百萬伏斷路器支架國產(chǎn)化制造工藝

鞠建偉

一、前言

我國“十二五”規(guī)劃的重點，就是大力發(fā)展電力事業(yè)。自2004年以來，我國就開始規(guī)劃建設(shè)1100kV的輸電工程，特高壓輸電能夠提高輸送容量，增加經(jīng)濟(jì)輸電距離，在減少輸電損耗、節(jié)約線路走廊占地、節(jié)省工程投資等方面也具有明顯優(yōu)勢。

其中最為核心的部分為雙斷口ZF6-1100斷路器，由于此斷路器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)含量高，大部分的斷路器機(jī)器關(guān)鍵件仍為整體進(jìn)口。 為了降低成本、提升國內(nèi)電氣化制造水平、彌補(bǔ)國內(nèi)空白，全廠上下共同投入到該項目的國產(chǎn)化研發(fā)過程中，其中斷路器中最為核心的支座被列為該項目主要加工工藝攻關(guān)的對象。

二、工藝難點闡述

此工件支座應(yīng)用在ZF6-1100斷路器的變直機(jī)構(gòu)中，承載在分合閘運動的支撐作用，為滅弧室內(nèi)關(guān)鍵部件，在實際加工中存在以下幾點問題：

1.該件圖紙極為復(fù)雜，讀懂圖紙難度極大，很難找到準(zhǔn)確的加工位置及尺寸。

2.該件為焊件，加工工藝性極差，形位公差及光潔度難以保證。

3.形狀復(fù)雜，卡壓困難。

三、具體的加工工藝過程

1.利用三維軟件輔助理解圖樣

利用UG，SolidWorks等三維軟件，將其12種單件繪制成立體圖形，然后模擬總裝，方便工人對圖紙的理解。使工人很直觀的對單件關(guān)鍵尺寸，焊接過程之單件與分裝、總裝的焊接工藝過程控制起到了良好的檢查校對作用，有效的避免焊接鉚裝出現(xiàn)錯誤；通過運用三維軟件對焊后機(jī)械加工的模擬裝夾，避免了因?qū)ぜ捎貌徽_的夾壓方式，造成的刀具、夾具干涉問題的發(fā)生，對數(shù)控機(jī)床編程起到了正確的指導(dǎo)性幫助。

2.根據(jù)工件的結(jié)構(gòu)特點確定裝夾方式

此支座是由12種單件焊接而成，這種對稱箱體式結(jié)構(gòu)，整體成鏤空狀態(tài)，剛性較差，減少裝夾次數(shù)，可有效的控制加工誤差，經(jīng)過其結(jié)構(gòu)研究分析和加工尺寸的分布情況，若完成所有加工最少需要兩次裝夾。

（1）一次裝夾方案的確定。一次裝夾由于沒有定位基準(zhǔn)，只有通過劃線來輔助工件在機(jī)床上的找正，利用可調(diào)V鐵工裝進(jìn)行裝夾，由于可調(diào)V鐵工裝的中心高度是通過中間的左右旋絲杠進(jìn)行調(diào)節(jié)的，這種方式使得左右其支撐塊同步運動，便捷的調(diào)整出中心高度一致，保證了工件中心與工作臺面平行定位，通過機(jī)床的工作臺B軸旋轉(zhuǎn)和端面加工線，完成工件與工作臺垂直方向的定位。

（2）二次裝夾方案的確定。二次裝夾主要解決卡壓空間的問題，只有靠設(shè)計、制造專用夾具來保證。夾具設(shè)計的原則為：①要有足夠的剛性，因為工件重量較沉，要避免變形；②要能夠與機(jī)床工作臺無縫對接，保證與工作臺為一體結(jié)構(gòu)；③要保證工件在夾具上能夠準(zhǔn)確定位，設(shè)計出定位基準(zhǔn)；④要考慮支撐、壓緊裝置的合理布局，保證工件在加工過程中不易產(chǎn)生振動。經(jīng)過技術(shù)人員與技師們多次論證，設(shè)計出如下夾具，具體的夾具結(jié)構(gòu)見圖1。

3.夾具的設(shè)計及分析：

（1）夾具的材質(zhì)選用的是45#調(diào)質(zhì)料，底板尺寸為1167*540*50t，外形大小與工件大小一致。采用50t的45#調(diào)質(zhì)料是為了增強(qiáng)夾具的剛性和強(qiáng)度，有效的避免在夾壓工件時夾具變形。

