某型直流電動(dòng)機(jī)換向器修理研究

喬林

摘要： 通常航空電機(jī)換向器直徑磨損后的實(shí)際尺寸均大于要求的最小換向器直徑，其使用過(guò)程中形成的凹痕濃度不深，經(jīng)精車、打磨和通電磨合修理后繼續(xù)使用。但某型直流電動(dòng)機(jī)的換向器磨損嚴(yán)重，換向器直徑已遠(yuǎn)小于最小換向器直徑要求，已不能再采用切銷金屬工作面進(jìn)行精車的常規(guī)工藝方法。因此，在保留原有電樞不報(bào)廢的前提下，必須打破常規(guī)修理理念，尋找實(shí)施增厚的新工藝方法（激光熔覆修理技術(shù)、電鍍技術(shù)），創(chuàng)新修理技術(shù)手段，恢復(fù)換向器原有尺寸。

關(guān)鍵詞： 磨損;換向器直徑尺寸;精車;激光熔覆技術(shù)

由于我廠修理的某型飛機(jī)的某型直流電動(dòng)機(jī)的換向器磨損嚴(yán)重，換向器直徑技術(shù)要求為不小于30mm（原機(jī)未打磨前直徑尺寸大多數(shù)為29.4mm～29.8mm）。因我廠目前不具備換向器的修復(fù)能力，導(dǎo)致整個(gè)直流電動(dòng)機(jī)直接報(bào)廢，報(bào)廢率達(dá)40%～50%，浪費(fèi)大量生產(chǎn)成本（每件新品直流電動(dòng)機(jī)價(jià)格為3萬(wàn)元）并因外購(gòu)直流電動(dòng)機(jī)耽誤生產(chǎn)周期。

某型飛機(jī)為我廠主修機(jī)型，為降低生產(chǎn)成本、保證生產(chǎn)周期，我廠急需對(duì)該直流電動(dòng)機(jī)換向器打破常規(guī)修理理念，尋找實(shí)施增厚的新工藝方法，加深修理深度，降低報(bào)廢率，從而降低生產(chǎn)成本、保證生產(chǎn)周期。若能夠?qū)崿F(xiàn)換向器的深度修理成功，一年僅節(jié)約生產(chǎn)成本約60萬(wàn)元，同時(shí)保障了生產(chǎn)周期，并為其他各機(jī)型的不同電動(dòng)機(jī)的換向器修復(fù)提供強(qiáng)有力的參考依據(jù)。

一、換向器結(jié)構(gòu)研究

換向器是由許多帶有截面的銅片（換向片）疊成的圓筒構(gòu)成的，相鄰兩換向片間以云母絕緣，圓筒兩端有V形壓圈。每一換向片上開(kāi)一小槽或接一升高片，以便緩解電樞繞組的線端。

二、換向器工作面研究

圖1所示是換向器的截面圖，在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，碳刷與換向器接觸摩擦，長(zhǎng)時(shí)間以后，換向器與碳刷的接觸部位會(huì)有磨損，出現(xiàn)一圈凹痕。

三、換向器修理方法研究

（一）、換向器常規(guī)修理方法及要求

在修理電樞時(shí)，換向器表面有輕微燒傷時(shí)，應(yīng)將電樞夾在車床或?qū)Ｓ脪伖鈾C(jī)上，用400#砂紙先粗磨，然后用800#或1000#細(xì)砂紙打磨拋光，換向器表面磨損、劃痕較深以及徑向跳動(dòng)量大于規(guī)定時(shí)，應(yīng)予車修，車修或打磨后換向器直徑應(yīng)不小于規(guī)定值（除特殊規(guī)定外），徑向跳動(dòng)應(yīng)不大于0.02mm，槽深不低于規(guī)定值（若無(wú)具體要求按表1規(guī)定），表面粗糙度應(yīng)為 ? （光潔度應(yīng)不低于▽7）。換向器表面有深褐色光澤時(shí)，應(yīng)予保護(hù)，禁止打磨。

車修或打磨換向器前，應(yīng)在專用銑槽機(jī)或用專用工具銑、刻換向器槽，槽的銑、刻按圖2（a）所示刻成矩形為正確。車修后，檢查各換向器片之間不應(yīng)有金屬屑，防止電樞短路。

在專用支架下用千分表檢查換向器的徑向跳動(dòng)量和不平度，換向器片不平或徑向跳動(dòng)量大于規(guī)定值（除特殊規(guī)定外，一般應(yīng)不大于0.02mm）時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行車修。

（二）、換向器深度修理方法研究

修理后的換向器各處直徑尺寸應(yīng)相同（應(yīng)小于磨損處的直徑尺寸），因此，修理時(shí)應(yīng)將高出磨損處的部分打磨或車修掉。修理后的換向器直徑尺寸符合要求，可以繼續(xù)使用，若不符合要求（實(shí)際尺寸值小于技術(shù)要求尺寸值）時(shí)，應(yīng)對(duì)換向器進(jìn)行修復(fù)（增加換向器直徑尺寸），使換向器直徑尺寸達(dá)到技術(shù)要求，否則將不能繼續(xù)使用。

若進(jìn)行修復(fù)工作，應(yīng)考慮以下幾個(gè)問(wèn)題：換向器的材料、修復(fù)采用的技術(shù)、修復(fù)時(shí)的注意事項(xiàng)、修復(fù)后的檢查。

