石墨平面換向器的製造方法

2023-10-30 14:04:22 2

專利名稱：石墨平面換向器的製造方法
技術領域：
本發明涉及石墨平面換向器的製造方法，尤其是涉及一種用於汽車油泵 馬達的石墨平面換向器的製造方法，屬於換向器製造領域。
背景技術：
目前普遍使用的石墨平面換向器的製造工序和結構基本相同，都是將石 墨片與基架連接，然後在由石墨片和基架構成的本體內加入填充料進行固化 後，再進行銑槽，將石墨片銑成多個獨立的碳段，即得到成品石墨平面換向 器。
在以上工序中，基架的製造工藝以及在本體內加入填充料進行固化的工 藝已非常成熟，而對於石墨片和基架的連接到目前為止還沒有比較成熟的工 藝。現有技術中，石墨片與基架有兩種基本的連接方法， 一種是在石墨片與 基架之間採用強力膠粘結，強力膠粘結雖然可以暫時牢固的將石墨片粘結在 基架上，但是，當石墨換向器使用年限過久後，膠水老化，膠性會隨之喪失，
石墨片會脫落而導致整個換向器報廢；另一種連接方式是通過焊接將石墨片 與基架連接成一體，如在公開號為CN101022199A的中國專利文獻中公開了 一種將石墨換向器的石墨片焊接在銅基座上的加工工藝，其先將石墨進行清 洗，後將石墨進行烘乾，再用乙醇石墨進行清洗，最後吹乾，然後對銅基座 用金屬清洗劑在清洗機中脫脂去油，去油後進行烘乾，再用稀鹽酸去除氧化 皮，烘乾後用乙醇清洗乾淨，最後吹乾，焊接採用電阻加熱焊接方式將焊料 熔化進行焊接，焊接後進行冷卻即可。該方法存在的缺點是，第一，沒有對 石墨片進行表面金屬化處理，因此銅基座與石墨片之間導電性不好；第二， 本發明採用電阻加熱焊接，該焊接方法不能使石墨片和銅基架之間的整個接 觸面同時受熱焊接，因此焊接表面不均，導致該石墨換向器的使用壽命和使用性能均下降。現有技術中通常採用釺焊的焊接方法來實現上述連接，由於 現有用於焊接石墨片和銅基架的釺焊均是在自然條件下，即不控制溫度的條 件下，通過紅外、電子束、火焰等來加熱的，因此焊接狀態不穩定，時常出 現空洞，而出現空洞直接導致石墨片和銅基架之間連接不牢固，壽命縮短和 性能不穩定，還存在的問題是導致所生產的石墨換向器時好時壞，殘次品多， 質量不穩定。
另夕卜，現有技術中公開的對石墨片的電鍍，只是簡單地鍍一層銅或銅銀 合金，由於銅或銅銀合金與與石墨片之間的可粘接結合力並不強，因此隨著 使用時間的增長，銅鍍層或銅銀合金鍍層會隄慢從石墨片上脫落，導致石墨 換向器的導電度不良。

發明內容
為此，本發明所要解決的技術問題在於提出一種製造導電性好、使用壽 命長、性能穩定的石墨平面換向器的方法。
本發明所要解決的另 一個技術問題在於提出 一種焊接石墨平面換向器的 環形石墨片和精密銅殼的焊接裝置和方法。
本發明所要解決的再一個技術問題在於提出一種所製造出的換向器殘次 品少、質量穩定的製造所述平面石墨換向器的方法。
為解決上述技術問題，本發明的一種石墨平面換向器的製造方法，所述
方法包括以下步驟 一種石墨平面換向器的製造方法，所述方法包括以下步 驟(a)製造一個精密銅殼，所述精密銅殼具有半封閉的空腔、使所述空腔 呈向外開放的開口端、與開口端相對的具有一個中軸孔的工作端以及多個環 繞於工作端的片爪；(b)在已成型好的與所述精密銅殼的工作端匹配的環形 石墨片的其中 一個表面先鍍鎳後鍍銅，使該表面成為所述環形石墨片的連接 端；(c)將所述精密銅殼與所述環形石墨片通過焊接方式連接，其連接面分 別為所述精密銅殼的工作端和所述環形石墨片的連接端，得到一個複合件； (d)對所述複合件進行壓注成型、4先槽和彎鉤即得到成品石墨平面換向器。所述步驟(C)中，所述焊接是在密閉空間進行的釺焊。所述步驟(C) 中，所述焊接是通過熱空氣加熱的釺焊。
