ＶＰＧ工藝在長定子環(huán)氧封裝上的應(yīng)用

摘要 文章介紹了采用一種全新的長定子封裝工藝——VPG工藝。對長定子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、原生產(chǎn)工藝及VPG工藝的介紹，并對其工藝差別進(jìn)行了闡述。該工藝重點(diǎn)解決了生產(chǎn)長定子產(chǎn)品合格率和效率低、勞動強(qiáng)度高、產(chǎn)品外觀差等缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 VPG 長定子 真空壓力凝膠 工藝差異

1 概述

VPG技術(shù)是從環(huán)氧樹脂真空壓力凝膠成型技術(shù)(Vacuity Pressure Gelation)上發(fā)展而來的。是從APG工藝基礎(chǔ)上，引入真空澆注理念，形成在真空狀態(tài)下的自動壓力凝膠成型工藝，使壓力凝膠技術(shù)應(yīng)用更為廣泛。尤其在要求真空度高、產(chǎn)品成形有特殊要求的產(chǎn)品，優(yōu)勢更為突出。可以說VPG工藝是集真空澆注工藝和自動壓力凝膠工藝之優(yōu)點(diǎn)為一體的工藝，是環(huán)氧樹脂成型技術(shù)中的一種新工藝，正在被越來越多應(yīng)用在高質(zhì)量互感器及其它產(chǎn)品中。

上海煤科機(jī)電技貿(mào)有限公司是煤炭科學(xué)研究總院上海分院的一個全資公司，專門從事非煤項(xiàng)目的研究。公司環(huán)氧項(xiàng)目部自1994年受原機(jī)械工業(yè)部重大裝備司的委托，開始研究APG工藝的環(huán)氧樹脂自動壓力凝膠全液壓成套設(shè)備，并于1997年通過鑒定。十幾年來，上海煤科機(jī)電技貿(mào)有限公司已向全國二十多個省市提供了各種型號的HAG型環(huán)氧樹脂自動壓力凝膠成套設(shè)備400多臺套，使我國的高壓開關(guān)行業(yè)的中、高壓絕緣制品的水平有了很大的提高，并已批量出口，形成了一個采用APG技術(shù)生產(chǎn)高壓絕緣件的產(chǎn)業(yè)。

隨著APG技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用范圍越來越廣泛，其中涉及部分產(chǎn)品對成形過程中有很高的真空要求，使單一采用APG工藝很難達(dá)到其性能要求。所以從2003年開始，環(huán)氧項(xiàng)目部開始研究VPG工藝，并研發(fā)成功“真空懸掛液壓成型機(jī)”，在2004年獲得實(shí)用新型專利，專利名稱為“真空懸掛液壓成型機(jī)”。專利號為ZL200420022098.2。經(jīng)過幾年的工業(yè)性試驗(yàn)，已經(jīng)在10kV、35kV電壓、電流互感器的生產(chǎn)中取得成功，并進(jìn)入小批量生產(chǎn)階段。磁懸浮用長定子的環(huán)氧樹脂封裝工藝，通過研發(fā)也采用VPG工藝進(jìn)行長定子的環(huán)氧封裝，經(jīng)過二年的努力，已成功在長定子真空環(huán)氧樹脂自動壓力凝膠封裝生產(chǎn)線上進(jìn)行了小批量的試生產(chǎn)?；具_(dá)到預(yù)期效果。

