某型直流电动机换向器修理研究

乔林

摘要： 通常航空电机换向器直径磨损后的实际尺寸均大于要求的最小换向器直径，其使用过程中形成的凹痕浓度不深，经精车、打磨和通电磨合修理后继续使用。但某型直流电动机的换向器磨损严重，换向器直径已远小于最小换向器直径要求，已不能再采用切销金属工作面进行精车的常规工艺方法。因此，在保留原有电枢不报废的前提下，必须打破常规修理理念，寻找实施增厚的新工艺方法（激光熔覆修理技术、电镀技术），创新修理技术手段，恢复换向器原有尺寸。

关键词： 磨损;换向器直径尺寸;精车;激光熔覆技术

由于我厂修理的某型飞机的某型直流电动机的换向器磨损严重，换向器直径技术要求为不小于30mm（原机未打磨前直径尺寸大多数为29.4mm～29.8mm）。因我厂目前不具备换向器的修复能力，导致整个直流电动机直接报废，报废率达40%～50%，浪费大量生产成本（每件新品直流电动机价格为3万元）并因外购直流电动机耽误生产周期。

某型飞机为我厂主修机型，为降低生产成本、保证生产周期，我厂急需对该直流电动机换向器打破常规修理理念，寻找实施增厚的新工艺方法，加深修理深度，降低报废率，从而降低生产成本、保证生产周期。若能够实现换向器的深度修理成功，一年仅节约生产成本约60万元，同时保障了生产周期，并为其他各机型的不同电动机的换向器修复提供强有力的参考依据。

一、换向器结构研究

换向器是由许多带有截面的铜片（换向片）叠成的圆筒构成的，相邻两换向片间以云母绝缘，圆筒两端有V形压圈。每一换向片上开一小槽或接一升高片，以便缓解电枢绕组的线端。

二、换向器工作面研究

图1所示是换向器的截面图，在电动机转动过程中，碳刷与换向器接触摩擦，长时间以后，换向器与碳刷的接触部位会有磨损，出现一圈凹痕。

三、换向器修理方法研究

（一）、换向器常规修理方法及要求

在修理电枢时，换向器表面有轻微烧伤时，应将电枢夹在车床或专用抛光机上，用400#砂纸先粗磨，然后用800#或1000#细砂纸打磨抛光，换向器表面磨损、划痕较深以及径向跳动量大于规定时，应予车修，车修或打磨后换向器直径应不小于规定值（除特殊规定外），径向跳动应不大于0.02mm，槽深不低于规定值（若无具体要求按表1规定），表面粗糙度应为   （光洁度应不低于▽7）。换向器表面有深褐色光泽时，应予保护，禁止打磨。

车修或打磨换向器前，应在专用铣槽机或用专用工具铣、刻换向器槽，槽的铣、刻按图2（a）所示刻成矩形为正确。车修后，检查各换向器片之间不应有金属屑，防止电枢短路。

在专用支架下用千分表检查换向器的径向跳动量和不平度，换向器片不平或径向跳动量大于规定值（除特殊规定外，一般应不大于0.02mm）时，应当进行车修。

（二）、换向器深度修理方法研究

修理后的换向器各处直径尺寸应相同（应小于磨损处的直径尺寸），因此，修理时应将高出磨损处的部分打磨或车修掉。修理后的换向器直径尺寸符合要求，可以继续使用，若不符合要求（实际尺寸值小于技术要求尺寸值）时，应对换向器进行修复（增加换向器直径尺寸），使换向器直径尺寸达到技术要求，否则将不能继续使用。

若进行修复工作，应考虑以下几个问题：换向器的材料、修复采用的技术、修复时的注意事项、修复后的检查。

1、换向器的材料：材料可以进行化验确定。

2、修复采用的技术：可以采用的技术有氧-乙炔火焰熔覆、感应熔覆、氩弧熔覆、等离子弧熔覆和激光熔覆修复技术。

以上5中熔覆技的方法，激光熔覆修复技术最为突出，也是应用最广泛的。

激光熔覆（亦称激光堆焊）是指以不同的添料方法在被熔覆的基体上放置选择的涂层材料，经高能密度激光束辐照加热，使之和基体表面熔化，并快速凝固，从而在基材表面形成与其为冶金结合的表面涂层，显著改善基层表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化及电气特性的工艺方法。从而达到表面改善或表面修复的目的，既满足了对材料表面特定性能的要求，又节约了大量的贵重元素。

（1） 激光熔覆具有如下优点：

a）激光束的能量密度高，加热速度快，对基材的热影响较小，引起工件的变形小;

b） 控制激光的输入能量，可将基材的稀释作用限制在极低的程度（一般为2%-8%），从而保持了原熔覆材料的优异性能;

c） 激光熔覆涂层与基材之间结合牢固（与基体呈冶金结合），且熔覆涂层组织细小。

d）  冷却速度快（高达106K/s），易于快速凝固过程，容易得到细晶组织;

e） 涂层稀释率低（一般小于5%）;

f） 粉末选择几乎无限制，选材方便;

g） 光束准确，能进行选区熔覆，材料消耗小;

h） 熔覆层的厚度范围大，单独送粉一次，涂覆厚度在0.2mm～2.0mm;

i） 工艺过程易于实现自动化。

（2）激光熔覆工艺种类

激光熔覆的工艺可以分为两种：一种是激光处理前供给添加材料，即粉末预置法;另一种是激光处理过程中同步供给添加材料，即同步送粉法。

对于熔覆面积比较大的零件可采用同步送粉法。此种方法送粉量可以调节，同步送粉器可以连续工作，因而熔覆效率高，适用于实际生产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艺流程为：基体熔覆表面预处理、送料激光熔化、后热处理。

（3）激光熔覆涂层的性能

a） 耐磨性能：激光熔覆涂层的耐磨性能主要取决于熔覆层各组成相的性质、含量及分布状态等。不同材料按不同比例进行配合后，熔覆层的耐磨性能不同。

b） 耐蚀性能：利用激光器对增强镁基复合材料熔覆合金，使复合材料极化曲线出现

明显的钝化，腐蚀电位有很大的提高，腐蚀电流密度明显降低，耐蚀性能大大提高。

（三）、熔覆后换向器的处理

1、对熔覆后的换向器应在专用铣槽机或用专用工具铣、刻换向器槽，槽的铣、刻按图2（a）所示刻成矩形为正确。

2、对换向器进行车修，车修后检查各换向器片之间不应有金属屑，防止电枢短路。

3、在专用支架下用千分表检查换向器的径向跳动量和不平度，换向器片不平或径向跳动量大于规定值（除特殊规定外，一般应不大于0.02mm）时，应当进行车修或校正。

（四）、修复后的检查

1、修复后的换向器应进行检查以下项目：牢固程度、检查片间是否有短路、对地耐压试验、换向片轴向平行度、槽深、表面粗糙度、径向跳动量等，以上检查应符合要求。

2、修复合格的电枢还应装机试验、总结以下项目：工作电流、带载能力、换向器的磨损量和工作时间的对比分析，确保修复后的换向器能够满足产品使用要求。

四、研究结论

通过激光熔覆修复技术可以对磨损量较小且不符合要求的换向器进行修复，以达到换向器的技术要求，可以使機件继续使用。激光熔覆修复技术是新型的局部表面处理方法，已应用到机械加工、机件的修复、医学、生物等几个方面，并取得了显著地效果。现已有成熟的技术和设备，可以满足换向器修复的需要。

[参考文献]

[1]  激光熔覆技术研究

[2]  航空电机学

作者简介：

乔林， 工程师，从事飞机特设专业技术工作