深下棱傘結構棒形支柱瓷絕緣子等靜壓修坯技術

陳靜，王國棟

（唐山高壓電瓷有限公司，唐山 063000）

深下棱傘結構棒形支柱瓷絕緣子等靜壓修坯技術

陳靜，王國棟

（唐山高壓電瓷有限公司，唐山 063000）

棒形支柱瓷絕緣子在直流電場下，因靜電吸附作用，表面積污比較嚴重，造成產品耐污能力下降。在產品傘形設計上，深下棱傘結構耐污性能比較好。但由于傘形結構復雜，修坯加工相當困難，特別是長徑比高的產品，坯件容易抖動造成傘棱破損。筆者從泥段緊固、設備共振、修坯方式等方面進行了攻關，終于通過革新刀具后分兩次修坯的方法攻克了這一難題，大幅度提高了此類產品的加工質量和生產效率。

直流棒形支柱瓷絕緣子；深下棱傘；修坯阻力；共振；修坯方法

1 引言

隨著我國特高壓直流輸變電技術的快速發展，對棒形支柱瓷絕緣子的性能也提出了許多新的要求。在直流電場下，由于靜電作用，絕緣子表面積污相當嚴重，造成產品耐污性能下降。為了有效解決這一問題，國內外相關研究單位對多種不同傘形絕緣子進行了人工耐污實驗。試驗結果表明，典型的“防霧型”外形結構，即用于長棒形、支柱、空心絕緣子上的深下棱傘結構耐污性能最好。目前這類產品在葛洲壩和南橋換流站等處的運行狀況良好。但是由于這種傘形傘伸出太大，達到95 mm以上，傘溝深度太深，修坯成型困難。

目前，筆者公司研究了±500 kV直流棒形支柱瓷絕緣子的項目，此項目要求必須采用深下棱傘形結構，其機械強度為12.5 kN、高度為8800 mm、爬電距離大于27500 mm。筆者公司采取了由四節元件組成的方式，每節元件高度達到2200 mm，整柱實際爬電距離超過28500 mm，比目前±800 kV直流和1100 kV交流系統上常規設計每節2000 mm高度的制造難度進一步的大大增加了。

2 修坯成型技術攻關

目前，國內僅有少數幾家企業具有生產2000 mm高產品的大型冷等靜壓機和數控自動修坯機等制造設備，但生產單節2100 mm以上的產品在行業內一直是一個瓶頸，制造過程合格率太低。而筆者公司則成功的突破了這一技術難題。例如：供給國內某開關廠的交流750 kV、高度6800 mm的16 kN支柱瓷瓶和6 kN·m旋轉瓷瓶，采用的是三節元件、大小傘交替傘型設計，其中，上兩節元件高度為2300 mm、下節為2200 mm，通過技術攻關，成功地完成了生產任務，為本次深下棱傘的制造積累了寶貴的經驗。

等靜壓干法成型技術中難度最大的就是制造長徑比高的產品，好比機加工中的細長桿的加工，容易引起坯件抖動和斷裂。本批產品坯件高度達到2700 mm，最上節坯件桿徑僅200 mm，長徑比超過13倍，傘伸出達到105 mm，傘溝最深處達40 mm，傘形結構又比較復雜（見圖1），制造難度可想而知。

2.1 首次試修成型

我們首先按照現有的單刀一次修坯模式，在原有1號刀具的基礎上通過加長立面高度，制作了一種2號加長型勾刀（見圖2），進行試修。

圖1 深下棱傘結構示意圖

圖2 2號刀修坯示意圖

實驗結果表明：在修坯過程中，因切削面太長，修坯阻力太大，刀具、產品振動嚴重，即使通過調整進刀速度、主軸轉速、改進坯件頂緊固定方式等也無濟于事。修一支產品下來要6～7 h，而且下傘棱幾乎會因為坯件抖動出現麻坑、掉塊等缺陷。部分傘棱甚至會全部震碎，試修了幾天都毫無進展，根本無法修出合格產品。

2.2 制定解決方案

針對出現的修坯問題，筆者公司成立了專門的攻關小組，分析坯件破損的根本原因，反復探討解決方案，最后一致認為坯件頂緊效果、產品與設備共振和修坯阻力大是問題出現的關鍵所在。因此，圍繞這三個方面我們采取了改進措施，邊改邊試，最后終于攻克了這一難題，并收到了良好效果。

2.2.1 改善坯件頂緊效果

干法修坯固定方式采用的都是上下頂尖頂住泥段中心的方式，在等靜壓機中壓坯時，填料膠套底部粘有一個錐角90°的橡膠頂尖，填滿粉料后，上面再放一塊粘有同樣頂尖的膠板，壓出來的泥段上下端面就形成了兩個頂尖孔。修坯機下面是一個帶有防滑棱的自制頂尖，上面是標準的莫氏回轉頂尖，把尖部打磨成小圓弧頂，泥段吊裝到上下頂尖之間，利用氣壓頂緊固定。