所述步驟(C)中所用的焊接裝置，包括一個密封箱體，設於密封箱體頂 部的至少一個加壓機構，設於密封箱體上的至少一個熱風進口和至少一個排 風口，密封箱體內部的用於固定所述精密銅殼的至少一個固定機構，以及用 於控制所述密封箱體內的溫度的控溫裝置。所述熱風進口位於所述密封箱體 的下部，所述排風口位於所述密封箱體的上部。
所述步驟(C)的具體工藝步驟為，(1)在所述精密銅殼的工作端和所述 環形石墨片的連接端之間設置釺料，並用所述固定機構固定在所述密封箱體
中；(2)通過所述熱風進口將熱空氣通入所述密封箱體，將密封箱體內的冷 空氣通過排風口趕走，同時通過所述控溫裝置調節密封箱體內的溫度為50-350°C，並操作所述加壓機構對所述環形石墨片施加壓力，冷卻後即得到步驟 (c)所述的複合件。所述密封箱體內的溫度優選為200-300°C。所述加壓機 構對所述環形石墨片施加的壓力為10-50牛頓。
在所述密封箱體內通過多個所述固定機構固定放置多個所述精密銅殼以 一次生產多個所述複合件。
在所述步驟(b)中，所述鎳和銅是通過刷鍍的方式鍍到所述環形石墨片 上的。
本發明的上述技術方案與現有技術相比具有以下優點(1)本發明的石 墨平面換向器的製造方法中，在環形石墨片的其中一個表面先鍍鎳後鍍銅， 通過先鍍鎳增強了導電層(指鎳鍍層和銅鍍層)與環形石墨片間的可粘接結 合力(達到10KG以上，所述結合力使用國家標準中電鍍結合力的測試方法進 行測試)，從而保證了所述導電層不會從環形石墨片上脫落，而後鍍銅則保證 了所述環形石墨片和所述精密銅殼之間的導電性，因此所述先鍍鎳後鍍銅的 方法為所述石墨平面換向器的導電性和使用壽命提供了保證；(2)本發明的 石墨平面換向器的製造方法中，環形石墨片和精密銅殼是在密閉空間內、在控溫條件下通過熱空氣加熱焊接的，因此環形石墨片和精密銅殼^皮整體加熱， 且加熱均勻，^f吏用該種焊接方法使得環形石墨片和精密銅殼之間連接牢固、 整個工件變形小，所生產的石墨平面換向器使用壽命長，殘次品少，質量穩 定，解決了現有技術中所生產的石墨平面換向器質量不穩定，時好時壞的技
術難題；(3)本發明製造石墨平面換向器方法中所使用的焊接裝置， 一次性 可製造多個複合件，具有生產效率高和工作性能穩定的優點。


為了使本發明的內容更容易被清楚的理解，下面根據本發明的具體實施 例並結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明。首先對附圖進行簡要說明， 其中
圖l是本發明的成型好的環形石墨片的示意圖2是本發明實施例的精密銅殼的示意圖3是圖2的A-A向剖視圖4是本發明的石墨平面換向器的俯視圖5是圖3的A-A向剖視圖6是本發明的焊接裝置的一個實施例的結構示意圖7是本發明的焊接裝置中的加壓機構的另一個實施例的結構示意圖8是本發明的焊接裝置中的固定機構的另 一個實施例的結構示意圖。
圖中所示附圖標記分別為1-環形石墨片、2-精密銅殼、3-開口端、4-中軸孔、5-工作端、6-片爪、7-內鉤爪、8-外鉤爪、9-本體、10-絕緣塑膠支 撐體、11-銑槽、12-換向片、13-連接鉤、101-密封箱體、102-壓力棒、103-熱風進口、 104-排風口、 105-卡座、106-釺料、107-固定板、108-壓力頭、 109-彈簧、110-卡具。
務體實施方式
本發明中所述的石墨平面換向器的端面是指石墨平面換向器朝向電刷的 一面，也即為所述環形石墨片的端面。圖1所示為本發明的成型好的環形石墨片l的示意圖，圖2和圖3是本發 明的精密銅殼2的結構示意圖，所述精密銅殼2具有半封閉的空腔、使所述 空腔呈向外開放的開口端3、與開口端3相對的具有一個中軸孔4的工作端5、 多個大小形狀相同的均勻環繞於工作端5的片爪6，以及在所述工作端5朝向 所述開口端3的內側面上的內鉤爪7和外鉤爪8，每個片爪6對應一個內鉤爪 7和一個外鉤爪8，所述內鉤爪7和外鉤爪8相互配合形成相向傾斜的"八" 字形結構，其中內鉤爪7為"Y"型枝叉結構。
