Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОУГОЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Изобретение относится к порошковой технологии, а именно к способам получения электроугольных изделий, в частности щеток электромашин, контактных вставок токосъемников для городского и железнодорожного транспорта и других изделий из порошковых композиций на основе углерода.

Известен способ изготовления электроугольных изделий электротехнического назначения из наполнителя в виде кокса с добавками и связки в виде каменноугольной смолы и пека (Темкин И.В. Производство электроугольных изделий. - М.: Высшая школа, 1975, с.13). Способ включает получение порошковой композиции, последующее прессование из нее изделий, дальнейшую термообработку и механическую обработку. Прессование ведут с удельным усилием до 30 МПа со скоростью вертикального пуансона 15-30 мм/с, где полуфабрикаты формируют в холодном состоянии в пресс-формах (Темкин И.В. Производство электроугольных изделий. - М.: Высшая школа, 1986, с.114-116).

Недостатками указанного аналога являются низкая плотность получаемых изделий и пониженные их физико-механические свойства.

Низкая плотность обусловлена загерметизацией летучих газов в порах между частицами порошка. После операции прессования и при дальнейшей термообработке удаление этих газов малозначительно.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту предлагаемому является способ изготовления электроугольных изделий - щеток, контактных вставок для электротранспорта (Патент на полезную модель №133444, Пресс-форма для прессования порошков, МПК B22F 3/03, от 20.10.2013). Способ включает смешивание графитового наполнителя со связующим и последующее прессование полученной порошковой смеси в пресс-форме с изменением размеров матрицы в процессе прессования. Изменение размеров матрицы в процессе прессования достигается в данном решении особенностью конструкции матрицы, включающей стенку, две подвижные боковины, плиту и горизонтальный пуансон. При изменении размеров полости матрицы выполняется подпрессовка порошковой смеси в открытой в вертикальном направлении матрице, приводящей к интенсивному удалению из засыпки порошковой смеси летучих газов (N₂, O₂, CO₂, СО, SO₂ и др.) и паров жидкостей. Этот способ по сравнению с указанным выше аналогом повышает плотность и улучшает физико-механические свойства полученных изделий. Однако он не учитывает кинематические показатели процесса подпрессовки, а именно скорости горизонтального пуансона в зависимости от массы получаемого изделия, что в недостаточной мере повышает плотность и улучшает физико-механические показатели изделий.

Следует отметить, что масса получаемых электроугольных изделий колеблется от 25 г (щетки электромашин) до 450 г (вставки токосъемников трамваев). Самым важным показателем процесса подпрессовки является скорость горизонтального пуансона, поскольку именно она определяет время удаления летучих газов и паров жидкостей из порошковой смеси, следовательно, плотность получаемого изделия. Масса изделия напрямую зависит от объема порошковой смеси, а следовательно, от размеров полости матрицы и от хода горизонтального пуансона. Поэтому для каждого изделия для получения гарантированного повышения плотности необходимо вполне определенное время подпрессовки. Несоблюдение этого условия снижает эффективность способа.

Таким образом, основными недостатками наиболее близкого аналога являются недостаточная надежность повышения плотности и улучшения физико-механических свойств полученных изделий.

Задачей предлагаемого решения является устранение этого недостатка, а именно повышение надежности увеличения плотности и улучшения физико-механических свойств получаемых изделий.

Поставленная задача решается тем, что в способе прессования электроугольных изделий в виде щеток электромашин и вставок токосъемников троллейбусов, включающем смешивание графитового наполнителя со связующим, засыпку полученной смеси в полость матрицы, подпрессовку ее горизонтальным пуансоном при открытой в верхней части матрице и затем прессование изделия вертикальным пуансоном, согласно предлагаемому решению подпрессовку порошковой смеси ведут при скорости перемещения горизонтального пуансона, равной (0,2÷0,0004m) мм/с, где m - масса порошковой смеси, г.

Указанная скорость горизонтального пуансона при подрпрессовке учитывает массу засыпки, а это позволяет гарантированно удалить из прессуемой порошковой смеси летучие газы и пары жидкости.

Уменьшение скорости горизонтального пуансона менее 0,2÷0,0004m снижает производительность способа изготовления изделий, а увеличение ее более 0,2÷0,0004m не позволяет полностью удалить газы из порошковой смеси даже малой массы.

Способ осуществляется следующим образом.

Графитовый наполнитель смешивают со связующим и готовую порошковую смесь засыпают в полость матрицы, имеющей для конкретного изделия максимальные размеры сечения. Включают в работу горизонтальный пуансон, который, перемещаясь со скоростью (0,2÷0,0004m), где m - масса засыпки порошка, выполняет подпрессовку путем уменьшения размеров

полости матрицы. При этом из открытой в верхней части матрицы свободно удаляются газы и пары жидкости. После завершения работы горизонтального пуансона при заданном сечении матрицы включают вертикальный пуансон, формируя изделие заданной формы и размеров.

Согласно предлагаемому способу были изготовлены щетки электромашин и вставки токосъемников троллейбусов из порошковых смесей, содержащих 86% искусственного графита и 14% порошковой фенолформальдегидной смолы.

Заготовки щеток массой засыпки порошковой смеси 25 г после подпрессовки горизонтальным пуансоном со скоростью, равной 0,2÷0,0004×25=0,19 мм/с, усилием прессования 14 МПа и прессования вертикальным пуансоном с усилием прессования 30 МПа имели размеры 10×15×25 мм. Время подпрессовки смеси составило 30 с. Плотность заготовки после прессования и термообработки увеличилась по сравнению с наиболее близким аналогом на 4,8%.

Вставки токосъемников троллейбусов с массой засыпки 100 г после подпрессовки горизонтальным пуансоном со скоростью 0,16 мм/с усилием прессования 18 МПа и прессования вертикальным пуансоном с усилием прессования 45 МПа имели размеры 18×23×80 мм. Время подпрессовки было равно 60 с. Плотность вставок после прессования и термообработки увеличилась на 3,2%, электропроводность увеличилась на 2,8%.

Предлагаемый способ найдет применение при производстве изделий из порошковых материалов на основе углерода в виде щеток электромашин и вставок токосъемников троллейбусов.