根據我們觀察一般坯件修完后，上頂尖孔處受力面積很小，有的就是頂部中心受力；有的側面接觸面最多只有1/3，沒有實現錐面的全面配合。我們通過調查發現，原因主要是壓坯的橡膠頂尖設計不合理所造成的，因為在110 MPa的壓力下橡膠頂尖產生了形變，壓出來的泥段錐孔角度已達到102°，頂端球徑也增大了，因此不能與標準頂尖匹配。筆者首先把壓坯橡膠頂尖的角度調整到80°，保證壓出的坯件錐孔符合90°的標準；其次將修坯機上頂尖的頂部多打磨掉一塊，不讓其端部頂到坯件，確保頂尖側面的全面接觸。另外，為了提高兩個接觸面的摩擦力和配合度，我們還在它們之間墊入一層3 mm厚的濾泥布，有效解決了坯件緊固及與修坯機頂尖配合的問題。

2.2.2 避開產品和設備的共振

共振是指系統所受激勵的頻率與該系統的某階固有頻率相接近時，系統振幅顯著增大的現象。在機械共振中,常見的激勵有直接作用的交變力、支承或地基的振動與旋轉件的不平衡慣性力等。防共振措施主要是改進機械的結構或改變激勵,使機械的固有頻率避開激勵頻率。

干法修坯的過程也是這幾種激勵的組合，主軸帶動坯件旋轉，機身上的刀具按照不同的進刀方向對坯件施加交變的切削應力。我們聯系了設備生產廠家，由他們的設計專家親到現場指導，對修坯機進行二次加固改造，更換了主軸軸承，調小上頂尖氣缸滑套間隙，按泥段重量重新設定氣缸頂緊壓力，從設備角度進行了最大幅度的完善。設備調好后進行了再次試修，我們也通過調整每段修坯程序的進刀速度和主軸轉速等方式，盡量避開它們的共振區間。從試修情況看坯件振動、掉塊現象略有好轉，但坯件合格率僅有30%，修坯時間仍要6 h，效率低下，仍然無法批量投產。

2.2.3 改變修坯方法，降低修坯阻力

通過前面的改進雖有改善，但仍不是解決問題的關鍵，筆者把重點就放在了如何降低修坯過程中的切削阻力上。經過認真分析研究，刀具進刀時切削面太長是造成切削應力大、坯件抖動的主要原因。因此，筆者把重點放在了刀具改進上，盡量減小其與坯件的接觸面。首先決定將傘上面和傘下溝棱分開切削以降低阻力，變更目前一次加工的方式，改成二次加工，即先用原有1號刀具按照無傘溝的常規產品加工出傘的初步形狀（見圖3）；然后重新設計了一種3號掏傘刀，用其進行傘棱傘溝的切削（見圖4）。新3號掏傘刀頂部設計成一個R4的小圓弧狀，便于實現點切削，降低進刀阻力。這樣傘棱切削時，沿直徑方向進刀由以前最大150 mm的刀具接觸長度（圖3中的線段ab）降低到30 mm(圖4中的線段cd)，僅相當于原來的20%左右，修坯阻力自然大幅度下降。

圖3 1號刀一次粗修示意圖

圖4 3號刀精修傘棱示意圖

為了實現兩把刀具的變換，我們參照數控機床，安裝了電動旋轉刀架，然后在修坯程序中做好兩把刀具的絕對位置修正，確保兩把刀具切削交接的位置完全重合。一切準備就緒，我們進行了第三次試修，振動現象基本消除，進刀速度、主軸轉速得到大幅度提升，修坯時間下降到1.5～2 h，合格率達到98%，傘下溝棱表面光潔，修坯質量、效率均實現了大幅度的飛躍。

3 結語

通過分析深下棱傘產品修坯存在的困難，從泥段固定、設備共振、修坯方式等方面進行了技術攻關。特別是分兩次修坯加工的方法革新，配合新型刀具的研制，成功地解決了此類產品加工的質量和效率問題，使我們公司順利地完成了生產任務。

[1]趙樹平，安臘梅．超、特高壓直流棒形支柱瓷絕緣子關鍵技術研究[J]．電瓷避雷器，2012（5）：54-58.

[2]趙建紅，閆志業．750kV交流系統用棒形支柱瓷絕緣子研究[J]．陶瓷，2010（6）：21-23.

[3]郭志軍，楊海，趙艷紅．瓷絕緣子等靜壓工藝控制要點淺析[J]．電瓷避雷器，2007（5）：4-6.

[4]劉占民，林百福，閻志新，等．±800kV直流系統用耐污型戶外棒形支柱瓷絕緣子研究[J]．電瓷避雷器，2008（6）：1-3.

[5]李玉書．電瓷工藝與技術[M]．北京：化學工業出版社，2007.

Turning Method of Deep Under-ribs Shed Solid-core Post Porcelain Insulator for Isostatic

CHEN Jing,WANG Guo-dong
(Tangshan High Voltage Porcelain Co.,Ltd,Tangshan 063000)

While solid-core post porcelain insulator is under DC field,electrostatic adsorption cause surface stain heavily that will result in a decline in stain resistance of product.In umbrella-type design of product,deep-under-ribs shed-type structure is better on stain resistance. Because of complex umbrella-type structure,turning process is very difficult,and especially for products that length diameter ratio is bigger, vibration of green body cause damage to the umbrella edge.After trials by method of fastening clay column,method of resonance with equipment and method of turning green body,trial-produce achieved successful by improving cutter and method of turning at twice,that greatly improved products quality and process efficiency.

DC solid-core post porcelain insulator;deep under-ribs shed;turning resistance;resonance;turning method

陳靜（1978—），女，河北唐山，工程師，主要從事電瓷設計、生產工藝管理工作