深下棱伞结构棒形支柱瓷绝缘子等静压修坯技术

陈静，王国栋

（唐山高压电瓷有限公司，唐山 063000）

深下棱伞结构棒形支柱瓷绝缘子等静压修坯技术

陈静，王国栋

（唐山高压电瓷有限公司，唐山 063000）

棒形支柱瓷绝缘子在直流电场下，因静电吸附作用，表面积污比较严重，造成产品耐污能力下降。在产品伞形设计上，深下棱伞结构耐污性能比较好。但由于伞形结构复杂，修坯加工相当困难，特别是长径比高的产品，坯件容易抖动造成伞棱破损。笔者从泥段紧固、设备共振、修坯方式等方面进行了攻关，终于通过革新刀具后分两次修坯的方法攻克了这一难题，大幅度提高了此类产品的加工质量和生产效率。

直流棒形支柱瓷绝缘子；深下棱伞；修坯阻力；共振；修坯方法

1 引言

随着我国特高压直流输变电技术的快速发展，对棒形支柱瓷绝缘子的性能也提出了许多新的要求。在直流电场下，由于静电作用，绝缘子表面积污相当严重，造成产品耐污性能下降。为了有效解决这一问题，国内外相关研究单位对多种不同伞形绝缘子进行了人工耐污实验。试验结果表明，典型的“防雾型”外形结构，即用于长棒形、支柱、空心绝缘子上的深下棱伞结构耐污性能最好。目前这类产品在葛洲坝和南桥换流站等处的运行状况良好。但是由于这种伞形伞伸出太大，达到95 mm以上，伞沟深度太深，修坯成型困难。

目前，笔者公司研究了±500 kV直流棒形支柱瓷绝缘子的项目，此项目要求必须采用深下棱伞形结构，其机械强度为12.5 kN、高度为8800 mm、爬电距离大于27500 mm。笔者公司采取了由四节元件组成的方式，每节元件高度达到2200 mm，整柱实际爬电距离超过28500 mm，比目前±800 kV直流和1100 kV交流系统上常规设计每节2000 mm高度的制造难度进一步的大大增加了。

2 修坯成型技术攻关

目前，国内仅有少数几家企业具有生产2000 mm高产品的大型冷等静压机和数控自动修坯机等制造设备，但生产单节2100 mm以上的产品在行业内一直是一个瓶颈，制造过程合格率太低。而笔者公司则成功的突破了这一技术难题。例如：供给国内某开关厂的交流750 kV、高度6800 mm的16 kN支柱瓷瓶和6 kN·m旋转瓷瓶，采用的是三节元件、大小伞交替伞型设计，其中，上两节元件高度为2300 mm、下节为2200 mm，通过技术攻关，成功地完成了生产任务，为本次深下棱伞的制造积累了宝贵的经验。

等静压干法成型技术中难度最大的就是制造长径比高的产品，好比机加工中的细长杆的加工，容易引起坯件抖动和断裂。本批产品坯件高度达到2700 mm，最上节坯件杆径仅200 mm，长径比超过13倍，伞伸出达到105 mm，伞沟最深处达40 mm，伞形结构又比较复杂（见图1），制造难度可想而知。

2.1 首次试修成型

我们首先按照现有的单刀一次修坯模式，在原有1号刀具的基础上通过加长立面高度，制作了一种2号加长型勾刀（见图2），进行试修。

图1 深下棱伞结构示意图

图2 2号刀修坯示意图

实验结果表明：在修坯过程中，因切削面太长，修坯阻力太大，刀具、产品振动严重，即使通过调整进刀速度、主轴转速、改进坯件顶紧固定方式等也无济于事。修一支产品下来要6～7 h，而且下伞棱几乎会因为坯件抖动出现麻坑、掉块等缺陷。部分伞棱甚至会全部震碎，试修了几天都毫无进展，根本无法修出合格产品。

2.2 制定解决方案

针对出现的修坯问题，笔者公司成立了专门的攻关小组，分析坯件破损的根本原因，反复探讨解决方案，最后一致认为坯件顶紧效果、产品与设备共振和修坯阻力大是问题出现的关键所在。因此，围绕这三个方面我们采取了改进措施，边改边试，最后终于攻克了这一难题，并收到了良好效果。

2.2.1 改善坯件顶紧效果

干法修坯固定方式采用的都是上下顶尖顶住泥段中心的方式，在等静压机中压坯时，填料胶套底部粘有一个锥角90°的橡胶顶尖，填满粉料后，上面再放一块粘有同样顶尖的胶板，压出来的泥段上下端面就形成了两个顶尖孔。修坯机下面是一个带有防滑棱的自制顶尖，上面是标准的莫氏回转顶尖，把尖部打磨成小圆弧顶，泥段吊装到上下顶尖之间，利用气压顶紧固定。