（2）該夾具采用一面兩銷的定位原理，利用一次加工圖1中序號7基準(zhǔn)X平面、φ4300.20止口、φ25H8孔定位，夾具的底面用數(shù)控龍門鏜銑床加工，加工后其平面度在0.03以內(nèi)，確保夾具與機(jī)床之間定位精度。圖中的定位裝置是設(shè)計出φ4300.10*5的定位基準(zhǔn)，與圖紙中φ4300.20的止口配合，保證工件中心與工作臺中心一致，在焊到底板上之后，在數(shù)控龍門鏜銑床上加工的止口及平面，平面度要求在0.01以內(nèi)，以確保加工工件兩端對基準(zhǔn)面的0.05垂直度要求。

（3）提高工件的整體的剛性，避免加工時產(chǎn)生的震動，夾壓的變形，從實物效果圖中可以看到，在每個加緊裝置上都有一個M16的圓頭螺栓作為可調(diào)支撐，因為工件為焊件，φ710外圓存在焊接后誤差，如果用V鐵直接定位，該夾具的定位裝置及軸銷，將失去其定位的作用，工件兩側(cè)的法蘭端面與底面的垂直度難以保證。

4.機(jī)械加工工序編制及特殊刀具選配

（1）定位基準(zhǔn)的加工。第一次加工在數(shù)控鏜床完成，因為數(shù)控鏜床工作臺較大，方便卡壓，利用可調(diào)V鐵工裝進(jìn)行裝夾。然后加工出基準(zhǔn)X平面、φ4300.20止口，9-φ24孔、φ25H8孔（二次加工定位用）。但是由于數(shù)控鏜床的主軸轉(zhuǎn)數(shù)最高僅為1500r/min，在正常切削時為了避免機(jī)床負(fù)載過大，實際上給出1000r/min，這樣使其加工效率很低，但鑒于本次加工的面及孔較少、方便加壓、夾壓的穩(wěn)定高，綜合考慮本工序仍數(shù)控鏜床完成。

（2）使用自制專用夾具及特殊刀具保證關(guān)鍵尺寸。根據(jù)前述初步分析，第二次加工要在臥式加工中心完成，用已加工好的φ4300.20止口與自制夾具上的φ4300.10止口定位，用φ25H8孔控制方向，用夾緊裝置上的圓頭螺栓頂住工件，用胎具上已加工好的螺紋孔擰上雙頭螺栓，對工件做好支撐和夾壓，保證工件在壓緊狀態(tài)下不變形（工件在胎具上自由狀態(tài)時打表確定數(shù)據(jù)，在夾壓完成后，表針需要回到同樣位置）。

加工滑道是采用ZCC.CT PM-4EX-D20-G四刃直柄特長平頭立銑刀，該種規(guī)格為整體硬質(zhì)合金刀具最大直徑，刀具的特點是適合加工碳素鋼、合金鋼，最高進(jìn)給速度可達(dá)510mm/min、最高轉(zhuǎn)速可達(dá)1750r/min、側(cè)刃最大切深ae=0.02D，側(cè)面加工一定要采用順銑，保證的60+0.2+0.1，260， ， ；

孔的位置靠近工件中心，普通刀具加工不到，即使自制加長刀桿，光潔度、公差都難以保證，也很難對穿。經(jīng)研究，選用SANDVIK的防震刀桿，該種防震刀桿目前世界上只有SANDVIK的技術(shù)能夠真正達(dá)到防震目的，內(nèi)部結(jié)構(gòu)采用特殊的介質(zhì)，在刀具高速轉(zhuǎn)動時達(dá)到動平衡，刀具與刀柄采用Capto5接口連接，以提高刀具的剛性。加工時要求從一側(cè)完成兩個孔的加工，以保證對穿。

四、結(jié)語

此攻關(guān)的成功完成，為該件日后的批量生產(chǎn)提供了寶貴經(jīng)驗。在完善工藝方案同時，將進(jìn)一步研制組合夾具工裝以提高鉚裝效率和適應(yīng)產(chǎn)品批量生產(chǎn)的需要。

參考文獻(xiàn)：

[1]高德元.機(jī)械制造工藝學(xué)[M].福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，1996，34-40.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.