絕緣子的加工方案改進

鞠建偉 張景明

0.前言

在國家"十二五"規(guī)劃中 ，大力提倡發(fā)展電力行業(yè)。我公司在原有成型產品的基礎上，不斷的引進國內外先進技術，并自主研發(fā)新的產品，其中絕緣子是高壓開關產品中比較關鍵的部件，要求絕緣子要具有良好的電氣性能、機械性能、耐熱性能和化學性能，它直接影響到產品的絕緣性及電場性能。這樣就要求絕緣子在制造過程中，嚴格控制絕緣子的質量。

公司新研制新產品中的絕緣子，它主要連接在其斷路器的滅弧室單元，是高壓開關產品的核心關鍵件，不僅要對其絕緣、耐壓等性能要求嚴格，而且對其保證裝配結構更加重要，因此對其在澆注后機械加工的尺寸保證是極其關鍵的。

1.絕緣子的組成結構及其機械加工的工藝性分析

絕緣子結構見圖1，它主要是由嵌件、環(huán)氧樹脂、填料和固化劑組成，通過澆注模具將其嵌件按照圖紙要求的位置定位，然后注入環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂、填料和固化劑混合物，之后進行二次固化增強其強度，待冷卻后形成一個整體。由于澆注產生的澆注口，以及澆注后產生的局部收縮，這樣就需要通過之后機械加工保證其圖要求。還有絕緣子的中的填料主要是三氧化二鋁和二氧化硅，這兩種成分的硬度大于一般硬質合金刀具硬度，這樣對其加工精度的保證極其困難，以下為其絕緣子機械加工的工藝方案。

2.原機械加工方案及存在的問題

2.1原機械加工方案

使用TK6113普通鏜床加工，它的主要特點是很好的保證絕緣子的同軸度以及平行度，用兩塊V型鐵支撐絕緣子外圓，把百分表吸附在鏜床的主軸上，用百分表圈其內孔調整找正其中心，找正后進行夾緊，然后進行鏜削。在加工過程中發(fā)現(xiàn)使用其鏜床加工其絕緣子無論是在裝夾找正，還是在加工精度保證都相當?shù)睦щy。以下為在鏜床加工中存在的問題。

2.2鏜削加工存在的問題

2.2.1定位基準的確定：圖紙上絕緣子兩端的外圓尺寸為φ270、φ262，內徑為φ168、φ160，整體成錐面形式，而且實際絕緣子澆注后的尺寸，由于收縮量的大小不同造成外徑的尺寸一致性偏差大，原本錐面定位調整很困難的同時，尺寸的偏差大，沒有定位的基準外圓面，要想保證其圖紙的形位公差和尺寸公差，這就需要每件都進行兩端的圈表找正，增加其勞動強度，制約生產效率。

2.2.2刀具磨損嚴重，加工完成一個端面，需要4～5把硬質合金刀具，而且刀具磨損過大，實際測量端面成錐面，最大的尺寸偏差為0.1，這樣很難保證圖紙要求的430±0.1、平行度0.3。絕緣子的中的填料主要是三氧化二鋁和二氧化硅，使得其硬度在HRA95以上，而現(xiàn)機加工車間正常使用的幾種加工刀具：高速鋼硬度在HRA83～86.6，鎢鈷類刀具硬度為HRA89～91.5（如：YG8、YG3），鎢鈦鈷類刀具硬度為HRA A89～92.5（如：YT15、YT30），其絕緣子的硬度大于其普通刀具硬度，所以刀具磨損嚴重。

2.2.3夾壓受力時產生變形，絕緣子外圓在夾緊時，該件的軸心內部為空心結構，其受力點的方向為絕緣子的徑向方向，受力接觸部分較小，還有環(huán)氧樹脂自身存在彈性變形，尤其是在外力的作用下，很容易發(fā)生形變，在鏜床測試使用百分表在找其中心時，夾緊前后的中心偏差0.1，這樣很難保證同軸度0.1。