2 長定子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及原生產(chǎn)工藝簡述

主要由定子鐵心和燕尾鍵(也稱橫梁)組成。經(jīng)環(huán)氧樹脂全面封裝后，以三根燕尾鍵為安裝基礎(chǔ)固定在磁懸浮水泥梁上。

封裝工藝主要由定子鐵心沖片、加熱疊壓、環(huán)氧樹脂真空壓力澆注、預(yù)固化、后固化、清理成品這幾道工序組成。

2.1 長定子的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

環(huán)氧封裝面積大、壁厚薄，大部分環(huán)氧層厚度為1.5～2mm。要求有很好的粘接性和防開裂性能。環(huán)氧封裝厚度不均勻。燕尾槽中厚的部位有幾個毫米，最薄的部位僅為0.1mm左右。要求有很好的流動性和樹脂充滿性。位置精度要求高。由于長定子在安裝過程有較高的位置精度，尤其是安裝孔、長定子底平面等位置精度。所以要求環(huán)氧樹脂成形的模具有相應(yīng)的強(qiáng)度和精度。環(huán)氧樹脂的收縮有相應(yīng)的要求。表面質(zhì)量要求高。由于環(huán)氧樹脂封裝厚度較薄，所以不能有氣泡、缺陷。要求表面光滑，這樣對成形有較高的要求，生產(chǎn)的自動化程度要高。由于制品有100kg重，又有加熱要求，對生產(chǎn)效率也要求很高，所以對工藝有較高的自動化程度要求。

2.2 原生產(chǎn)工藝主要存在的問題

工藝關(guān)鍵是將加熱疊加后的定子鐵心裝入澆注模后，進(jìn)入三腔澆注室，進(jìn)行真空狀態(tài)下的有壓力澆注，然后進(jìn)行預(yù)固化，利用氣缸補(bǔ)充環(huán)氧固化收縮量，隨后進(jìn)入后固化。原生產(chǎn)工藝存在的問題，首先是預(yù)固化工位中利用氣缸加壓來補(bǔ)充環(huán)氧收縮。由于環(huán)氧混合料粘度隨高溫時間的推移迅速提高，利用氣缸進(jìn)行表面壓縮，已不能對遠(yuǎn)端產(chǎn)生效果。其結(jié)果就是不能有效補(bǔ)充而產(chǎn)生表面氣泡，影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量。其次在三腔澆注室內(nèi)，還沒有進(jìn)入加熱工藝，澆注溫度較低。環(huán)氧混合料粘度隨溫度變化曲線。澆注溫度越低粘度越大，不利于產(chǎn)生很好的流動性和樹脂充滿性。對產(chǎn)品質(zhì)量有影響。另外原工藝需要將整副模具從澆注室移到預(yù)固化工位，經(jīng)過固化后才可以拆澆注模。模具利用率低，拆裝模具的輔助裝備復(fù)雜。

3 采用VPG工藝封裝長定子

3.1 VPG工藝簡介

主要利用專用的真空壓力凝膠全液壓成型機(jī)完成封裝長定子的工作。

主要由真空箱、箱內(nèi)動模、箱蓋模、下抽芯等組成。環(huán)氧樹脂混合料經(jīng)真空、攪拌后，通過壓力進(jìn)行注射。成型分二個時間過程，一是注料時間。注射壓力控制在0.1～0.2 MPa，注料時間為2～4min；二是固化時間。固化時注料壓力控制在0.3～0.5MPa，固化時間約為15min左右。成型后開模，可直接取出制品，經(jīng)簡單處理后，進(jìn)行后固化。

3.2 VPG工藝同原工藝的差異

3.2.1 真空壓力凝膠步驟的差異

原工藝真空注料和壓力成形分兩步完成的，第一步，在澆注室內(nèi)真空狀態(tài)下，用0.2MPa壓力注射環(huán)氧樹脂。此步驟中，環(huán)氧樹脂并未完全固化。第二步，將至預(yù)固化工位，在澆注口用氣缸加壓。此步驟中，實(shí)際是表面加壓，制品內(nèi)部的環(huán)氧樹脂受壓不均勻、補(bǔ)充收縮的效果不佳，易出現(xiàn)氣泡。不是在真空狀態(tài)下直接壓力凝膠。

VPG工藝真空壓力是一步完成的，合模、合箱、抽真空后，采用0.3-0.5MPa壓力進(jìn)行注料，十幾分鐘后固化。完全固化后，環(huán)氧樹脂的收縮補(bǔ)充已完成，不易產(chǎn)生氣泡。實(shí)現(xiàn)真空狀態(tài)下環(huán)氧樹脂的自動壓力凝膠。

