CN101369708B - 石墨平面换向器的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制造石墨平面换向器的方法，所述方法包括以下步骤：(1)制造一个精密铜壳；(2)在已经成型好的与所述精密铜壳的工作端匹配的环形石墨片的其中一个表面先镀镍后镀铜，使其成为所述环形石墨片的连接端；(3)将所述精密铜壳与所述环形石墨片通过焊接方式连接，其连接面分别为所述精密铜壳的工作端和所述环形石墨片的连接端，得到复合件；(4)对所述复合件进行压注成型，铣槽和弯钩即得到成品石墨平面换向器。使用本发明方法得到的石墨换向器，其石墨片与精密铜壳之间连接牢固，导电性好，具有性能稳定，寿命长的优点。
Description
技术领域
本发明涉及石墨平面换向器的制造方法，尤其是涉及一种用于汽车油泵马达的石墨平面换向器的制造方法，属于换向器制造领域。
背景技术
目前普遍使用的石墨平面换向器的制造工序和结构基本相同，都是将石墨片与基架连接，然后在由石墨片和基架构成的本体内加入填充料进行固化后，再进行铣槽，将石墨片铣成多个独立的碳段，即得到成品石墨平面换向器。
在以上工序中，基架的制造工艺以及在本体内加入填充料进行固化的工艺已非常成熟，而对于石墨片和基架的连接到目前为止还没有比较成熟的工艺。现有技术中，石墨片与基架有两种基本的连接方法，一种是在石墨片与基架之间采用强力胶粘结，强力胶粘结虽然可以暂时牢固的将石墨片粘结在基架上，但是，当石墨换向器使用年限过久后，胶水老化，胶性会随之丧失，石墨片会脱落而导致整个换向器报废；另一种连接方式是通过焊接将石墨片与基架连接成一体，如在公开号为CN101022199A的中国专利文献中公开了一种将石墨换向器的石墨片焊接在铜基座上的加工工艺，其先将石墨进行清洗，后将石墨进行烘干，再用乙醇石墨进行清洗，最后吹干，然后对铜基座用金属清洗剂在清洗机中脱脂去油，去油后进行烘干，再用稀盐酸去除氧化皮，烘干后用乙醇清洗干净，最后吹干，焊接采用电阻加热焊接方式将焊料熔化进行焊接，焊接后进行冷却即可。该方法存在的缺点是，第一，没有对石墨片进行表面金属化处理，因此铜基座与石墨片之间导电性不好；第二，本发明采用电阻加热焊接，该焊接方法不能使石墨片和铜基架之间的整个接触面同时受热焊接，因此焊接表面不均，导致该石墨换向器的使用寿命和使用性能均下降。现有技术中通常采用钎焊的焊接方法来实现上述连接，由于现有用于焊接石墨片和铜基架的钎焊均是在自然条件下，即不控制温度的条件下，通过红外、电子束、火焰等来加热的，因此焊接状态不稳定，时常出现空洞，而出现空洞直接导致石墨片和铜基架之间连接不牢固，寿命缩短和性能不稳定，还存在的问题是导致所生产的石墨换向器时好时坏，残次品多，质量不稳定。
另外，现有技术中公开的对石墨片的电镀，只是简单地镀一层铜或铜银合金，由于铜或铜银合金与与石墨片之间的可粘接结合力并不强，因此随着使用时间的增长，铜镀层或铜银合金镀层会慢慢从石墨片上脱落，导致石墨换向器的导电度不良。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于提出一种制造导电性好、使用寿命长、性能稳定的石墨平面换向器的方法。
本发明所要解决的另一个技术问题在于提出一种焊接石墨平面换向器的环形石墨片和精密铜壳的焊接装置和方法。
本发明所要解决的再一个技术问题在于提出一种所制造出的换向器残次品少、质量稳定的制造所述平面石墨换向器的方法。
