Способ изготовления электроугольных изделий


 


Владельцы патента RU 2560619:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Южно-Уральский государственный университет" (национальный исследовательский университет) (ФГБОУ ВПО "ЮУрГУ" (НИУ)) (RU)

Изобретение относится к изготовлению электроугольных изделий. Готовят порошковую композицию путем смешивания связующего с графитовым наполнителем, проводят горячее прессование полученной порошковой композиции и поэтапную ее термообработку с нагревом и последующей выдержкой при конечной температуре. Графитовый наполнитель используют со средним размером частиц 100÷110 мкм. Прессование начинают в предварительно нагретой до 70÷90°С вместе с порошковой композицией пресс-форме под давлением 45÷50 МПа. Поэтапную термообработку ведут в этой же пресс-форме под давлением прессования, причем сначала проводят быстрый нагрев до 110÷120°С со скоростью 1,9÷2°С/мин, затем медленный нагрев - до температуры 160÷170°С со скоростью 1,4÷1,5°С/мин, после чего ведут нагрев до температуры 180÷200°С со скоростью 1,6÷1,8°С/мин и выдержку при конечной температуре под давлением в течение 1÷2 мин. Обеспечивается увеличение плотности и повышение электропроводности получаемых изделий. 1 пр.

 

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 полуфабрикатов, дальнейшую их термообработку и механическую обработку. Прессование ведут с удельным усилием до 300 МПа со скоростью пуансона 15-30 мм/с, где полуфабрикаты формируют в нагретых до 180-210°С в пресс-формах (Темкин И.В., Производство электроугольных изделий. М.: Высшая школа, 1986, с. 114-116). При горячем прессовании в нагретых пресс-формах кроме первого хода пуансона делают 2-3 дополнительные допрессовки для удаления газов из прессовки при давлении, возрастающем на 10-15% от номинального давления. При номинальном давлении прессовку выдерживают в течение 3-5 минут и выше в зависимости от размера прессовки. Операцию первого хода прессования ведут в закрытой пресс-форме.

Термообработка полуфабрикатов включает: отжиг длительностью от 24 до 48 суток и графитизацию длительностью от 7 до 10 суток (Темкин И.В., Производство электроугольных изделий. - М.: Высшая школа, 1975, с. 112-115, 118-119).

Недостатками указанного аналога являются низкая плотность получаемых изделий и высокие трудоемкость и длительность процесса их производства. Низкая плотность обусловлена загерметизацией летучих газов в порах между частицами порошка уже после первой операции прессования и при дальнейшем прессовании их удаление малозначительно.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ изготовления электроугольных изделий - контактных вставок для железнодорожного и городского электротранспорта (Патент РФ на изобретение №2267411, Способ изготовления контактных вставок, МПК B60L 5/08, от 10.01.2006). Способ включает приготовление порошковой композиции путем смешивания связующего с графитовым наполнителем, горячее прессование изделий из полученной смеси при температуре 150-170°С при удельном давлении прессования 300-400 кгс/см2, выдержку их под давлением в течение 3-5 минут, охлаждение и последующую поэтапную термообработку прессовок. Первый этап термообработки включает быстрый нагрев до 80-100°С, второй - медленный нагрев с убывающей скоростью до 150-200°С. После этого ведут выдержку при этой температуре и медленное естественное охлаждение.

Недостатками способа являются низкая плотность и пониженные физико-механические свойства получаемых изделий в результате того, что операции прессования и термообработки производят раздельно. После прессования прессовка охлаждается, а затем вновь нагревается. При горячем прессовании и выдержке 3-5 минут из прессовки только частично удаляются летучие, только начинается полимеризация, расплавление частиц связки, разложение уротропина (отвердителя), входящего в состав связки, и отверждение композиции. Частичное отверждение закрывает часть каналов для удаления летучих и герметизирует многие поры с летучими, к которым относятся О2, N2, пары Н2О, остаточный фенол, СО и СО2. Поэтому при последующей термической обработке затруднено удаление летучих, практически прекращается полимеризация (нет активных центров), но продолжается превращение частиц твердой связки в жидкую, разложение уротропина с дополнительным выделением N2, летучего аммиака (NH3) и отверждение композиции. При повышении температуры прессовок до 200°С и за время термообработки, превышающее 5 часов, летучие в закрытых каналах и порах расширяются, что приводит к разбуханию, т.е. к разуплотнению прессовок и ухудшению их физико-механических свойств.

