懸垂線夾XGD-25/56-44的鍛造工藝研究

摘要：電網(wǎng)運行中懸垂線夾主要是將導(dǎo)線懸掛至懸垂絕緣子串，或?qū)⒌鼐€托在桿塔上的金具，主要承受導(dǎo)（地）線的垂直載荷和水平風載荷的合力。隨著輸電線路電壓等級的提高，導(dǎo)線直徑越來越大，這就對懸垂線夾承受的垂直載荷和順線握力提出了更高要求。為了提高懸垂線夾的強度，青海—河南±800 kV特高壓直流輸電線路工程要求懸垂線夾用6082鋁合金鍛造生產(chǎn)。現(xiàn)通過對懸垂線夾XGD-25/56-44的鍛造工藝進行研究，提出幾點處理和預(yù)防懸垂線夾鍛造時易出現(xiàn)缺陷的措施。

關(guān)鍵詞：電力金具;鍛造;工藝

0 ? ?引言

懸垂線夾XGD-25/56-44應(yīng)用于青海—河南±800 kV特高壓直流輸電線路工程，該工程起自青海省黃南州澤庫縣夏德日村東側(cè)的迪更（N0801塔），止于青海省黃南州河南蒙古族自治縣參美村東側(cè)的其合桑蘭木東北青甘省界（N1201塔）。根據(jù)圖紙設(shè)計要求該產(chǎn)品為精密模鍛件，材料為6082。懸垂線夾我公司一直采用鑄造鋁合金澆注生產(chǎn)，為此，生產(chǎn)前特對不同材料的機械性能進行了比較，如表1所示。

經(jīng)過比較，顯而易見，鍛造鋁合金各項機械性能均優(yōu)于鑄造鋁合金。所以選用鍛造方法生產(chǎn)懸垂線夾有利于線路金具輕量化，將來推廣到間隔棒等金具，將明顯減輕線路用金具自身荷載。

1 ? ?精密模鍛模具設(shè)計

從懸垂線夾本體圖（圖1）可以看出，該零件具有尺寸大、內(nèi)腔深度大、壁厚小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、轉(zhuǎn)角處多等特點，所以在生產(chǎn)中存在成型力大、變形程度大、金屬充填難度大、出模難度大、易產(chǎn)生鍛造缺陷等一系列難點。該零件長度尺寸460 mm，寬度尺寸為150 mm，內(nèi)腔深度達到155 mm，成型時零件與上模接觸面積達到100 000 mm2，工件容易吸附在上模上，同時我公司1 600 t電動螺旋壓力機無頂出機構(gòu)，造成工件出模困難;零件的最小厚度為9 mm，零件的變形程度達到500%以上;該零件有8處轉(zhuǎn)角，在轉(zhuǎn)角處易產(chǎn)生夾雜、折疊等缺陷，成型難度非常大。6082鍛鋁可鍛溫度范圍較窄，為380～500 ℃。模鍛成型溫度決定金屬的流動性，對成型效果有至關(guān)重要的影響。模鍛成型溫度過低，不僅金屬流動性差，而且成型質(zhì)量差，隨著溫度降低到350 ℃，6082合金抗力會顯著加大，甚至能影響成型火次，進而增加模鍛成型難度和生產(chǎn)成本。為了提高模鍛成型時金屬的流動性，模鍛溫度取上限500 ℃，模具加熱溫度為200 ℃。從鍛打出的毛坯可以看到U型螺栓孔處有夾層、裂紋現(xiàn)象，說明該處不利于金屬流動，由于金屬在該處匯流，該處容易發(fā)生折疊、夾層等質(zhì)量問題。同時在兩側(cè)掛耳部位也存在折疊、夾層、拉痕等現(xiàn)象，說明在該處鍛件設(shè)計也不合理。另外還存在毛坯料在模鍛型腔內(nèi)定位不準的現(xiàn)象，也可能導(dǎo)致折疊、夾層的產(chǎn)生。

為此對鍛件的出模斜度、U型螺栓孔處圓弧尺寸等處進行了優(yōu)化和更改：（1）鍛件出模斜度從1.5°或2°更改為3°;（2）安裝U型螺栓孔處內(nèi)側(cè)半徑由R2改為R8，外側(cè)半徑由R8改為R15;（3）取消4處直立式支耳，改成平緩圓滑過渡的支耳，同時加大過渡處圓角半徑。

