RU2218628C2

RU2218628C2 - Способ получения контактных пластин

Info

Publication number: RU2218628C2
Application number: RU2002104508/02A
Authority: RU
Inventors: И.А. Золотухин; К.Ю. Козлов
Original assignee: Золотухин Игорь Анатольевич; Козлов Константин Юрьевич
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2002-02-19
Publication date: 2003-12-10

Abstract

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению контактных пластин токоприемников. Способ получения контактных пластин из порошкового материала включает формирование шихты, содержащей железо, медь, никель, фосфор, стеарат цинка, обработку давлением заготовок контактных пластин, их спекание и пропитку в расплавленном свинце, поверхность которого защищена слоем порошка древесного угля при следующем соотношении компонентов в пластине после пропитки, мас.%: медь 13,0-17,0; никель 0,8-1,0; фосфор 0,1-0,3; стеарат цинка 0,2-0,6; свинец 24,0-27,0; железо остальное. Обработку давлением заготовок контактных пластин проводят по боковой продольной стороне заготовки в матрице, короткие стороны разъема которой в плоскости, перпендикулярной оси инструмента, выполнены в виде ломаной линии, образующей при вершине угол α не более 180^o. Перед спеканием торцы заготовок контактных пластин обрезают с двух сторон под углом не более 90^o. Техническим результатом является повышение антифрикционных свойств и прочности контактных пластин, упрощение технологического процесса, снижение энергозатрат. 2 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 ил.

Description

Изобретение относится к металлургии, в частности к порошковым материалам, и может быть использовано для изготовления контактных пластин токоприемников электроподвижного состава электрического транспорта.

Известен способ получения контактных пластин (см. а.с. 892495, кл. Н 01 Н 1/02, С 22 С 38/60, С 22 С 33/02, дата подачи заявки 2904601 16.04.80 г., дата публикации 23.12.81 г., патентообладатель: Всесоюзный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта).

Способ получения контактных пластин из порошкового материала, предусматривает формирование из шихты, содержащей железо (основа), медь, никель, прокатку контактных пластин, их спекание в атмосфере водорода при температуре 1150^oС в течение 1,5 ч. Спеченную пластину пропитывают сплавом СОЦ в автоклаве при 1 мм рт.ст. и получают пластины, содержащие, %:
Медь - 8,8-12,0
Никель - 0,36-1,2
Свинец - 20,15-28,0
Олово - 0,6-1,7
Железо - Остальное
Контактные пластины, изготовленные известным способом, имеют неплохие триботехнические свойства, однако возможности их повышения исчерпаны и требуется иная технология для дальнейшего повышения качества токосъемных контактных пластин. Кроме того, при выполнении небольших партий и частой смены номенклатуры изделий контактных пластин способ прокатки пластин может быть экономически нецелесообразен из-за большого объема задействованного оборудования прокатки.

Известен способ получения контактных пластин, выбранный в качестве прототипа (см. патент Российской Федерации 2166410, кл. B 22 F 3/26, С 22 С 1/04, С 22 С 33/02, дата подачи заявки 99118925 30.08.1999 г., дата публикации 10.05.2001 г., патентообладатель: Берент В.Я.).

Известный способ получения контактных пластин из порошкового материала предусматривает формирование шихты, содержащей железо, медь, никель, фосфор, серу, углерод и сталь Х18Н15, обработку давлением контактных пластин, их спекание и пропитку сплавом пропитки, содержащим олово, свинец, цинк при следующем соотношении компонентов:
Медь - 5,2-7,8
Никель - 0,32-0,7
Фосфор - 0,14-0,22
Свинец - 25,0-32,0
Олово - 1,25-1,75
Сера - 0,34-0,8
Цинк - 0,03-0,048
Углерод - 0,24-0,34
Сталь Х18Н15 - 3,8-7,5
Железо - Остальное
Спеченные пластины перед пропиткой закрепляют на основании в виде стальной ленты. При этом пропитку могут осуществлять как в автоклаве под давлением 10-100 ат. при температуре 400-450^oС, так и на воздухе при температуре 800-900^oС.

Известное техническое решение - прототип обладает рядом недостатков.

Наличие в составе известной шихты таких компонентов как сера и цинк приводит к тому, что контактные пластины получаются более хрупкими, при этом цинк, выгорая, образует поры, наличие которых снижает механическую прочность. Введение в шихту дорогих и дефицитных компонентов как олово и сталь Х18Н15 приводит к увеличению себестоимости контактных пластин.

Кроме того, спеченные пластины перед пропиткой закрепляются на основании, выполненном в виде стальной ленты токоприемника. Поэтому в процессе эксплуатации, когда спеченные пластины приходят в негодность, приходится выбрасывать стальные ленты токоприемника с расположенными на них спеченными пластинами, что экономически нецелесообразно.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, то есть:
- повышение антифрикционных свойств и прочности контактных пластин;
- упрощение технологического процесса и снижение энергозатрат.

Для решения указанной задачи в способе получения контактной пластины из порошкового материала, предусматривающего формирование шихты, содержащей железо, медь, никель, фосфор, обработку давлением заготовок контактных пластин, их спекание и пропитку, согласно изобретению в шихту дополнительно вводят стеарат цинка, а пропитку ведут в расплавленном свинце, поверхность которого защищена слоем порошка древесного угля при следующем соотношении компонентов в пластине после пропитки, мас.%:
Медь - 13,0-17,0
Никель - 0,8-1,0
Фосфор - 0,1-0,3
Стеарат цинка - 0,2-0,6
Свинец - 24,0-27,0
Железо - Остальное
Задача также решается за счет того, что в способе получения контактных пластин, согласно изобретению обработку давлением заготовок контактных пластин проводят по их боковой продольной стороне в матрице, короткие стороны разъема которой в плоскости, перпендикулярной оси инструмента, выполнены в виде ломаной линии, образующей при вершине угол α не более 180^o.