1、換向器的材料：材料可以進(jìn)行化驗(yàn)確定。

2、修復(fù)采用的技術(shù)：可以采用的技術(shù)有氧-乙炔火焰熔覆、感應(yīng)熔覆、氬弧熔覆、等離子弧熔覆和激光熔覆修復(fù)技術(shù)。

以上5中熔覆技的方法，激光熔覆修復(fù)技術(shù)最為突出，也是應(yīng)用最廣泛的。

激光熔覆（亦稱激光堆焊）是指以不同的添料方法在被熔覆的基體上放置選擇的涂層材料，經(jīng)高能密度激光束輻照加熱，使之和基體表面熔化，并快速凝固，從而在基材表面形成與其為冶金結(jié)合的表面涂層，顯著改善基層表面的耐磨、耐蝕、耐熱、抗氧化及電氣特性的工藝方法。從而達(dá)到表面改善或表面修復(fù)的目的，既滿足了對(duì)材料表面特定性能的要求，又節(jié)約了大量的貴重元素。

（1） 激光熔覆具有如下優(yōu)點(diǎn)：

a）激光束的能量密度高，加熱速度快，對(duì)基材的熱影響較小，引起工件的變形小;

b） 控制激光的輸入能量，可將基材的稀釋作用限制在極低的程度（一般為2%-8%），從而保持了原熔覆材料的優(yōu)異性能;

c） 激光熔覆涂層與基材之間結(jié)合牢固（與基體呈冶金結(jié)合），且熔覆涂層組織細(xì)小。

d） ?冷卻速度快（高達(dá)106K/s），易于快速凝固過(guò)程，容易得到細(xì)晶組織;

e） 涂層稀釋率低（一般小于5%）;

f） 粉末選擇幾乎無(wú)限制，選材方便;

g） 光束準(zhǔn)確，能進(jìn)行選區(qū)熔覆，材料消耗小;

h） 熔覆層的厚度范圍大，單獨(dú)送粉一次，涂覆厚度在0.2mm～2.0mm;

i） 工藝過(guò)程易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。

（2）激光熔覆工藝種類

激光熔覆的工藝可以分為兩種：一種是激光處理前供給添加材料，即粉末預(yù)置法;另一種是激光處理過(guò)程中同步供給添加材料，即同步送粉法。

對(duì)于熔覆面積比較大的零件可采用同步送粉法。此種方法送粉量可以調(diào)節(jié)，同步送粉器可以連續(xù)工作，因而熔覆效率高，適用于實(shí)際生產(chǎn)中大批零件的表面激光熔覆。同步送粉式激光熔覆的主要工藝流程為：基體熔覆表面預(yù)處理、送料激光熔化、后熱處理。

（3）激光熔覆涂層的性能

a） 耐磨性能：激光熔覆涂層的耐磨性能主要取決于熔覆層各組成相的性質(zhì)、含量及分布狀態(tài)等。不同材料按不同比例進(jìn)行配合后，熔覆層的耐磨性能不同。

b） 耐蝕性能：利用激光器對(duì)增強(qiáng)鎂基復(fù)合材料熔覆合金，使復(fù)合材料極化曲線出現(xiàn)

明顯的鈍化，腐蝕電位有很大的提高，腐蝕電流密度明顯降低，耐蝕性能大大提高。

（三）、熔覆后換向器的處理

1、對(duì)熔覆后的換向器應(yīng)在專用銑槽機(jī)或用專用工具銑、刻換向器槽，槽的銑、刻按圖2（a）所示刻成矩形為正確。

2、對(duì)換向器進(jìn)行車修，車修后檢查各換向器片之間不應(yīng)有金屬屑，防止電樞短路。

3、在專用支架下用千分表檢查換向器的徑向跳動(dòng)量和不平度，換向器片不平或徑向跳動(dòng)量大于規(guī)定值（除特殊規(guī)定外，一般應(yīng)不大于0.02mm）時(shí)，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行車修或校正。

（四）、修復(fù)后的檢查

1、修復(fù)后的換向器應(yīng)進(jìn)行檢查以下項(xiàng)目：牢固程度、檢查片間是否有短路、對(duì)地耐壓試驗(yàn)、換向片軸向平行度、槽深、表面粗糙度、徑向跳動(dòng)量等，以上檢查應(yīng)符合要求。

2、修復(fù)合格的電樞還應(yīng)裝機(jī)試驗(yàn)、總結(jié)以下項(xiàng)目：工作電流、帶載能力、換向器的磨損量和工作時(shí)間的對(duì)比分析，確保修復(fù)后的換向器能夠滿足產(chǎn)品使用要求。

四、研究結(jié)論

通過(guò)激光熔覆修復(fù)技術(shù)可以對(duì)磨損量較小且不符合要求的換向器進(jìn)行修復(fù)，以達(dá)到換向器的技術(shù)要求，可以使機(jī)件繼續(xù)使用。激光熔覆修復(fù)技術(shù)是新型的局部表面處理方法，已應(yīng)用到機(jī)械加工、機(jī)件的修復(fù)、醫(yī)學(xué)、生物等幾個(gè)方面，并取得了顯著地效果。現(xiàn)已有成熟的技術(shù)和設(shè)備，可以滿足換向器修復(fù)的需要。

[參考文獻(xiàn)]

[1] ?激光熔覆技術(shù)研究

[2] ?航空電機(jī)學(xué)

作者簡(jiǎn)介：

喬林， 工程師，從事飛機(jī)特設(shè)專業(yè)技術(shù)工作