为解决上述技术问题，本发明的一种石墨平面换向器的制造方法，所述方法包括以下步骤：一种石墨平面换向器的制造方法，所述方法包括以下步骤：(a)制造一个精密铜壳，所述精密铜壳具有半封闭的空腔、使所述空腔呈向外开放的开口端、与开口端相对的具有一个中轴孔的工作端以及多个环绕于工作端的片爪；(b)在已成型好的与所述精密铜壳的工作端匹配的环形石墨片的其中一个表面先镀镍后镀铜，使该表面成为所述环形石墨片的连接端；(c)将所述精密铜壳与所述环形石墨片通过焊接方式连接，其连接面分别为所述精密铜壳的工作端和所述环形石墨片的连接端，得到一个复合件；(d)对所述复合件进行压注成型、铣槽和弯钩即得到成品石墨平面换向器。
所述步骤(c)中，所述焊接是在密闭空间进行的钎焊。所述步骤(c)中，所述焊接是通过热空气加热的钎焊。
所述步骤(c)中所用的焊接装置，包括一个密封箱体，设于密封箱体顶部的至少一个加压机构，设于密封箱体上的至少一个热风进口和至少一个排风口，密封箱体内部的用于固定所述精密铜壳的至少一个固定机构，以及用于控制所述密封箱体内的温度的控温装置。所述热风进口位于所述密封箱体的下部，所述排风口位于所述密封箱体的上部。
所述步骤(c)的具体工艺步骤为，(1)在所述精密铜壳的工作端和所述环形石墨片的连接端之间设置钎料，并用所述固定机构固定在所述密封箱体中；(2)通过所述热风进口将热空气通入所述密封箱体，将密封箱体内的冷空气通过排风口赶走，同时通过所述控温装置调节密封箱体内的温度为50-350℃，并操作所述加压机构对所述环形石墨片施加压力，冷却后即得到步骤(c)所述的复合件。所述密封箱体内的温度优选为200-300℃。所述加压机构对所述环形石墨片施加的压力为10-50牛顿。
在所述密封箱体内通过多个所述固定机构固定放置多个所述精密铜壳以一次生产多个所述复合件。
在所述步骤(b)中，所述镍和铜是通过刷镀的方式镀到所述环形石墨片上的。
本发明的上述技术方案与现有技术相比具有以下优点：(1)本发明的石墨平面换向器的制造方法中，在环形石墨片的其中一个表面先镀镍后镀铜，通过先镀镍增强了导电层(指镍镀层和铜镀层)与环形石墨片间的可粘接结合力(达到10KG以上，所述结合力使用国家标准中电镀结合力的测试方法进行测试)，从而保证了所述导电层不会从环形石墨片上脱落，而后镀铜则保证了所述环形石墨片和所述精密铜壳之间的导电性，因此所述先镀镍后镀铜的方法为所述石墨平面换向器的导电性和使用寿命提供了保证；(2)本发明的石墨平面换向器的制造方法中，环形石墨片和精密铜壳是在密闭空间内、在控温条件下通过热空气加热焊接的，因此环形石墨片和精密铜壳被整体加热，且加热均匀，使用该种焊接方法使得环形石墨片和精密铜壳之间连接牢固、整个工件变形小，所生产的石墨平面换向器使用寿命长，残次品少，质量稳定，解决了现有技术中所生产的石墨平面换向器质量不稳定，时好时坏的技术难题；(3)本发明制造石墨平面换向器方法中所使用的焊接装置，一次性可制造多个复合件，具有生产效率高和工作性能稳定的优点。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。首先对附图进行简要说明，其中：
图1是本发明的成型好的环形石墨片的示意图；
图2是本发明实施例的精密铜壳的示意图；
图3是图2的A-A向剖视图；
图4是本发明的石墨平面换向器的俯视图；
图5是图3的A-A向剖视图；
图6是本发明的焊接装置的一个实施例的结构示意图；
图7是本发明的焊接装置中的加压机构的另一个实施例的结构示意图；
