电刷机器填塞与手工填塞对比试验

程桂香，嵇博文，殷景峰，王雨晨

（哈尔滨电碳厂，哈尔滨 150025）

1 前言

在电机用电刷的制造工艺过程中，电刷的装配特别是刷体与导线的固定是一个重要的环节。它质量的好坏直接影响电刷在电机上的实际应用[1-3]。上世纪五十年代，原苏联铁路牵引电机用电刷在寒冷的西伯利亚铁路中运行中经常出现导线脱出刷体的事故，其中最主要的问题就是刷体与导线固定的质量不能满足该工况的需要。俄罗斯通常采用填塞法安装电刷导线，先在普通钻床用60 m/min转速的联合螺纹扁钻钻孔，孔内的攻丝采用丝锥或螺纹刀具加工。上世纪九十年代，俄罗斯在“完善电碳工艺途径”的攻关性科研规划中推出了要在各电碳厂普及新研制成的电刷钻孔用高速钢钻头，同时研发了能够保证具有高的脱出拉力与低的接触电阻的填塞粉[4-8]。日本在电刷导线填塞质量方面，多次遇到导线脱出刷体的事故，为此先后开展了多方面的科研工作[9-12]。英国摩根电碳有限公司著书介绍，电刷导线填塞方法在世界上是该公司最先的发明，当时被称为贝特塞联接，并申请了专利[13,14]。德国林斯道夫碳公司填塞法电刷是大量的，其钻孔步骤是先钻孔，后攻丝，再扩孔，并采用铁粉来替代铜粉填塞电刷。逊克碳公司多采用填塞法来固定电刷导线，使用的填塞粉是铜粉[15]。我厂特种电刷长期以来均采用手工填塞导线，为提高产品生产效率，提高产品质量稳定性，决定采用自动填塞机代替手工填塞。

2 试验标准

本次试验选取的产品牌是在特种电刷加工中要求相对较高，其产品性能、外观等技术条件都是非常具有代表性的产品。

试验控制填塞工序的质量特性指标：接触电阻≤1.5mΩ；脱出拉力≥117.6N。

检测方法：首件抽查（不少于10块）中间抽查（不少于15块）。加工过程中的抽查每批应不少于6次。

3 试验方案及过程

3.1 填塞方式

对试验所选取的产品分别通过手工填塞（图1）与机器填塞（图2）方式进行导线固定，具体填塞方法、所需工具及材料介绍如下：

图1 手工填塞Fig.1 Manual stuffing

图2 机器填塞Fig.2 Filling machine

手工填塞是将检验合格的刷体卡紧在专用卡具上、敲打卡具底部、然后倒净刷孔内的粉末。将导线引入手用填塞器的孔内、使导线露出填塞器2～5mm。将导线端头捻成圆球状，然后将导线随填塞器插入刷体孔底、用手锤敲打填塞器上端2～3次，上下移动填塞器并保证导线不随填塞器移动。多次用粉撮向孔内加入填塞粉，同时不断用小锤敲打填塞器上端，以捣实填粉，直至孔被填满为止。按图纸要求的长度，将铜导线剪断。

所需工具及材料：平底手填卡具、万能手填卡具、斜角手填卡具、粉撮、栉子、镀银填塞粉、手锤、手填器、剪子、铜导线。量具：钢板尺（0～150mm）。

机器填塞是根据电刷需要调整填塞机，开动填塞机，检查运转情况，检查无误，将导线引入机用填塞器的孔内、使导线露出填塞器2～5mm。根据填塞孔深度、直径，查看感应器做出指令填塞的电刷是否合格。（注：首先试填1-2块，鉴定设备感应器是否做出正确指令）按图纸要求的长度，调节剪线器，剪出合格长度。

所需工具及材料：机填卡具、卡线器、填塞嘴、底碗、底盘、螺丝刀、镀银填塞粉、铜导线。

3.2 试验方案及过程

对试验所选取的产品通过手填、机填两种方式，同时进行电刷导线固定，并根据其填塞效率、填塞质量、填塞一致性分别记录相关检测数据，进行结果比较。

3.2.1 电刷填塞效率对比试验

提前做好准备工作后，倒计时30min，手工填塞与填塞机填塞同时开始进行生产加工，计时结束后，在保证产品质量的情况下分别记录不同填塞方式所加工的电刷数量。

3.2.2 电刷填塞质量对比试验

一切准备就绪后，手工填塞与机器填塞进行生产加工，在批量生产加工前进行首件检测。按质量体系要求先进行检查产品首件检验（10块），首抽检查就是将第一批加工出来前10块电刷进行质量特性指标检测并记录监测数据，检测电刷接触电阻、脱出拉力是否满足质量特性指标。

手工填塞与机器填塞进行批量生产过程中不定期进行中间抽查检验（共计抽查8次），每次中间抽查都要进行质量特性指标检测并记录监测数据。将首件检验监测数据与中间抽查监测数据进行分析比对。

3.2.3 电刷填塞一致性对比试验

分别对填塞机填塞和手工填塞加工的电刷填塞部分全剖析，对剖析图片进行外观对比试验。

4 试验结果与分析

4.1 填塞效率对比试验结果与分析

通过对两种不同填塞方式同时间内加工质量合格产品进行数量统计，整理结果如表1所示。

表1 填塞机、手工填塞的加工效率对比试验结果Table 1 Comparison test results of machining efficiency between manual and machine filling

分析比对监测数据比对，在相同时间（30 min）内，填塞机生产加工产出97块产品，手工填塞生产加工产出61块产品，填塞机填塞产品数量是手工填塞数量的1.5倍。

4.2 填塞质量对比试验结果与分析

手工填塞与机器填塞加工前进行首件检测，抽检10块电刷，并对其质量特性指标检测并记录结果，如表2所示。

表2 填塞机、手工填塞加工的质量特性指标数据结果Table 2 The quality characteristic index data results of filling machine and manual filling process

手工填塞与机器填塞生产过程中不定期进行中间抽查检验（共计抽查8次），记录结果如表3所示。

填塞机填塞与手工填塞的质量特性指标数据均在合格范围内，满足生产要求。机填平均连接电阻为0.26 mΩ，手填平均连接电阻为0.35 mΩ，填塞机填塞加工比手工填塞的平均联接电阻减小0.09 mΩ；机填平均最大脱出拉力为440 N，手填平均最大脱出拉力为213 N，平均脱出拉力高出227 N，是手工填塞平均脱出拉力的2倍。

4.3 填塞一致性对比试验

分别对填塞机填塞和手工填塞加工的电刷填塞部分全剖析，对剖析图片进行外观对比试验，机器填塞剖析图如图3所示，手工填塞剖析图如图4所示。

图3 机器填塞剖析图Fig.3 Machine packing anatomy diagram

图4 手工填塞剖析图Fig.4 Manually fill the anatomy

填塞机填塞与手工填塞的剖析图相比较填塞机的外观和一致性较好。

5 结论

从3个对比试验数据看，得出以下结论：

在保证产品质量的情况下，填塞机填塞产量是手工填塞产量的1.5倍，有效的提高生产效率。同时填塞机生产加工操作方便，用一只手即可操作，还减轻了劳动强度。

填塞机填塞加工产品的技术性能指标稳定性大幅度提高，平均连接电阻比手工填塞平均连接电阻减小25%；平均最大破坏拉力是手工填塞平均最大破坏拉力的2倍。

从剖析电刷图片可看出，填塞机填塞加工产品填塞一致性可靠；产品外观能达到产品所需要求。