Задачей предлагаемого изобретения является устранение этих недостатков, а именно увеличение плотности изготовляемых изделий и повышение их физико-механических свойств.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления электроугольных изделий, включающем приготовление порошковой композиции путем смешивания связующего с графитовым наполнителем, горячее прессование полученной порошковой композиции и поэтапную ее термообработку с нагревом и последующей выдержкой при конечной температуре, согласно предлагаемому решению, используют графитовый наполнитель со средним размером частиц 100÷110 мкм, прессование начинают в предварительно нагретой до 70÷90°С вместе с порошковой композицией пресс-форме под давлением 45÷50 МПа, а поэтапную термообработку ведут в этой же пресс-форме под давлением прессования, причем сначала проводят быстрый нагрев до 110÷120°С со скоростью 1,9÷2°С/мин, затем медленный нагрев - до температуры 160÷170°С со скоростью 1,4÷1,5°С/мин, после чего ведут нагрев до температуры 180÷200°С со скоростью 1,6÷1,8°С/мин и выдержку при конечной температуре под давлением в течение 1÷2 мин.

То, что прессование ведут в предварительно нагретой вместе с порошком пресс-форме с заявляемыми режимами, а термообработку после окончания прессования осуществляют в этой же пресс-форме с указанными в формуле изобретения режимами и с введением при термообработке после этапа медленного нагрева дополнительного ускоренного нагрева позволит в максимальной степени использовать свойства полимеризации и затвердевания смолы для более полного рационального удаления из композиции и прессовки летучих, не нарушая прочности прессовки и избегая ее дефектов при превышении допустимого количества удаления летучих.

Уменьшение предварительного нагрева пресс-формы вместе с порошковой композицией менее 70°С, как и давления на стадии прессования менее 45 МПа не позволит активно удалять летучие, а увеличение этой температуры более 90°С, как и увеличение давления прессования более 50 МПа приведет к преждевременному началу полимеризации связки.

Снижение температуры быстрого нагрева при термообработке менее 110°С, как и снижение скорости нагрева на этом этапе менее 1,9°С не обеспечит активной полимеризации смолы, превращение ее в жидкость и смачивание частиц графита. Увеличение температуры быстрого нагрева более 120°С, как и увеличение скорости нагрева более 2°С/мин опасно очень активным удалением летучих и возникновением в результате этого дефектов на прессовках.

На этапе медленного нагрева скорость менее 140°С/мин, как и температура нагрева менее 160°С слишком замедляет процесс полимеризации, смачивание графита жидкой смолой, процесс разложения уротропина и начало процесса отверждения композиции. Нагрев более 170°С/мин приводит к дефектам на прессовках, поскольку разложение уротропина приводит к дополнительному выделению летучих N2 и аммиака.

Ускоренный нагрев после медленного нагрева менее 180°С со скоростью нагрева менее 1,6°С/мин не обеспечит полного разложения уротропина и удаления летучих от его разложения, что снизит прочность прессовок. Нагрев более 200°С со скоростью нагрева более 1,8°С/мин может привести к дефектам при дополнительном очень быстром удалении летучих, появившихся при разложении уротропина.

Смешивание связующего с графитовым наполнителем со средними размерами частиц менее 100 мкм приводит к повышенному содержанию связки и снижению электропроводности изделий, а с размерами более 110 мкм - к снижению их прочностных свойств.

Выдержка прессовки под давлением менее 1 минуты не позволяет завершить отверждение композиции, что снижает прочностные свойства изделий, а выдержка более 2 минут может привести к началу разрушения после полного завершения отверждения изделия.

Способ изготовления электроугольных изделий осуществляется следующим образом.

Вначале смешивают связующее с графитовым наполнителем размерами частиц 100÷110 мкм, готовую композицию засыпают в пресс-форму и нагревают ее вместе с порошковой композицией до 70÷90°С. Затем ведут прессование при давлении 45÷50 МПа. Пуансон оставляют в нижнем положении и нагревают пресс-форму со скоростью 1,9÷2°С/мин до 110÷120°С. После достижения указанной температуры замедляют скорость нагрева до скорости 1,4÷1,5°С/мин и нагревают пресс-форму до 160÷170°С. Затем снова увеличивают скорость нагрева до 1,6÷1,8°С/мин и нагревают пресс-форму до 180÷200°С. После достижения указанной температуры прессовку под давлением 45÷50 МПа выдерживают при этой температуре 1÷2 минуты и извлекают ее из пресс-формы.

Согласно предлагаемому способу были получены заготовки электрических щеток размерами 10×30×50 мм из порошковой композиции, содержащей графит и фенолформальдегидную смолу. Для нагрева матрицы пресс-формы, заполненной порошковой композицией, использован электрический нагреватель, охватывающий матрицу по наружной поверхности и снабженный автоматической системой контроля температуры и установления ее уровня, работающий по заданной программе. Данные о значениях температуры и характере ее изменения выводятся на экран компьютера. Время быстрого нагрева при термообработке составило в среднем 18 минут, время медленного нагрева - 34 минуты, время нагрева при повышенной скорости нагрева - 14 минут, время выдержки - 1,5 минуты. Общее время составило 67,5 минут, что в пять раз меньше затрат времени наиболее близкого аналога. Плотность полученных 10 заготовок щеток находилось в пределах 1,68-1,72 г/см3.