图8是本发明的焊接装置中的固定机构的另一个实施例的结构示意图。
图中所示附图标记分别为：1-环形石墨片、2-精密铜壳、3-开口端、4-中轴孔、5-工作端、6-片爪、7-内钩爪、8-外钩爪、9-本体、10-绝缘塑胶支撑体、11-铣槽、12-换向片、13-连接钩、101-密封箱体、102-压力棒、103-热风进口、104-排风口、105-卡座、106-钎料、107-固定板、108-压力头、109-弹簧、110-卡具。
具体实施方式
本发明中所述的石墨平面换向器的端面是指石墨平面换向器朝向电刷的一面，也即为所述环形石墨片的端面。
图1所示为本发明的成型好的环形石墨片1的示意图，图2和图3是本发明的精密铜壳2的结构示意图，所述精密铜壳2具有半封闭的空腔、使所述空腔呈向外开放的开口端3、与开口端3相对的具有一个中轴孔4的工作端5、多个大小形状相同的均匀环绕于工作端5的片爪6，以及在所述工作端5朝向所述开口端3的内侧面上的内钩爪7和外钩爪8，每个片爪6对应一个内钩爪7和一个外钩爪8，所述内钩爪7和外钩爪8相互配合形成相向倾斜的“八”字形结构，其中内钩爪7为“Y”型枝叉结构。
图4和图5是本发明石墨平面换向器的一个实施例的结构示意图，其包括本体9、环形石墨片1和绝缘塑胶支撑体10，所述环形石墨片1的端面具有铣槽11，所述铣槽11将环形石墨片1均匀分成八个换向片12，所述本体9上设置有连接钩13，其中，本体9是指精密铜壳2经弯钩和铣槽后的部分，连接钩13是精密铜壳2中的片爪6经弯钩步骤后的部分。
以下详细介绍本发明的石墨平面换向器的制造方法。
本发明的石墨平面换向器的制造方法为：
(a)制造精密铜壳：对成型的圆柱形铜坯进行冷挤压，得到铜壳粗坯，然后对所述铜壳粗坯进行精密整形，落料后得到所述精密铜壳2，上述具体工艺步骤参见申请人在其公开号为CN101242067A的中国专利申请中精密铜壳的制造方法(见说明书第8页最后一段和第9页前两段)，本发明中的精密铜壳2的制造方法与该专利申请中精密铜壳的制造方法相同，在此不再赘述。
(b)在已成型好的与所述精密铜壳2的工作端5匹配的环形石墨片1的其中一个表面先镀镍后镀铜，使该表面成为所述环形石墨片的连接端，其中镀镍和镀铜所用的方法为电刷镀，电刷镀技术为现有技术，其采用专用的直流电源设备，电源的正极叫刷镀笔，作为刷镀的阳极，电源的负极接工件，作为刷镀时的阴极，刷镀时使浸满镀液的刷镀笔以一定的相对运动速度在工件表面上移动，并保持适当的压力，在刷镀笔与工件接触的部位，镀液中的金属离子在电场的作用下扩散到工件表面，并在负极获得电子被还原成金属原子，沉积结晶形成镀层。电刷镀的设备主要包括电源装置、刷镀笔以及各种辅助材料。本发明中镀镍时所用的镀液为六水合硫酸镍、氨基乙酸和冰醋酸，镀铜时所用的镀液为碱性铜，其溶液成分为硫酸铜，乙二胺，氨三乙酸，硝酸铵和硫酸钠。
(c)复合件的制造：将所述精密铜壳2的工作端5与所述环形石墨片1的连接端通过焊接方式连接，图6为所用的焊接装置的结构示意图，其包括一个密封箱体101，设于密封箱体101顶部的可移动的加压机构，位于密封箱体101下部的一个热风进口103和位于上部的一个排风口104，密封箱体101内部的用于固定所述精密铜壳的固定机构，以及位于密封箱体101外与密封箱体101连接的控温装置，其中，所述加压机构为多个可移动的压力棒102，所述多个压力棒102用于给多个所述环形石墨片1施加压力，所述固定机构为与所述精密铜壳2的中轴孔4匹配的卡座105，将所述精密铜壳2穿入所述卡座105即可固定所述精密铜壳2。
