：鋼板尺（0～150mm）。

機(jī)器填塞是根據(jù)電刷需要調(diào)整填塞機(jī)，開動填塞機(jī)，檢查運(yùn)轉(zhuǎn)情況，檢查無誤，將導(dǎo)線引入機(jī)用填塞器的孔內(nèi)、使導(dǎo)線露出填塞器2～5mm。根據(jù)填塞孔深度、直徑，查看感應(yīng)器做出指令填塞的電刷是否合格。（注：首先試填1-2塊，鑒定設(shè)備感應(yīng)器是否做出正確指令）按圖紙要求的長度，調(diào)節(jié)剪線器，剪出合格長度。

所需工具及材料：機(jī)填卡具、卡線器、填塞嘴、底碗、底盤、螺絲刀、鍍銀填塞粉、銅導(dǎo)線。

3.2 試驗(yàn)方案及過程

對試驗(yàn)所選取的產(chǎn)品通過手填、機(jī)填兩種方式，同時(shí)進(jìn)行電刷導(dǎo)線固定，并根據(jù)其填塞效率、填塞質(zhì)量、填塞一致性分別記錄相關(guān)檢測數(shù)據(jù)，進(jìn)行結(jié)果比較。

3.2.1 電刷填塞效率對比試驗(yàn)

提前做好準(zhǔn)備工作后，倒計(jì)時(shí)30min，手工填塞與填塞機(jī)填塞同時(shí)開始進(jìn)行生產(chǎn)加工，計(jì)時(shí)結(jié)束后，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下分別記錄不同填塞方式所加工的電刷數(shù)量。

3.2.2 電刷填塞質(zhì)量對比試驗(yàn)

一切準(zhǔn)備就緒后，手工填塞與機(jī)器填塞進(jìn)行生產(chǎn)加工，在批量生產(chǎn)加工前進(jìn)行首件檢測。按質(zhì)量體系要求先進(jìn)行檢查產(chǎn)品首件檢驗(yàn)（10塊），首抽檢查就是將第一批加工出來前10塊電刷進(jìn)行質(zhì)量特性指標(biāo)檢測并記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)，檢測電刷接觸電阻、脫出拉力是否滿足質(zhì)量特性指標(biāo)。

手工填塞與機(jī)器填塞進(jìn)行批量生產(chǎn)過程中不定期進(jìn)行中間抽查檢驗(yàn)（共計(jì)抽查8次），每次中間抽查都要進(jìn)行質(zhì)量特性指標(biāo)檢測并記錄監(jiān)測數(shù)據(jù)。將首件檢驗(yàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)與中間抽查監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對。

3.2.3 電刷填塞一致性對比試驗(yàn)

分別對填塞機(jī)填塞和手工填塞加工的電刷填塞部分全剖析，對剖析圖片進(jìn)行外觀對比試驗(yàn)。

4 試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 填塞效率對比試驗(yàn)結(jié)果與分析

通過對兩種不同填塞方式同時(shí)間內(nèi)加工質(zhì)量合格產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)量統(tǒng)計(jì)，整理結(jié)果如表1所示。

表1 填塞機(jī)、手工填塞的加工效率對比試驗(yàn)結(jié)果Table 1 Comparison test results of machining efficiency between manual and machine filling

分析比對監(jiān)測數(shù)據(jù)比對，在相同時(shí)間（30 min）內(nèi)，填塞機(jī)生產(chǎn)加工產(chǎn)出97塊產(chǎn)品，手工填塞生產(chǎn)加工產(chǎn)出61塊產(chǎn)品，填塞機(jī)填塞產(chǎn)品數(shù)量是手工填塞數(shù)量的1.5倍。

4.2 填塞質(zhì)量對比試驗(yàn)結(jié)果與分析

手工填塞與機(jī)器填塞加工前進(jìn)行首件檢測，抽檢10塊電刷，并對其質(zhì)量特性指標(biāo)檢測并記錄結(jié)果，如表2所示。

表2 填塞機(jī)、手工填塞加工的質(zhì)量特性指標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)果Table 2 The quality characteristic index data results of filling machine and manual filling process

手工填塞與機(jī)器填塞生產(chǎn)過程中不定期進(jìn)行中間抽查檢驗(yàn)（共計(jì)抽查8次），記錄結(jié)果如表3所示。

填塞機(jī)填塞與手工填塞的質(zhì)量特性指標(biāo)數(shù)據(jù)均在合格范圍內(nèi)，滿足生產(chǎn)要求。機(jī)填平均連接電阻為0.26 mΩ，手填平均連接電阻為0.35 mΩ，填塞機(jī)填塞加工比手工填塞的平均聯(lián)接電阻減小0.09 mΩ；機(jī)填平均最大脫出拉力為440 N，手填平均最大脫出拉力為213 N，平均脫出拉力高出227 N，是手工填塞平均脫出拉力的2倍。

4.3 填塞一致性對比試驗(yàn)

分別對填塞機(jī)填塞和手工填塞加工的電刷填塞部分全剖析，對剖析圖片進(jìn)行外觀對比試驗(yàn)，機(jī)器填塞剖析圖如圖3所示，手工填塞剖析圖如圖4所示。

圖3 機(jī)器填塞剖析圖Fig.3 Machine packing anatomy diagram

圖4 手工填塞剖析圖Fig.4 Manually fill the anatomy

填塞機(jī)填塞與手工填塞的剖析圖相比較填塞機(jī)的外觀和一致性較好。

5 結(jié)論

從3個對比試驗(yàn)數(shù)據(jù)看，得出以下結(jié)論：

在保證產(chǎn)品質(zhì)量的情況下，填塞機(jī)填塞產(chǎn)量是手工填塞產(chǎn)量的1.5倍，有效的提高生產(chǎn)效率。同時(shí)填塞機(jī)生產(chǎn)加工操作方便，用一只手即可操作，還減輕了勞動強(qiáng)度。

填塞機(jī)填塞加工產(chǎn)品的技術(shù)性能指標(biāo)穩(wěn)定性大幅度提高，平均連接電阻比手工填塞平均連接電阻減小25%；平均最大破壞拉力是手工填塞平均最大破壞拉力的2倍。

從剖析電刷圖片可看出，填塞機(jī)填塞加工產(chǎn)品填塞一致性可靠；產(chǎn)品外觀能達(dá)到產(chǎn)品所需要求。