圖4和圖5是本發明石墨平面換向器的一個實施例的結構示意圖，其包 括本體9、環形石墨片l和絕緣塑膠支撐體10，所述環形石墨片1的端面具 有銑槽ll，所述銑槽ll將環形石墨片l均勻分成八個換向片12,所述本體 9上設置有連接鉤13，其中，本體9是指精密銅殼2經彎鉤和銑槽後的部分， 連接鉤13是精密銅殼2中的片爪6經彎鉤步驟後的部分。
以下詳細介紹本發明的石墨平面換向器的製造方法。 本發明的石墨平面換向器的製造方法為
(a) 製造精密銅殼對成型的圓柱形銅坯進行冷擠壓，得到銅殼粗坯， 然後對所述銅殼粗坯進行精密整形，落料後得到所述精密銅殼2，上述具體工 藝步驟參見申請人在其公開號為CN101242067A的中國專利申請中精密銅殼的 製造方法(見說明書第8頁最後一段和第9頁前兩段)，本發明中的精密銅殼 2的製造方法與該專利申請中精密銅殼的製造方法相同，在此不再贅述。
(b) 在已成型好的與所述精密銅殼2的工作端5匹配的環形石墨片1的 其中一個表面先鍍鎳後鍍銅，使該表面成為所述環形石墨片的連接端，其中 鍍鎳和鍍銅所用的方法為電刷鍍，電刷鍍技術為現有技術，其採用專用的直 流電源設備，電源的正極叫刷鍍筆，作為刷鍍的陽極，電源的負極接工件， 作為刷鍍時的陰極，刷鍍時使浸滿鍍液的刷鍍筆以一定的相對運動速度在工 件表面上移動，並保持適當的壓力，在刷鍍筆與工件接觸的部位，鍍液中的 金屬離子在電場的作用下擴散到工件表面，並在負極獲得電子被還原成金屬原子，沉積結晶形成鍍層。電刷鍍的設備主要包括電源裝置、刷鍍筆以及各 種輔助材料。本發明中鍍鎳時所用的鍍液為六水合硫酸鎳、氨基乙酸和冰醋 酸，鍍銅時所用的鍍液為鹼性銅，其溶液成分為硫酸銅，乙二胺，氨三乙酸， 硝酸銨和硫酸鈉。
(c)複合件的製造將所述^t青密銅殼2的工作端5與所述環形石墨片1 的連接端通過焊接方式連接，圖6為所用的焊接裝置的結構示意圖，其包括 一個密封箱體101，設於密封箱體101頂部的可移動的加壓機構，位於密封箱 體101下部的一個熱風進口 103和位於上部的一個排風口 104，密封箱體IOI 內部的用於固定所述精密銅殼的固定機構，以及位於密封箱體101外與密封 箱體101連接的控溫裝置，其中，所述加壓機構為多個可移動的壓力棒102， 所述多個壓力棒102用於給多個所述環形石墨片l施加壓力，所述固定機構 為與所述精密銅殼2的中軸孔4匹配的卡座105,將所述精密銅殼2穿入所述 卡座105即可固定所述精密銅殼2。
製造所述複合件的具體工藝步驟為在所述精密銅殼2的工作端5均勻 塗布焊錫和釺劑後，將其放入所述密封箱體IOI,並用所述卡座105固定，將 所述環形石墨片1的連接端置於塗有焊錫和釺劑的所述精密銅殼2的工作端5 上，通過所述熱風進口 103將熱空氣通入所述密封箱體101,將密封箱體IOI 內的冷空氣通過排風口 104趕走，同時通過所述控溫裝置調節密封箱體101 內的溫度為50 - 350°C ，然後操作所述壓力棒102給所述環形石墨片1施加壓 力，所述壓力棒102對所述環形石墨片1施加的壓力為100-500牛頓，施壓 完畢，冷卻即得到所述複合件。在該實施例中，所述密封箱體101內設置多 個卡座105用於固定多個所述精密銅殼2，以一次生產多個所述複合件；所述 控溫裝置通過控制熱風進口 103和排風口 104的氣體流速來控制密封箱體101 內的溫度。
