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

在電機用電刷的制造工藝過程中，電刷的裝配特別是刷體與導線的固定是一個重要的環(huán)節(jié)。它質量的好壞直接影響電刷在電機上的實際應用[1-3]。上世紀五十年代，原蘇聯鐵路牽引電機用電刷在寒冷的西伯利亞鐵路中運行中經常出現導線脫出刷體的事故，其中最主要的問題就是刷體與導線固定的質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線，先在普通鉆床用60 m/min轉速的聯合螺紋扁鉆鉆孔，孔內的攻絲采用絲錐或螺紋刀具加工。上世紀九十年代，俄羅斯在“完善電碳工藝途徑”的攻關性科研規(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]。日本在電刷導線填塞質量方面，多次遇到導線脫出刷體的事故，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，電刷導線填塞方法在世界上是該公司最先的發(fā)明，當時被稱為貝特塞聯接，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線，為提高產品生產效率，提高產品質量穩(wěn)定性，決定采用自動填塞機代替手工填塞。

2 試驗標準

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

試驗控制填塞工序的質量特性指標：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不少于6次。

3 試驗方案及過程

3.1 填塞方式

對試驗所選取的產品分別通過手工填塞（圖1）與機器填塞（圖2）方式進行導線固定，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 機器填塞Fig.2 Filling machine

手工填塞是將檢驗合格的刷體卡緊在專用卡具上、敲打卡具底部、然后倒凈刷孔內的粉末。將導線引入手用填塞器的孔內、使導線露出填塞器2～5mm。將導線端頭捻成圓球狀，然后將導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線不隨填塞器移動。多次用粉撮向孔內加入填塞粉，同時不斷用小錘敲打填塞器上端，以搗實填粉，直至孔被填滿為止。按圖紙要求的長度，將銅導線剪斷。

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、銅導線。量具：鋼板尺（0～150mm）。

機器填塞是根據電刷需要調整填塞機，開動填塞機，檢查運轉情況，檢查無誤，將導線引入機用填塞器的孔內、使導線露出填塞器2～5mm。根據填塞孔深度、直徑，查看感應器做出指令填塞的電刷是否合格。（注：首先試填1-2塊，鑒定設備感應器是否做出正確指令）按圖紙要求的長度，調節(jié)剪線器，剪出合格長度。

所需工具及材料：機填卡具、卡線器、填塞嘴、底碗、底盤、螺絲刀、鍍銀填塞粉、銅導線。

3.2 試驗方案及過程

對試驗所選取的產品通過手填、機填兩種方式，同時進行電刷導線固定，并根據其填塞效率、填塞質量、填塞一致性分別記錄相關檢測數據，進行結果比較。

3.2.1 電刷填塞效率對比試驗

提前做好準備工作后，倒計時30min，手工填塞與填塞機填塞同時開始進行生產加工，計時結束后，在保證產品質量的情況下分別記錄不同填塞方式所加工的電刷數量。

3.2.2 電刷填塞質量對比試驗

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

手工填塞與機器填塞進行批量生產過程中不定期進行中間抽查檢驗（共計抽查8次），每次中間抽查都要進行質量特性指標檢測并記錄監(jiān)測數據。將首件檢驗監(jiān)測數據與中間抽查監(jiān)測數據進行分析比對。

3.2.3 電刷填塞一致性對比試驗

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

4 試驗結果與分析

4.1 填塞效率對比試驗結果與分析

通過對兩種不同填塞方式同時間內加工質量合格產品進行數量統(tǒng)計，整理結果如表1所示。

表1 填塞機、手工填塞的加工效率對比試驗結果Table 1 Comparison test results of machining efficiency between manual and machine filling

分析比對監(jiān)測數據比對，在相同時間（30 min）內，填塞機生產加工產出97塊產品，手工填塞生產加工產出61塊產品，填塞機填塞產品數量是手工填塞數量的1.5倍。

4.2 填塞質量對比試驗結果與分析

手工填塞與機器填塞加工前進行首件檢測，抽檢10塊電刷，并對其質量特性指標檢測并記錄結果，如表2所示。

表2 填塞機、手工填塞加工的質量特性指標數據結果Table 2 The quality characteristic index data results of filling machine and manual filling process

手工填塞與機器填塞生產過程中不定期進行中間抽查檢驗（共計抽查8次），記錄結果如表3所示。

填塞機填塞與手工填塞的質量特性指標數據均在合格范圍內，滿足生產要求。機填平均連接電阻為0.26 mΩ，手填平均連接電阻為0.35 mΩ，填塞機填塞加工比手工填塞的平均聯接電阻減小0.09 mΩ；機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

分別對填塞機填塞和手工填塞加工的電刷填塞部分全剖析，對剖析圖片進行外觀對比試驗，機器填塞剖析圖如圖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

填塞機填塞與手工填塞的剖析圖相比較填塞機的外觀和一致性較好。

5 結論

從3個對比試驗數據看，得出以下結論：

在保證產品質量的情況下，填塞機填塞產量是手工填塞產量的1.5倍，有效的提高生產效率。同時填塞機生產加工操作方便，用一只手即可操作，還減輕了勞動強度。

填塞機填塞加工產品的技術性能指標穩(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，填塞機填塞加工產品填塞一致性可靠；產品外觀能達到產品所需要求。