3.2.2 環(huán)氧樹脂溫度的差異

原溫度為80度(真空箱溫度)，VPG溫度為130度(模具腔內(nèi)溫度)，VPG工 藝在注射后，由于樹脂溫度較高，粘度就很小。環(huán)氧樹脂混合料粘度——溫度曲線。易流動，易滲透，易排氣。較符合長定子環(huán)氧封裝的特點(diǎn)，經(jīng)實(shí)踐證明在真空狀態(tài)下環(huán)氧樹脂自動壓力凝膠環(huán)氧混合料的粘度很大程度決定了產(chǎn)品的質(zhì)量、性能。

3.2.3 凝膠時間的差異

原工藝在模具內(nèi)需要2h，VPG工藝在模具內(nèi)約25min。環(huán)氧樹脂混合料固化時間——溫度曲線見圖5。由于溫度提高，大大縮短凝膠時間，提高了生產(chǎn)效率和模具的利用率。但溫度也不是越高越好，如溫度太高將加快凝膠時間，而凝膠時間是產(chǎn)品合格率的重要保證，我們反復(fù)試驗(yàn)，并向樹脂供應(yīng)商提出要求，希望在高溫下，凝膠時間放長點(diǎn)，有利于產(chǎn)品的合格率。

3.2.4 注料時壓力的差異

原工藝注料壓力為0.1～0.2MPa，VPG工藝注料壓力為0.3～0.5MPa。模腔壓力較高，可以更好的滲透，同時網(wǎng)格布與環(huán)氧的結(jié)合更佳。由于壓力高，密度大，制品表面光滑，更適合長定子封裝工藝。但模腔壓力會對模具強(qiáng)度提出很高要求，太高的模腔壓力會引起模具變形，從而引起泄露，飛邊的增加。嚴(yán)重的會引起形位公差超差，表面位置公差漂移，所以模腔壓力取決于模具強(qiáng)度。

4 環(huán)氧樹脂體系

環(huán)氧樹脂體系采用HUNTSMAN提供的環(huán)氧樹脂體系，參考混合料組成為，環(huán)氧樹脂CY5995，100份；固化劑HY227，100份；增韌劑DY040，6份；促進(jìn)劑XW528，1～2份；硅微粉，192份。

該體系環(huán)氧樹脂在使用時混料溫度為35～55℃，混合抽真空時間為2h。注射壓力為0.1～0.2Mpa。注射時間為3～5min。固化壓力為0.3～0.5MPa。固化時間為10～20min。模具溫度約120～130度，模具內(nèi)各點(diǎn)溫度誤差應(yīng)小于5\"C。硅微粉最佳使用400目的活性粉。

環(huán)氧樹脂真空混料設(shè)備有二種，一是試驗(yàn)用混料裝置可采用AH型環(huán)氧樹脂攪拌混料裝置。二是流水線用可采用VPRM－90型環(huán)氧樹脂真空混料設(shè)備。環(huán)氧樹脂混合料的真空度十分關(guān)鍵，隨著混料溫度的升高，粘度下降，混料效果會提高。所以經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)認(rèn)為，混合料的溫度隨環(huán)境溫度的變化，控制在40度左右較合理，當(dāng)然這同混合料的比例，攪拌的時間有很大關(guān)系。

5 結(jié)束語

通過二年多的努力，采用VPG工藝在磁懸浮用長定子封裝上取得了成功，該工藝為國際首創(chuàng)，同原工藝有很大差異，存在許多優(yōu)點(diǎn)，在研發(fā)中克服了許多困難，目前已形成一條具有8臺HAG型真空全液壓成型機(jī)的生產(chǎn)線，小規(guī)模生產(chǎn)樣品符合磁懸浮軌道交通的要求，項(xiàng)目已申報(bào)國家發(fā)明專利。為我國自主研發(fā)磁懸浮技術(shù)打下良好基礎(chǔ)。