制造所述复合件的具体工艺步骤为：在所述精密铜壳2的工作端5均匀涂布焊锡和钎剂后，将其放入所述密封箱体101，并用所述卡座105固定，将所述环形石墨片1的连接端置于涂有焊锡和钎剂的所述精密铜壳2的工作端5上，通过所述热风进口103将热空气通入所述密封箱体101，将密封箱体101内的冷空气通过排风口104赶走，同时通过所述控温装置调节密封箱体101内的温度为50-350℃，然后操作所述压力棒102给所述环形石墨片1施加压力，所述压力棒102对所述环形石墨片1施加的压力为100-500牛顿，施压完毕，冷却即得到所述复合件。在该实施例中，所述密封箱体101内设置多个卡座105用于固定多个所述精密铜壳2，以一次生产多个所述复合件；所述控温装置通过控制热风进口103和排风口104的气体流速来控制密封箱体101内的温度。
另外，所述密封箱体101内的温度优选200-300℃，在该温度下所述环形石墨片1和精密铜壳2之间焊接更牢固。
在上述制造复合件的工艺中，也可以先将精密铜壳2放入所述密封箱体101用卡座105固定后，涂布焊锡和钎剂，再将所述环形石墨片1的连接端置于涂有焊锡和钎剂的所述精密铜壳2的工作端5，或者也可以将所述精密铜壳2的工作端5涂布焊锡和钎剂，并将所述环形石墨片1的连接端置于涂有焊锡和钎剂的所述精密铜壳2的工作端5上后，再放入所述密封箱体101，并用卡座固定。以上操作顺序根据实际生产需要进行选择。
(d)压注成型、铣槽和弯钩：所述压注成型是在复合件上压注出绝缘塑胶支撑体10，所述铣槽步骤是在所述精密铜壳2的每两个片爪6之间将环形石墨片1切开一直到所述绝缘塑胶支撑体10以构成多个碳换向片12，所述弯钩步骤是将所述片爪6弯成所述石墨平面换向器的连接钩13。其具体工艺步骤为在所述复合件的容腔内填入电木粉，放在压注机上进行压注成型，所述压注成型使热固性电木粉与复合件凝聚在一起，然后进行铣槽，铣槽完成后，将位于精密铜壳2外部的片爪6进行弯钩得到连接钩13，即制得本发明的石墨平面换向器，参见图4和图5。
在所述步骤(c)中，所述加压机构还可以是这样的结构，在固定板107上设置多个弹簧109，在所述弹簧109上连接有压力头108，其中，所述固定板107设于所述密封箱体101的顶部并可上下移动，所述每个压力头108对应一个所述环形石墨片1用于给所述环形石墨片施压。在这种结构中由于所述压力头108的长度可以调节，因此在实际生产中应用性比较强。所述固定机构也可以为将所述精密铜壳2卡住的卡具110(参见图8)或其它可以固定所述精密铜壳2的机构。在其它实施例中，所述密封箱体101由两部分构成，即由位于下部的密封容器和位于上部的与所述密封容器匹配的密封盖密封连接组成，所述密封盖是可以打开的。
在上述步骤(d)中，所述复合件压注成型后，也可以先将所述片爪6进行弯钩得到连接钩13，然后再对其铣槽以得到本发明的石墨平面换向器。
本发明的石墨平面换向器的制造方法中，在环形石墨片的其中一个表面先镀镍后镀铜，通过先镀镍增强了导电层(指镍镀层和铜镀层)与环形石墨片间的可粘接结合力(达到10KG以上)，从而保证了所述导电层不会从环形石墨片上脱落，而后镀铜则保证了所述环形石墨片和所述精密铜壳之间的导电性，因此所述先镀镍后镀铜的方法为所述石墨平面换向器的导电性和使用寿命提供了保证。
