懸垂線夾XGD-25/56-44的鍛造工藝研究

摘要：電網運行中懸垂線夾主要是將導線懸掛至懸垂絕緣子串，或將地線托在桿塔上的金具，主要承受導（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。現通過對懸垂線夾XGD-25/56-44的鍛造工藝進行研究，提出幾點處理和預防懸垂線夾鍛造時易出現缺陷的措施。

關鍵詞：電力金具;鍛造;工藝

0 ? ?引言

懸垂線夾XGD-25/56-44應用于青海—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的其合桑蘭木東北青甘省界（N1201塔）。根據圖紙設計要求該產品為精密模鍛件，材料為6082。懸垂線夾我公司一直采用鑄造鋁合金澆注生產，為此，生產前特對不同材料的機械性能進行了比較，如表1所示。

經過比較，顯而易見，鍛造鋁合金各項機械性能均優于鑄造鋁合金。所以選用鍛造方法生產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 ? ?精密模鍛模具設計

從懸垂線夾本體圖（圖1）可以看出，該零件具有尺寸大、內腔深度大、壁厚小、結構復雜、轉角處多等特點，所以在生產中存在成型力大、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，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處轉角，在轉角處易產生夾雜、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，該處容易發生折疊、夾層等質量問題。同時在兩側掛耳部位也存在折疊、夾層、拉痕等現象，說明在該處鍛件設計也不合理。另外還存在毛坯料在模鍛型腔內定位不準的現象，也可能導致折疊、夾層的產生。

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型螺栓孔處內側半徑由R2改為R8，外側半徑由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

根據懸垂線夾XGD-25/56-44（青海）二維圖應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雜系數較大，金屬在流動時摩擦系數較大，在設計鍛造毛坯時應適當增大毛坯直徑，毛坯的直徑取整為105 mm，根據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，確定毛坯規格為?105×260 mm。

3 ? ?模鍛工藝流程比較、確定

根據技術調研，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。

通過比較發現，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。經過經濟性和產品加工難易程度等多方面比較，結合我公司現有設備，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。在轉角處，由于圓角較小，易出現折疊、夾層，經多次與設計溝通，在不影響產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，從而避免了產生折疊、夾層、開裂等現象。

4 ? ?熱處理工藝參數和工藝流程

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

5 ? ?試制結果

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的相應要求，試驗合格。

6 ? ?結語

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

[參考文獻]

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[3] 余曉東.電力金具設計[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，從事電力金具設計及生產工藝研究工作。