2 ? ?確定鍛造毛坯尺寸

根據(jù)懸垂線夾XGD-25/56-44（青海）二維圖應(yīng)用三維軟件繪制三維圖，通過截取不同位置處截面——懸垂線夾對稱中心處、一側(cè)60 mm/120 mm/180 mm/210 mm處——獲得不同截面積S。鍛壓手冊鍛造毛坯計算公式為：D坯=1.13。由于懸垂線夾鍛件復(fù)雜系數(shù)較大，金屬在流動時摩擦系數(shù)較大，在設(shè)計鍛造毛坯時應(yīng)適當增大毛坯直徑，毛坯的直徑取整為105 mm，根據(jù)等體積的方法計算求得毛坯的長度為260 mm。通過計算和試驗驗證，確定毛坯規(guī)格為?105×260 mm。

3 ? ?模鍛工藝流程比較、確定

根據(jù)技術(shù)調(diào)研，目前在鍛造懸垂線夾本體有三種不同模鍛工藝流程：

（1）下料（大直徑片狀料）—加熱—模鍛成型（0°展開）—切邊—折彎成型—打磨周邊—堿洗。

（2）下料—加熱—模鍛成型（30°展開）—切邊—折彎成型—打磨周邊—堿洗。

（3）下料—加熱—模鍛成型—切邊—打磨周邊—堿洗。

通過比較發(fā)現(xiàn)，第（1）（2）兩種模鍛工藝流程模具加工較容易，但因為多了折彎成型工序，產(chǎn)品表面難免有壓痕。第（3）種模鍛工藝流程由于懸垂線夾型腔較深，模具加工較困難，模具加工費用高，產(chǎn)品難脫模。第（2）種由于模鍛成型時成30°展開，相對第（1）種壓痕較少，成型容易。經(jīng)過經(jīng)濟性和產(chǎn)品加工難易程度等多方面比較，結(jié)合我公司現(xiàn)有設(shè)備，決定采用第（2）種模鍛工藝流程，巧妙解決模具型腔深、難加工、零件難出模的難題。在轉(zhuǎn)角處，由于圓角較小，易出現(xiàn)折疊、夾層，經(jīng)多次與設(shè)計溝通，在不影響產(chǎn)品強度和使用性能的前提下加大圓角，改善了金屬的流動性，減少了金屬匯流、回流，從而避免了產(chǎn)生折疊、夾層、開裂等現(xiàn)象。

4 ? ?熱處理工藝參數(shù)和工藝流程

6082鋁合金熱處理工藝技術(shù)主要包含工藝方法和工藝參數(shù)，熱處理工藝參數(shù)和工藝方法是保證鍛件性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了滿足鍛件的力學性能，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，決定用試鍛較好的產(chǎn)品按四種熱處理狀態(tài)進行工藝試驗對比（主要溫度不同），確定最佳的熱處理工藝參數(shù)和工藝流程：鍛造—空冷—固溶525 ℃×1.5 h+時效170 ℃×9 h。

5 ? ?試制結(jié)果

試制完成后，對零件的尺寸、外觀和力學性能進行檢測。

（1）尺寸檢測：鍛件尺寸符合產(chǎn)品圖紙要求，滿足裝配要求。

（2）外觀檢測：鍛件表面無折痕、夾層、凹坑等表面缺陷。

（3）形式試驗：對懸垂線夾進行強度及握力試驗，試驗標準為《電力金具通用技術(shù)條件》（GB/T 2314—2008）和《電力金具試驗方法 第一部分：機械試驗》（GB/T 2317.1—2008）。經(jīng)檢驗，該樣品所檢測的項目符合GB/T 2314—2008和GB/T 2317.1—2008的相應(yīng)要求，試驗合格。

6 ? ?結(jié)語

通過工藝試驗掌握了鍛件結(jié)構(gòu)和尺寸、鍛造溫度、鍛造工藝流程、熱處理狀態(tài)等因素對懸垂線夾本體成型工藝過程及性能的影響，通過工藝試驗優(yōu)化了鍛件結(jié)構(gòu)和尺寸，解決了模鍛過程中存在的夾層、充不滿、出模困難等技術(shù)難題和性能不高的問題，確定了脫模方式、脫模方法，優(yōu)化了鍛造、熱處理工藝參數(shù)和工藝流程，生產(chǎn)出了外形尺寸和表面質(zhì)量合格的產(chǎn)品。其取得的工藝技術(shù)成果可以指導(dǎo)后續(xù)其他型號懸垂線夾的研制和生產(chǎn)。

[參考文獻]

[1] 董吉諤.電力金具手冊[M].北京：中國電力出版社，2001.

[2] 劉靜安，張宏偉，謝水生.鋁合金鍛造技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2012.

[3] 余曉東.電力金具設(shè)計[M].北京：中國電力出版社，2019.

收稿日期：2020-08-05

作者簡介：黃海俊（1974—），男，江蘇人，高級工程師，從事電力金具設(shè)計及生產(chǎn)工藝研究工作。