2.2.4加工表面光潔度不好，存在加工震紋。刀具的懸伸量長，刀尖到主軸的距離l=a+b+c，l=150+100+300=550，使得刀具加工時的剛性差，容易出現(xiàn)讓刀及振動。

3.新機械加工方案的提出

依據(jù)以上問題的匯總，要保證圖紙要求的尺寸及形位工裝，首先考慮要保留原本一次裝夾定位，在其基礎上避免絕緣子的徑向受力，找到更快捷、準確的定位方式，在切削加工時，增強刀具的整體剛性，選擇硬度高于其環(huán)氧樹脂中氧化鋁粉材料的材質刀具，是能否成功加工出合格絕緣子的關鍵。

3.1工裝夾具的設計

絕緣子定位裝夾時，都是按照其端頭兩內孔φ270、φ262的中心，在一個中心時為加工基準，這樣工裝的設計就應當其內錐孔為定位基準，并設計為脹緊在其內孔面上，既完成了絕緣子的定位，又保證了避免絕緣子外圓徑向受力，而且接觸部分的面積增大，有效的減少工件的形變。而車床的夾緊方式，就有內撐里的夾緊方式，為其增加穩(wěn)定性考慮可以采用尾座的頂尖，但是其內孔的成錐面，而且要想保證兩端止口的同軸度，兩端端面的平行，不能夠調頭裝夾，二次裝夾的誤差大，就很難保證其尺寸公差、形位公差。基于車床的特點及絕緣子的結構特點，為絕緣子單獨設計了專用車具工裝。

車具主要是由錐柄、彈簧夾頭和錐塊三部分組成見圖2，錐柄圓柱外圓用卡盤爪夾緊在車床上，彈簧夾頭放入絕緣子孔內，將錐柄和錐塊的錐面，分別對正放入絕緣子內的彈簧夾頭，然后通過調整機床尾座的頂尖，頂尖頂入錐塊上的錐孔，當用力頂錐塊時，錐柄和錐塊同時受力，使得錐塊與錐柄的軸向位移，通過錐面的滑動完成了，彈簧夾頭兩端外圓的膨脹，從而完成了對絕緣子的夾緊。在定位方面，通過膨脹完全符合，鏜床上的找正原理，完成自定心定位，彈簧夾頭的兩端外圓，在夾緊時完全脹緊在其內孔，受力面積大且受力均勻，很好解決絕緣子外圓徑向點接觸受力，帶來的工件的徑向形變。

在加工的工藝上，一次裝夾完成絕緣子的端面及止口，還好的保證工件的尺寸公差、形位公差，

3.2刀具的選擇

首先車刀刀具在床身的懸伸量長度不到100就可以滿足加工端面的及內止口要求，較鏜床的刀具懸伸長度是5倍多，這樣很好的保證刀具的整體剛性，解決了加工時刀具與絕緣子產生的共振，以及彈性變形下出現(xiàn)的讓刀情況，卡盤側加工部分采用左偏刀、左內孔刀，從而完成一次裝夾完成，在刀具的材質上采用超硬材料金剛石，金剛石分為兩種人造金剛石和天然金剛石，人造金剛石強度和韌性優(yōu)于天然金剛石，人造金剛石與天然金剛石的硬度都極高（10000HV），都具有極強的耐磨性，而且天然金剛石其刃磨困難，制造工藝性差，價格昂貴，通過調查了解國內株洲現(xiàn)已經(jīng)生產出人造金剛石刀具，其型號為：YCB201。

4.結論

通過"以車代鏜"的新工藝方案的驗證，在保證絕緣子的質量，同時提高了加工效率加，原來鏜床加工的時間約8小時，改為車床加工后約2小時，使其加工時間提高了4倍，大大降低加工成本。另外對其絕緣子的材料的分析，以及金剛石刀具的使用，對日后加工絕緣類的產品都積累了寶貴的經(jīng)驗，為整個LW-550產品的研制提供了可靠的保障。

5.參考文獻：

[1]高德元.機械制造工藝學[M].福州：福建科學技術出版社，1996，34-40.

[2]成大先.機械設計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.