某型直流電動機換向器修理研究

喬林

摘要： 通常航空電機換向器直徑磨損后的實際尺寸均大于要求的最小換向器直徑，其使用過程中形成的凹痕濃度不深，經精車、打磨和通電磨合修理后繼續使用。但某型直流電動機的換向器磨損嚴重，換向器直徑已遠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行精車的常規工藝方法。因此，在保留原有電樞不報廢的前提下，必須打破常規修理理念，尋找實施增厚的新工藝方法（激光熔覆修理技術、電鍍技術），創新修理技術手段，恢復換向器原有尺寸。

關鍵詞： 磨損;換向器直徑尺寸;精車;激光熔覆技術

由于我廠修理的某型飛機的某型直流電動機的換向器磨損嚴重，換向器直徑技術要求為不小于30mm（原機未打磨前直徑尺寸大多數為29.4mm～29.8mm）。因我廠目前不具備換向器的修復能力，導致整個直流電動機直接報廢，報廢率達40%～50%，浪費大量生產成本（每件新品直流電動機價格為3萬元）并因外購直流電動機耽誤生產周期。

某型飛機為我廠主修機型，為降低生產成本、保證生產周期，我廠急需對該直流電動機換向器打破常規修理理念，尋找實施增厚的新工藝方法，加深修理深度，降低報廢率，從而降低生產成本、保證生產周期。若能夠實現換向器的深度修理成功，一年僅節約生產成本約60萬元，同時保障了生產周期，并為其他各機型的不同電動機的換向器修復提供強有力的參考依據。

一、換向器結構研究

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，在電動機轉動過程中，碳刷與換向器接觸摩擦，長時間以后，換向器與碳刷的接觸部位會有磨損，出現一圈凹痕。

三、換向器修理方法研究

（一）、換向器常規修理方法及要求

在修理電樞時，換向器表面有輕微燒傷時，應將電樞夾在車床或專用拋光機上，用400#砂紙先粗磨，然后用800#或1000#細砂紙打磨拋光，換向器表面磨損、劃痕較深以及徑向跳動量大于規定時，應予車修，車修或打磨后換向器直徑應不小于規定值（除特殊規定外），徑向跳動應不大于0.02mm，槽深不低于規定值（若無具體要求按表1規定），表面粗糙度應為 ? （光潔度應不低于▽7）。換向器表面有深褐色光澤時，應予保護，禁止打磨。

車修或打磨換向器前，應在專用銑槽機或用專用工具銑、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量和不平度，換向器片不平或徑向跳動量大于規定值（除特殊規定外，一般應不大于0.02mm）時，應當進行車修。

（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相同（應小于磨損處的直徑尺寸），因此，修理時應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，可以繼續使用，若不符合要求（實際尺寸值小于技術要求尺寸值）時，應對換向器進行修復（增加換向器直徑尺寸），使換向器直徑尺寸達到技術要求，否則將不能繼續使用。

若進行修復工作，應考慮以下幾個問題：換向器的材料、修復采用的技術、修復時的注意事項、修復后的檢查。

1、換向器的材料：材料可以進行化驗確定。

2、修復采用的技術：可以采用的技術有氧-乙炔火焰熔覆、感應熔覆、氬弧熔覆、等離子弧熔覆和激光熔覆修復技術。

以上5中熔覆技的方法，激光熔覆修復技術最為突出，也是應用最廣泛的。

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。從而達到表面改善或表面修復的目的，既滿足了對材料表面特定性能的要求，又節約了大量的貴重元素。

（1） 激光熔覆具有如下優點：

a）激光束的能量密度高，加熱速度快，對基材的熱影響較小，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異性能;

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

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

e） 涂層稀釋率低（一般小于5%）;

f） 粉末選擇幾乎無限制，選材方便;

g） 光束準確，能進行選區熔覆，材料消耗小;

h） 熔覆層的厚度范圍大，單獨送粉一次，涂覆厚度在0.2mm～2.0mm;

i） 工藝過程易于實現自動化。

（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，即粉末預置法;另一種是激光處理過程中同步供給添加材料，即同步送粉法。

對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節，同步送粉器可以連續工作，因而熔覆效率高，適用于實際生產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、含量及分布狀態等。不同材料按不同比例進行配合后，熔覆層的耐磨性能不同。

b） 耐蝕性能：利用激光器對增強鎂基復合材料熔覆合金，使復合材料極化曲線出現

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

2、對換向器進行車修，車修后檢查各換向器片之間不應有金屬屑，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量和不平度，換向器片不平或徑向跳動量大于規定值（除特殊規定外，一般應不大于0.02mm）時，應當進行車修或校正。

（四）、修復后的檢查

1、修復后的換向器應進行檢查以下項目：牢固程度、檢查片間是否有短路、對地耐壓試驗、換向片軸向平行度、槽深、表面粗糙度、徑向跳動量等，以上檢查應符合要求。

2、修復合格的電樞還應裝機試驗、總結以下項目：工作電流、帶載能力、換向器的磨損量和工作時間的對比分析，確保修復后的換向器能夠滿足產品使用要求。

四、研究結論

通過激光熔覆修復技術可以對磨損量較小且不符合要求的換向器進行修復，以達到換向器的技術要求，可以使機件繼續使用。激光熔覆修復技術是新型的局部表面處理方法，已應用到機械加工、機件的修復、醫學、生物等幾個方面，并取得了顯著地效果?，F已有成熟的技術和設備，可以滿足換向器修復的需要。

[參考文獻]

[1] ?激光熔覆技術研究

[2] ?航空電機學

作者簡介：

喬林， 工程師，從事飛機特設專業技術工作