本发明的石墨平面换向器的制造方法中，环形石墨片和精密铜壳是在密闭空间内、在控温条件下通过热空气加热焊接的，因此环形石墨片和精密铜壳被整体加热，且加热均匀，使用该种焊接方法使得环形石墨片和精密铜壳之间连接牢固、整个工件变形小，所生产的石墨平面换向器使用寿命长，残次品少，质量稳定，解决了现有技术中所生产的石墨平面换向器质量不稳定，时好时坏的技术难题；。
本发明制造石墨平面换向器方法中所使用的焊接装置，一次性可制造多个复合件，具有生产效率高和工作性能稳定的优点。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (6)
1.一种石墨平面换向器的制造方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：
(a)制造一个精密铜壳(2)，所述精密铜壳(2)具有半封闭的空腔、使所述空腔呈向外开放的开口端(3)、与开口端(3)相对的具有一个中轴孔(4)的工作端(5)以及多个环绕于工作端的片爪(6)；
(b)在已成型好的与所述精密铜壳(2)的工作端(5)匹配的环形石墨片(1)的其中一个表面先镀镍后镀铜，使该表面成为所述环形石墨片的连接端；
(c)将所述精密铜壳(2)与所述环形石墨片(1)通过焊接方式连接，其连接面分别为所述精密铜壳的工作端(5)和所述环形石墨片(1)的连接端，得到一个复合件；
(d)对所述复合件进行压注成型、铣槽和弯钩即得到成品石墨平面换向器;
所述步骤(c)中，所述焊接是通过热空气加热的钎焊，所述步骤(c)中所用的焊接装置，其包括一个密封箱体(101)，设于所述密封箱体(101)顶部的至少一个加压机构，设于所述密封箱体(101)上的至少一个热风进口(103)和至少一个排风口(104)，所述密封箱体(101)内部的用于固定所述精密铜壳(2)的至少一个固定机构，以及用于控制所述密封箱体(101)内的温度的控温装置；
所述步骤(c)的具体工艺步骤为，(I)在所述精密铜壳(2)的工作端(5)和所述环形石墨片(1)的连接端之间设置钎料(106)，并用所述固定机构固定在所述密封箱体(101)中；(II)通过所述热风进口(103)将热空气通入所述密封箱体(101)，将密封箱体(101)内的冷空气通过排风口(104)赶走，同时通过所述控温装置调节密封箱体(101)内的温度为50-350℃，并操作所述加压机构对所述环形石墨片(1)施加压力，冷却后即得到步骤(c)所述的复合件。
2.根据权利要求1所述的石墨平面换向器的制造方法，其特征在于：所述加压机构为，在固定板(107)上设置多个弹簧(109)，在所述弹簧(109)上连接有压力头(108)，所述固定板(107)设于所述密封箱体(101)的顶部并可上下移动，所述每个压力头(108)对应一个所述环形石墨片(1)用于给所述环形石墨片施压。
3.根据权利要求1或2所述的石墨平面换向器的制造方法，其特征在于：所述热风进口(103)位于所述密封箱体(101)的下部，所述排风口(104)位于所述密封箱体(101)的上部。
4.根据权利要求1或2所述的石墨平面换向器的制造方法，其特征在于：所述密封箱体(101)内的温度为200-300℃。
5.根据权利要求1或2所述的石墨平面换向器的制造方法，其特征在于：在所述密封箱体(101)内通过多个所述固定机构可固定放置多个所述精密铜壳(2)以一次生产多个所述复合件。
6.根据权利要求1所述的石墨平面换向器的制造方法，其特征在于：在所述步骤(b)中，所述镍和铜是通过电刷镀的方式镀到所述环形石墨片(1)上的。
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