另外，所述密封箱體IOI內的溫度優選200-300°C，在該溫度下所述環形 石墨片1和精密銅殼2之間焊接更牢固。在上述製造複合件的工藝中，也可以先將精密銅殼2放入所述密封箱體
101用卡座105固定後，塗布焊錫和釺劑，再將所述環形石墨片1的連接端置 於塗有焊錫和釺劑的所述精密銅殼2的工作端5，或者也可以將所述精密銅殼 2的工作端5塗布焊錫和釺劑，並將所述環形石墨片1的連接端置於塗有焊錫 和釺劑的所述精密銅殼2的工作端5上後，再放入所述密封箱體101,並用卡 座固定。以上操作順序根據實際生產需要進行選擇。
(d)壓注成型、銑槽和彎鉤所述壓注成型是在複合件上壓注出絕緣塑 膠支撐體10，所述銑槽步驟是在所述精密銅殼2的每兩個片爪6之間將環形 石墨片1切開一直到所述絕緣塑膠支撐體10以構成多個碳換向片12，所述彎 鉤步驟是將所述片爪6彎成所述石墨平面換向器的連接鉤13。其具體工藝步 驟為在所述複合件的容腔內填入電木粉，放在壓注機上進行壓注成型，所述 壓注成型使熱固性電木粉與複合件凝聚在一起，然後進行銑槽，銑槽完成後， 將位於精密銅殼2外部的片爪6進行彎鉤得到連接鉤13，即製得本發明的石 墨平面換向器，參見圖4和圖5。
在所述步驟(c)中，所述加壓機構還可以是這樣的結構，在固定板107 上設置多個彈簧109,在所述彈簧109上連接有壓力頭108,其中，所述固定 板107設於所述密封箱體101的頂部並可上下移動，所述每個壓力頭108對 應一個所述環形石墨片1用於給所述環形石墨片施壓。在這種結構中由於所 述壓力頭108的長度可以調節，因此在實際生產中應用性比較強。所述固定 機構也可以為將所述精密銅殼2卡住的卡具110 (參見圖8)或其它可以固定 所述精密銅殼2的機構。在其它實施例中，所述密封箱體IOI由兩部分構成， 即由位於下部的密封容器和位於上部的與所述密封容器匹配的密封蓋密封連 接組成，所述密封蓋是可以打開的。
在上述步驟(d)中，所述複合件壓注成型後，也可以先將所述片爪6 進行彎鉤得到連接鉤13，然後再對其銑槽以得到本發明的石墨平面換向器。
本發明的石墨平面換向器的製造方法中，在環形石墨片的其中一個表面先鍍鎳後鍍銅，通過先鍍鎳增強了導電層(指鎳鍍層和銅鍍層)與環形石墨
片間的可粘接結合力(達到10KG以上)，從而保證了所述導電層不會從環形
石墨片上脫落，而後鍍銅則保證了所述環形石墨片和所述精密銅殼之間的導 電性，因此所述先鍍鎳後鍍銅的方法為所述石墨平面換向器的導電性和使用 壽命提供了保證。
本發明的石墨平面換向器的製造方法中，環形石墨片和精密銅殼是在密 閉空間內、在控溫條件下通過熱空氣加熱焊接的，因此環形石墨片和精密銅 殼被整體加熱，且加熱均勻，使用該種焊接方法使得環形石墨片和精密銅殼 之間連接牢固、整個工件變形小，所生產的石墨平面換向器使用壽命長，殘 次品少，質量穩定，解決了現有技術中所生產的石墨平面換向器質量不穩定，
時好時壞的技術難題；。
本發明製造石墨平面換向器方法中所使用的焊接裝置， 一次性可製造多 個複合件，具有生產效率高和工作性能穩定的優點。
顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式 的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做 出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮 舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍 之中。
權利要求