Предлагаемый способ изготовления электроугольных изделий найдет свое применение в порошковой технологии при получении изделий из порошковых композиций на основе углерода.

Способ изготовления электроугольных изделий, включающий приготовление порошковой композиции путем смешивания связующего с графитовым наполнителем, горячее прессование полученной порошковой композиции и поэтапную ее термообработку с нагревом и последующей выдержкой при конечной температуре, отличающийся тем, что используют графитовый наполнитель со средним размером частиц 100÷110 мкм, прессование начинают в предварительно нагретой до 70÷90°С вместе с порошковой композицией пресс-форме под давлением 45÷50 МПа, а поэтапную термообработку ведут в этой же пресс-форме под давлением прессования, причем сначала проводят быстрый нагрев до 110÷120°С со скоростью 1,9÷2°С/мин, затем медленный нагрев - до температуры 160÷170°С со скоростью 1,4÷1,5°С/мин, после чего ведут нагрев до температуры 180÷200°С со скоростью 1,6÷1,8°С/мин и выдержку при конечной температуре под давлением в течение 1÷2 мин.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к изготовлению электроугольных изделий. Способ прессования изделий в виде щеток электромашин и вставок токосъемников троллейбусов включает 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.
Изобретение относится к области изготовления длинномерных печатных кабелей с термопластичной лаковой или пленочной изоляцией. Технический результат - обеспечение качественного продольного реза в межпроводниковом зазоре без нарушения целостности боковой изоляции на вырезаемых печатных кабелях, а также снижение брака, трудоемкости и себестоимости производства.
Изобретение относится к области нанесения на подложки металлических покрытий, а именно к нанесению электропроводящего слоя на полимерную или бумажную подложку при изготовлении антенн, работающих в диапазоне ультравысокой частоты.

Изобретение относится к области карт с электронным интерфейсом. .

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам соединения проводников, к конструкциям контактных соединений, используемых для соединения токоподводов электролизеров, электропечей и др.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к способам соединения проводников, используемых для соединения токоподводов электропечей для выплавки ферросплавов, ферроникеля и др.

Изобретение относится к элементам электрического оборудования, в частности к устройствам для ремонта электрических машин постоянного тока преимущественно закрытого исполнения, и предназначено для обработки коллекторов двигателей, используемых для мотор-колес большегрузного автотранспорта.

Изобретение относится к устройствам для создания электрического контакта между проводниками малых напряжений и большого тока и контакта временных заземлителей, а также может быть использовано для создания электрического контакта между массой свариваемого изделия и сварочного аппарата.

Изобретение относится к электротехнике и касается щеток для электрических машин, работающих в условиях эксплуатации при значительном воздействии вибрационных и ударных нагрузок, при высоких плотностях тока в контакте, например, тяговых электродвигателей электроподвижного состава железнодорожного и городского транспорта, метрополитена и большегрузных дизель-электрических автосамосвалов.

Изобретение относится к области электротехники и касается конструкции электрических щеток для тяговых электрических машин, работающих в условиях повышенных нагрузок - электрических и динамических, например тяговых электродвигателей подвижного состава.

Изобретение относится к области электротехники и касается конструкций щеток для электрических машин, работающих в условиях повышенных электрических, вибрационных и ударных нагрузок, например, тяговых электродвигателей.

Изобретение относится к электротехнике и касается щеток для электрических машин, работающих в условиях повышенных электрических и вибрационных нагрузок, например, тяговых электродвигателей.

Изобретение относится к слаботочным скользящим контактам. .

Изобретение относится к электротехнике и касается щеток электрических машин, работающих в условиях значительных электрических, вибрационных и ударных нагрузок, например тяговых электродвигателей пассажирских электровозов.

Изобретение относится к электротехнике и касается щеток для электрических машин, работающих в условиях повышенных электрических и вибрационных нагрузок, например тяговых электрических машин.

Предложена система для передачи энергии на транспортное средство, прежде всего колейное транспортное средство (162), например легкорельсовое транспортное средство, содержащая электрическую проводниковую структуру (17), предназначенную для создания электромагнитного поля, принимаемого транспортным средством, для обеспечения передачи энергии на транспортное средство; электрические и/или электронные приборы (1), предназначенные для приведения в действие электрической проводниковой структуры (17), выделяющие при этом тепло и устройство охлаждения системы, содержащее конструкцию (12), имеющую полость (144), в которой расположен по меньшей мере один из подлежащих охлаждению приборов (1), и крышку (25), ограничивающую полость (144) сверху.
Наверх