摘要：科技在不断的发展，社会在不断的进步，直流电机通常都采用的是永磁直流电动机，而换向器是直流电动机最关键的部件，换向器表面的加工质量直接影响电动机的整体质量，尤其是对电动机的噪音影响非常大。下面就换向器表面质量对电机质量的影响以及如何提高换向器表面加工质量进行分析。
关键词：换向器表面粗糙度；跳动量；金刚石刀具
俗话说“工欲善其事必先利其器”，经验告诉我们，换向器表面质量在加工过程中，除了机床因素外还取决于刀具材料、几何参数以及切削用量等选择的合理与否。我厂采用0616.HG28或HG32等普通车床进行精加工，采用刀片型号是A315Z，牌号是YG8，刀杆采用了45号冷拉方钢，用点焊机焊接，经粗磨、半精磨、精磨而成。这把精车刀其加工对象主要是紫铜(TZY)，并且有一部分非金属，所以我们采用了大的前角和较大的刃倾角，大大提高了工作时的前角，使刀刃锋利，并控制了流出的切屑，不使它碰着已加工的表面，刀尖留有过渡刃f，从而大大提高了换向器表面质量。
1 直流微电机行业的现状
直流微电机生产企业面临着艰难的处境，市场竞争愈发残酷，产品价格急降而材料费、人工费持续上升。如何保证产品的质量而又能有效地降低成本，是决定企业生存空间的重要途径。在直流微电机中，换向器和电刷的工作状态对电机性能稳定性和使用寿命起着决定性的影响。因而，高性能的复合材料换向器一经面世即得以迅速推广应用，成为微电机不二的选择。然而在直流微电机各种零部件中，复合材料换向器的成本最高，占整个电机材料费用的25%以上。因此，在满足使用要求的前提下，降低换向器的成本，对生产企业的生存和发展有着极其重要的意义。
2 加工换向器刀具的选择
2.1 刀具材质的选择
在换向器车削中，刀具的旋转非常重要。一般厂家为了节约生产成本，采用硬质合金刀具加工，车削完后再用砂纸抛光，这种加工方法存在以下缺点：①换向器片之间易产生“驼背”现象；②换向器槽内易产生毛刺和铜沫；③用砂纸抛光过程中易留下脱落的磨粒和杂物，表面粗糙度达不到要求，且易产生火花。经过多年的对比实践，选用金刚石刀具，其有以下优点：①硬度高，耐磨性好，可加工铜质材料的间断性车削工件。特别适用于对电机噪音要求高的换向器表面加工，可很好地控制电机噪音。②精度高，被加工零件的尺寸稳定。金刚石刀具的高耐磨性，其使用寿命远远高于硬质合金刀具，被加工零件尺寸稳定，形状误差小。③生产效率高，综合成本降低。切削速度远远高于硬质合金刀具。金刚石刀具的寿命一般是硬质合金刀具的50-200倍，会大大降低换刀次数，检测频次也会大大降低，从而降低加工的综合成本。
2.2 刀具几何角度的选择
换向器片的材料为T2Y，硬度、强度都比较低，选择较小的前角可以保证刀具切削刃的锋利；为使切削平稳，降低切削力和切削热，放置切屑飞溅到已加工表面，通常选择大刃倾角，一般选择10°-12°比较合适。这样在车削换向器时其表面会产生一定的挤压力，使车削、挤压一次性完成，可以有效提高换向器表面质量，改变换向器金属表面组织。当然切削角度、切削量、切削速度对刀具寿命和切削质量影响很大。下面是自动精车机的工艺参数，以供参考。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆换向器直径：18.5mm粗车速度：400r/min走刀量：0.15mm/r精车速度：350r/min走刀量：0.08mm/r
2.3 几种车削换向器方法的比较
大型直流电机换向器的车削一般有以下三种方法:(1)大型车床车削。采用这种方法，需要吊出电枢，因此需吊去外罩，打开两端轴承盖和轴瓦，卸开与电机相联的联轴节，分解定子或将电机转子抽芯。大型直流电机，电枢重量达十几吨，甚至几十吨，吊装和运输都很困难，同时还必须有大型车床设备。这种处理方法，拆装工作量很大，修理周期长，一般只有在电机大修时才用。(2)采用传动装置带动电枢在木体上车削。用传动机构带动电枢，在木体上车削换向器，需要临时装设一套庞大而复杂的机械一电气装置，大大增加车削换向器的准备工作量，并需消耗较多材料。(3)直流电机供电自转，带电车削。方法是将要车削换向器的直流电机通电，使电机在减压和削弱磁场的情况下，用作一个马达来运转，依靠其自身的驱动，带电车削换向器。其优点是方法简单，仅需装设一个刀架，大大减少了拆装工作量和准备工作，节约材料和缩短检修工期。但是，过去采用带电切削方法时，由于换向器片间存在短路火花，造成刀具磨损快，加工精度不够，表面粗糙度不高，影响了这种车削方法的推)‘一。(4)换向器车削后的处理:换向器外圆车削后，修整片间云母槽，并用特制刮刀将换向器片边缘棱角刮成45。的倒角，然后用00号砂布或400号水砂纸将换向器表面磨光，经过剔槽、车削、磨光后，使换向器在额定转速卜运转，再用粗响J进行抛光，使换向器表面粗糙度达0.4。最后用干燥清洁的压缩空气吹灰、并用浸有汽油或酒精的布抹净。
2.4 加工过程的冷却和排屑处理
金刚石刀具刀刃非常锋利，刃部表面粗糙度很低，摩擦系数小，切屑容易排出。但由于切削属于断续切削，切下的铜屑呈针状，切削速度较高，飞出的铜屑很容易划伤已加工表面或粘附于换向器槽口及刀尖上，影响加工质量。采用的在换向器表面刷煤油来进行冷却，采用高压风吸尘器排屑。
2.5 复合材料换向器磨屑短路失效的鲜明特征
(1)短时间内发生音响微电机在其工作条件下，连续运转寿命一般都在1000小时以上，换向器表面的摩擦凹痕较浅，基本上看不到明显的金属磨屑。而这种金属磨屑短路，一般都会发生在连续运转100小时内。(2)高温运转更容易发生，播放设备连续工作时，机箱内的温度会升高，所以对音响电机要求保证一定的高温运转能力，一般要求温度为600C。而在高温下，微电机发生金属磨屑短路失效机率大大增加。(3)有油污时发生的机率会小些。粉末冶金含油轴承如果含油量过多，有时会渗到换向器表面，电机通电运转时，有火花和电弧作用下，油迹碳化为绝缘的黑色粉末，粘附在换向器表面和极片间沟槽中。但换向器表面的磨损会轻微很多(4)失效发生的不确定性。有时候数月都没发生过此类现象，但有时会突然出现。发生的比例也不确定，有时只是10%左右，有时却有50%以上。
3 结语
随着技术的革新，加工条件在不断改变，将会有新的影响换向器加工质量的因素产生，并不能保证采用先进设备、好的刀具和加工方法就能生产出高质量的产品。只有不断研究新问题，探索新工艺方法，才能保证换向器表面加工的质量。
参考文献：
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[4]孙祝兵,张敬国.微特电动机换向器的车削[J]. 冷冲加工，2013.
论文作者:修禹鹏
论文发表刊物:《电力设备》2019年第7期
论文发表时间:2019/9/18
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