Техническая сущность изобретения состоит в том, что шихта дополнительно содержит стеарат цинка, что делает возможным исключить "слипание" частиц порошкового материала в "комочки" при его перемешивании. Это позволяет получить более равномерный состав шихты, что делает возможным снизить давление прессования заготовок контактных пластин и получить при этом равномерную плотность заготовок контактных пластин по всей их длине.

Кроме того, исключение из сплава пропитки дефицитного олова и введение свинца уменьшает себестоимость контактных пластин, не снижая при этом их антифрикционных свойств. При этом поверхность расплавленного свинца от окисления воздухом защищена слоем порошка древесного угля.

Предлагаемое соотношение компонентов, входящих в шихту и сплав пропитки является оптимальным и найдено экспериментально. Все компоненты осуществляют определенные функции, совокупность которых способствует повышению качества контактных пластин и снижение их себестоимости.

Обработку давлением заготовок контактных пластин проводят по их боковой продольной стороне в специальном инструменте - матрице. Это позволяет значительно снизить усилие прессования, обеспечивая при этом заданную плотность заготовки. Кроме того, короткие стороны разъема матрицы в плоскости, перпендикулярной оси инструмента, выполнены в виде ломаной линиии, образующей при вершине угол α не более 180^o, что обеспечивает свободное "удлинение" заготовок контактных пластин в результате воздействия на них упругих сил после снятия прессовых нагрузок.

Заявляемое техническое решение имеет отличия от прототипа (см. патент Российской Федерации 2166410, кл. В 22 F 3/26, С 22 С 1/04, С 22 С 33/02, дата подачи заявки 30.08.1999 г., дата публикации 10.05.2001 г., патентообладатель: Берент В.Я.), следовательно, соответствует критерию "новизна", не следует явным образом из изученного уровня техники, то есть, имеет изобретательский уровень.

Заявляемое техническое решение может быть использовано в промышленности, следовательно, оно является промышленно применимым.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами, где
на фиг. 1 схематически изображен процесс прессования порошкового материала для получения контактной пластины;
на фиг.2 - разъем матрицы;
на фиг.3 - общий вид контактной пластины.

Пример конкретного выполнения. Заявляемый способ реализуется следующим образом.

В смеситель загружаются предварительно просеянные компоненты порошкового материала в следующем соотношении, мас.%:
Медь - 13-17
Никель - 0,8-1,0
Фосфор - 0,1-0,3
Стеарат цинка - 0,2-0,6
Железо - Остальное
Смесь тщательно перемешивают в течение 30 минут, готовую смесь 1 (см. фиг.1) засыпают в матрицу 2 (см. фиг.2) и прессуют при давлении 90 ат. Спрессованную заготовку контактной пластины извлекают из матрицы 2 и с двух концов обрезают под заданным углом (см. фиг.3). Обрезанные заготовки контактных пластин спекают в среде эндогаза при температуре 1180^oС. Затем спеченные заготовки охлаждают. Охлажденные заготовки контактных пластин пропитывают расплавленным свинцом при температуре 850^oС в течение 5 минут. При этом поверхность расплавленного свинца защищена от контакта с воздухом слоем древесного угля.

Пропитанные пластины вынимают из ванн, охлаждают до комнатной температуры, зачищают от пригаров и упаковывают в тару.

Как показали экспериментальные исследования, контактные пластины, выполненные по предлагаемому способу, по своим эксплуатационным характеристикам превышают соответствующие характеристики аналогов и прототипа. При этом само устройство для получения контактных пластин просто. Меняя матрицу и пуансон можно легко перейти на другую номенклатуру изделий. Контактные пластины можно выпускать небольшими партиями. Кроме того, контактные пластины, выполненные по предлагаемому способу значительно дешевле, чем пластины, выполненные известным способом.

В табл. 1 показан сравнительный анализ основных эксплуатационных характеристик предлагаемого технического решения и прототипа.

В табл. 2 представлен сравнительный анализ фактических свойств контактных пластин с требуемыми свойствами по ТУ-32ЦТ.2041-97 г. "Пластины контактные из спеченного материала, пропитанные сплавом СОЦ".

Claims

1. Способ получения контактных пластин из порошкового материала, предусматривающий формирование шихты, содержащей железо, медь, никель, фосфор, обработку давлением заготовок контактных пластин, их спекание и пропитку, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят стеарат цинка, а пропитку ведут в расплавленном свинце, поверхность которого защищена слоем порошка древесного угля, при следующем соотношении компонентов в пластине после пропитки, мас.%:

Медь 13,0-17,0

Никель 0,8-1,0

Фосфор 0,1-0,3

Стеарат цинка 0,2-0,6

Свинец 24,0-27,0

Железо Остальное

2. Способ получения контактных пластин по п.1, отличающийся тем, что обработку давлением заготовок контактных пластин проводят по боковой продольной стороне заготовки в матрице, короткие стороны разъема которой в плоскости, перпендикулярной оси инструмента, выполнены в виде ломаной линии, образующей при вершине угол α не более 180°.

3. Способ получения контактных пластин по п.1, отличающийся тем, что перед спеканием торцы заготовок контактных пластин обрезают с двух сторон под углом не более 90°.