способ изготовления контактных вставок

Формула изобретения

Способ изготовления контактных вставок, включающий смешивание связующего и графитового наполнителя, прессование изделий из полученной смеси при удельном давлении прессования 300-400 кгс/см ², выдержку под давлением и последующую термическую обработку изделия, отличающийся тем, что связующее вводят в смесь в виде порошка, прессование ведут при температуре 150-170°С, выдержку изделия под давлением производят в течение 3-5 мин, а термическую обработку производят поэтапно, начиная с быстрого нагрева до 80-100°С, затем выполняя медленный нагрев с убывающей скоростью до 150-200°С, выдержку при этой температуре и медленное естественное охлаждение.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам изготовления устройств для контактного токосъема и может использоваться в электротехнике для изготовления контактных вставок для железнодорожного транспорта и городского электротранспорта.

Известен способ изготовления контактных вставок, описанный в патенте РФ №2109645 "Способ изготовления контактных вставок токосъемников электрического транспорта" по кл. B 60 L 5/08, H 01 R 39/20, з. 01.11.94, оп. 27.04.98.

Известный способ заключается в том, что осуществляют вальцевание смеси кокса, графита и фенолформальдегидного связующего новолачного типа, измельчение, рассев и горячее прессование, при этом вальцевание производят в один прием за время 10-20 с в интервале температур пластично-вязкого состояния последнего 110-140°С.

Недостатком известного способа является то, что он является весьма трудоемким.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является способ изготовления контактных вставок, описанный в одноименном патенте РФ №2170183 по кл. B 60 L 5/08, з. 29.02.2000, оп. 10.07.01 и выбранный в качестве прототипа.

Известный способ заключается в том, что смешивают жидкое связующее и графитовый наполнитель, вводя при этом в состав до 3% полиэтилена, затем смесь подсушивают, снова измельчают, прессуют из полученной смеси изделия при температуре 180-200°С при удельном давлении прессования 300-400 кгс/см ² и выдержке под давлением 20-40 с на 1 мм толщины образца и подвергают изделия термической обработке при температуре 175-185°С не менее 10 мин на 1 мм изделия.

Недостатком способа является то, что вводимый в него полиэтилен ухудшает механические свойства вставки. Это объясняется следующим. При термической обработке изделие сразу помещают в среду с температурой 175-185°С, где равномерный прогрев всего изделия не происходит, вредные летучие вещества остаются в изделии. При быстром нагреве вставки возникают также напряжения в теле вставки, которые приводят к возникновению и развитию трещин. Кроме того, температура плавления полиэтилена 130-135°С, а температура при эксплуатации также достигает 105-140°С, поэтому в процессе эксплуатации полиэтилен начинает плавиться и происходит разрушение вставки, что сокращает срок ее службы. Добавка полиэтилена увеличивает удельное сопротивление вставки, что соответственно увеличивает в процессе эксплуатации падение напряжения на ней и приводит к дополнительному нагреву, что также ускоряет разрушение вставки. Помимо этого, длительные выдержка под давлением и термическая обработка при стандартной толщине вставки 30 мм достигают значительной величины по времени (10-20 мин и 5-6 часов соответственно), что снижает производительность процесса.

Задачей заявляемого технического решения является улучшение механических свойств вставки при повышении производительности способа изготовления.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления контактных вставок, включающем смешивание связующего и графитового наполнителя, прессование изделий из полученной смеси при удельном давлении прессования 300-400 кгс/см ², выдержку под давлением и последующую термическую обработку изделия, согласно изобретению связующее вводят в смесь в виде порошка, прессование изделий ведут при температуре 150-170°С, выдержку изделия под давлением производят в течение 3-5 минут, а термическую обработку производят поэтапно, начиная ее с быстрого нагрева до 80-100°С, затем выполняя медленный нагрев с убывающей скоростью до 150-200°С, выдержку при этой температуре и медленное естественное охлаждение.

Введение в смесь связующего в виде порошка и указанный поэтапный режим термической обработки обеспечивают плавную и полную полимеризацию связующего (в качестве которого обычно используется фенолформальдегидная смола), при которой отдельные молекулы (мономеры) срастаются в более крупные (полимеры) - линейные, сетчатые и трехмерные. При этом зерна прочно обволакиваются связкой из-за снижения вязкости фенолформальдегидной смолы под действием тепла и происходит выделение летучих веществ (фенола, паров воды и аммиака), что приводит к образованию пор, а затем вязкость смолы повышается и происходит отверждение смеси.

Осуществление прессования при более низкой температуре (150-170°С) улучшает качество изделия за счет снижения скорости полимеризации, т.к. не происходит быстрого предварительного схватывания смеси в изделии до его окончательного формирования, а уменьшение времени выдержки при прессовании повышает производительность процесса.

Механические свойства изделия повышаются при достаточно высокой производительности процесса производства.

Заявляемый способ обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как введение в смесь связующего в виде порошка, прессование изделий при температуре 150-170°С, выдержка изделия под давлением в течение 3-5 минут и проведение термической обработки поэтапно с названными выше этапами, обеспечивающими достижение заданного результата.

Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение указанного результата, поэтому он считает, что заявляемый способ изготовления контактных вставок соответствует критерию "изобретательский уровень".

Заявляемый способ изготовления контактных вставок может найти широкое применение для изготовления устройств контактного токосъема для железнодорожного и электротранспорта, а потому соответствует критерию "промышленная применимость"

Способ изготовления контактных вставок включает смешивание связующего и графитового наполнителя, прессование изделий из полученной смеси при температуре 150-170°С при удельном давлении прессования 300-400 кгс/см², выдержку под давлением в течение 3-5 минут и последующую термическую обработку изделия. При этом термическая обработка производится поэтапно и включает быстрый нагрев до 80-100°С, затем медленный нагрев с убывающей скоростью до 150-200°С, выдержку при этой температуре и медленное естественное охлаждение.

Заявляемый способ изготовления контактных вставок осуществляется следующим образом.

Углеродистый наполнитель (графит 75-85%) и сухое связующее (фенолформальдегидная смола - 15-25%) смешивают, помещают в пресс-формы. Прессование ведут при температуре 150-170°С, удельном давлении 300-400 кгс/см² с выдержкой изделий под давлением в течение 3-5 минут. Затем вынимают изделия из пресс-форм, помещают в специальные термокамеры и подвергают их термической обработке. Для этого производят в течение 30-50 мин быстрый нагрев изделий до 80-100°С, затем начинают медленный нагрев до 150-200°С с убывающей скоростью в течение 2,5-3 часов, выдерживают при этой температуре до 1,5 часов и охлаждают вместе с термокамерой путем естественного остывания.

Недлительная выдержка изделий под давлением при более низких, чем в прототипе, температурах, последующий плавный и постепенный нагрев изделий при термообработке позволяют получить качественную полимеризацию связующего и достаточно быстро получить готовую вставку с хорошими механическими характеристиками (прочностью, вязкостью, монолитностью), не нуждающуюся в дальнейшей обработке.

В сравнении с прототипом заявляемый способ изготовления контактных вставок позволяет получить вставки более высокого качества и с большей производительностью.