1.一種石墨平面換向器的製造方法，其特徵在於所述方法包括以下步驟(a)製造一個精密銅殼(2)，所述精密銅殼(2)具有半封閉的空腔、使所述空腔呈向外開放的開口端(3)、與開口端(3)相對的具有一個中軸孔(4)的工作端(5)以及多個環繞於工作端的片爪(6)；(b)在已成型好的與所述精密銅殼(2)的工作端(5)匹配的環形石墨片(1)的其中一個表面先鍍鎳後鍍銅，使該表面成為所述環形石墨片的連接端；(c)將所述精密銅殼(2)與所述環形石墨片(1)通過焊接方式連接，其連接面分別為所述精密銅殼的工作端(5)和所述環形石墨片(1)的連接端，得到一個複合件；(d)對所述複合件進行壓注成型、銑槽和彎鉤即得到成品石墨平面換向器。
2. 根據權利要求1所述的石墨平面換向器的製造方法，其特徵在於 所述步驟(c)中，所述焊接是在密閉空間進行的^^焊。
3. 根據權利要求1或2所述的石墨平面換向器的製造方法，其特徵在 於所述步驟(c)中，所述焊接是通過熱空氣加熱的釺焊。
4. 根據權利要求3所述的石墨平面換向器的製造方法，其特徵在於 所述步驟(c)中所用的焊接裝置，其包括一個密封箱體(101),設於所述密 封箱體(101)頂部的至少一個加壓機構，設於所述密封箱體(101)上的至 少一個熱風進口 (103)和至少一個排風口 (104),所述密封箱體(101)內 部的用於固定所述精密銅殼(2)的至少一個固定機構，以及用於控制所述密 封箱體(101)內的溫度的控溫裝置。
5. 根據權利要求4所述的石墨平面換向器的製造方法，其特徵在於 所述熱風進口 (103)位於所述密封箱體(101)的下部，所述排風口 (104) 位於所述密封箱體(101)的上部。
6. 根據權利要求4或5所述的石墨平面換向器的製造方法，其特徵在 於所述步驟(c)的具體工藝步驟為，(1 )在所述精密銅殼(2 )的工作端(5 )和所述環形石墨片(1)的 連接端之間設置釺料(106)，並用所述固定機構固定在所述密封箱體(101)中；(2 )通過所述熱風進口 ( 103 )將熱空氣通入所述密封箱體(101 )， 將密封箱體UOl)內的冷空氣通過排風口 (104)趕走，同時通過所述控溫 裝置調節密封箱體(101)內的溫度為50 - 35(TC,並操:作所述加壓機構對所 述環形石墨片(1)施加壓力，冷卻後即得到步驟(c)所述的複合件。
7. 根據權利要求6所述的石墨平面換向器的製造方法，其特徵在於 所述密封箱體(101)內的溫度為200-300°C。
8. 根據權利要求6所述的石墨平面換向器的製造方法，其特徵在於 所述加壓機構對所述環形石墨片(1)施加的壓力為10-50牛頓。
9. 根據權利要求6-8中任意一項所述的石墨平面換向器的製造方法， 其特徵在於在所述密封箱體(101)內通過多個所述固定機構可固定放置多 個所述精密銅殼(2)以一次生產多個所述複合件。
10. 根據權利要求1所述的石墨平面換向器的製造方法，其特徵在於 在所述步驟(b )中，所述鎳和銅是通過電刷鍍的方式鍍到所述環形石墨片(1) 上的。
全文摘要
本發明涉及一種製造石墨平面換向器的方法，所述方法包括以下步驟(1)製造一個精密銅殼；(2)在已經成型好的與所述精密銅殼的工作端匹配的環形石墨片的其中一個表面先鍍鎳後鍍銅，使其成為所述環形石墨片的連接端；(3)將所述精密銅殼與所述環形石墨片通過焊接方式連接，其連接面分別為所述精密銅殼的工作端和所述環形石墨片的連接端，得到複合件；(4)對所述複合件進行壓注成型，銑槽和彎鉤即得到成品石墨平面換向器。使用本發明方法得到的石墨換向器，其石墨片與精密銅殼之間連接牢固，導電性好，具有性能穩定，壽命長的優點。
文檔編號H01R43/06GK101369708SQ20081021165
公開日2009年2月18日 申請日期2008年9月22日 優先權日2008年9月22日
發明者張浩宇 申請人:張浩宇