根据我们观察一般坯件修完后，上顶尖孔处受力面积很小，有的就是顶部中心受力；有的侧面接触面最多只有1/3，没有实现锥面的全面配合。我们通过调查发现，原因主要是压坯的橡胶顶尖设计不合理所造成的，因为在110 MPa的压力下橡胶顶尖产生了形变，压出来的泥段锥孔角度已达到102°，顶端球径也增大了，因此不能与标准顶尖匹配。笔者首先把压坯橡胶顶尖的角度调整到80°，保证压出的坯件锥孔符合90°的标准；其次将修坯机上顶尖的顶部多打磨掉一块，不让其端部顶到坯件，确保顶尖侧面的全面接触。另外，为了提高两个接触面的摩擦力和配合度，我们还在它们之间垫入一层3 mm厚的滤泥布，有效解决了坯件紧固及与修坯机顶尖配合的问题。

2.2.2 避开产品和设备的共振

共振是指系统所受激励的频率与该系统的某阶固有频率相接近时，系统振幅显著增大的现象。在机械共振中,常见的激励有直接作用的交变力、支承或地基的振动与旋转件的不平衡惯性力等。防共振措施主要是改进机械的结构或改变激励,使机械的固有频率避开激励频率。

干法修坯的过程也是这几种激励的组合，主轴带动坯件旋转，机身上的刀具按照不同的进刀方向对坯件施加交变的切削应力。我们联系了设备生产厂家，由他们的设计专家亲到现场指导，对修坯机进行二次加固改造，更换了主轴轴承，调小上顶尖气缸滑套间隙，按泥段重量重新设定气缸顶紧压力，从设备角度进行了最大幅度的完善。设备调好后进行了再次试修，我们也通过调整每段修坯程序的进刀速度和主轴转速等方式，尽量避开它们的共振区间。从试修情况看坯件振动、掉块现象略有好转，但坯件合格率仅有30%，修坯时间仍要6 h，效率低下，仍然无法批量投产。

2.2.3 改变修坯方法，降低修坯阻力

通过前面的改进虽有改善，但仍不是解决问题的关键，笔者把重点就放在了如何降低修坯过程中的切削阻力上。经过认真分析研究，刀具进刀时切削面太长是造成切削应力大、坯件抖动的主要原因。因此，笔者把重点放在了刀具改进上，尽量减小其与坯件的接触面。首先决定将伞上面和伞下沟棱分开切削以降低阻力，变更目前一次加工的方式，改成二次加工，即先用原有1号刀具按照无伞沟的常规产品加工出伞的初步形状（见图3）；然后重新设计了一种3号掏伞刀，用其进行伞棱伞沟的切削（见图4）。新3号掏伞刀顶部设计成一个R4的小圆弧状，便于实现点切削，降低进刀阻力。这样伞棱切削时，沿直径方向进刀由以前最大150 mm的刀具接触长度（图3中的线段ab）降低到30 mm(图4中的线段cd)，仅相当于原来的20%左右，修坯阻力自然大幅度下降。

图3 1号刀一次粗修示意图

图4 3号刀精修伞棱示意图

为了实现两把刀具的变换，我们参照数控机床，安装了电动旋转刀架，然后在修坯程序中做好两把刀具的绝对位置修正，确保两把刀具切削交接的位置完全重合。一切准备就绪，我们进行了第三次试修，振动现象基本消除，进刀速度、主轴转速得到大幅度提升，修坯时间下降到1.5～2 h，合格率达到98%，伞下沟棱表面光洁，修坯质量、效率均实现了大幅度的飞跃。

3 结语

通过分析深下棱伞产品修坯存在的困难，从泥段固定、设备共振、修坯方式等方面进行了技术攻关。特别是分两次修坯加工的方法革新，配合新型刀具的研制，成功地解决了此类产品加工的质量和效率问题，使我们公司顺利地完成了生产任务。

[1]赵树平，安腊梅．超、特高压直流棒形支柱瓷绝缘子关键技术研究[J]．电瓷避雷器，2012（5）：54-58.

[2]赵建红，闫志业．750kV交流系统用棒形支柱瓷绝缘子研究[J]．陶瓷，2010（6）：21-23.

[3]郭志军，杨海，赵艳红．瓷绝缘子等静压工艺控制要点浅析[J]．电瓷避雷器，2007（5）：4-6.

[4]刘占民，林百福，阎志新，等．±800kV直流系统用耐污型户外棒形支柱瓷绝缘子研究[J]．电瓷避雷器，2008（6）：1-3.

[5]李玉书．电瓷工艺与技术[M]．北京：化学工业出版社，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

陈静（1978—），女，河北唐山，工程师，主要从事电瓷设计、生产工艺管理工作