百萬伏斷路器支架國產化制造工藝

鞠建偉

一、前言

我國“十二五”規劃的重點，就是大力發展電力事業。自2004年以來，我國就開始規劃建設1100kV的輸電工程，特高壓輸電能夠提高輸送容量，增加經濟輸電距離，在減少輸電損耗、節約線路走廊占地、節省工程投資等方面也具有明顯優勢。

其中最為核心的部分為雙斷口ZF6-1100斷路器，由于此斷路器的結構復雜，技術含量高，大部分的斷路器機器關鍵件仍為整體進口。 為了降低成本、提升國內電氣化制造水平、彌補國內空白，全廠上下共同投入到該項目的國產化研發過程中，其中斷路器中最為核心的支座被列為該項目主要加工工藝攻關的對象。

二、工藝難點闡述

此工件支座應用在ZF6-1100斷路器的變直機構中，承載在分合閘運動的支撐作用，為滅弧室內關鍵部件，在實際加工中存在以下幾點問題：

1.該件圖紙極為復雜，讀懂圖紙難度極大，很難找到準確的加工位置及尺寸。

2.該件為焊件，加工工藝性極差，形位公差及光潔度難以保證。

3.形狀復雜，卡壓困難。

三、具體的加工工藝過程

1.利用三維軟件輔助理解圖樣

利用UG，SolidWorks等三維軟件，將其12種單件繪制成立體圖形，然后模擬總裝，方便工人對圖紙的理解。使工人很直觀的對單件關鍵尺寸，焊接過程之單件與分裝、總裝的焊接工藝過程控制起到了良好的檢查校對作用，有效的避免焊接鉚裝出現錯誤；通過運用三維軟件對焊后機械加工的模擬裝夾，避免了因對工件采用不正確的夾壓方式，造成的刀具、夾具干涉問題的發生，對數控機床編程起到了正確的指導性幫助。

2.根據工件的結構特點確定裝夾方式

此支座是由12種單件焊接而成，這種對稱箱體式結構，整體成鏤空狀態，剛性較差，減少裝夾次數，可有效的控制加工誤差，經過其結構研究分析和加工尺寸的分布情況，若完成所有加工最少需要兩次裝夾。

（1）一次裝夾方案的確定。一次裝夾由于沒有定位基準，只有通過劃線來輔助工件在機床上的找正，利用可調V鐵工裝進行裝夾，由于可調V鐵工裝的中心高度是通過中間的左右旋絲杠進行調節的，這種方式使得左右其支撐塊同步運動，便捷的調整出中心高度一致，保證了工件中心與工作臺面平行定位，通過機床的工作臺B軸旋轉和端面加工線，完成工件與工作臺垂直方向的定位。

（2）二次裝夾方案的確定。二次裝夾主要解決卡壓空間的問題，只有靠設計、制造專用夾具來保證。夾具設計的原則為：①要有足夠的剛性，因為工件重量較沉，要避免變形；②要能夠與機床工作臺無縫對接，保證與工作臺為一體結構；③要保證工件在夾具上能夠準確定位，設計出定位基準；④要考慮支撐、壓緊裝置的合理布局，保證工件在加工過程中不易產生振動。經過技術人員與技師們多次論證，設計出如下夾具，具體的夾具結構見圖1。

3.夾具的設計及分析：

（1）夾具的材質選用的是45#調質料，底板尺寸為1167*540*50t，外形大小與工件大小一致。采用50t的45#調質料是為了增強夾具的剛性和強度，有效的避免在夾壓工件時夾具變形。

（2）該夾具采用一面兩銷的定位原理，利用一次加工圖1中序號7基準X平面、φ4300.20止口、φ25H8孔定位，夾具的底面用數控龍門鏜銑床加工，加工后其平面度在0.03以內，確保夾具與機床之間定位精度。圖中的定位裝置是設計出φ4300.10*5的定位基準，與圖紙中φ4300.20的止口配合，保證工件中心與工作臺中心一致，在焊到底板上之后，在數控龍門鏜銑床上加工的止口及平面，平面度要求在0.01以內，以確保加工工件兩端對基準面的0.05垂直度要求。

（3）提高工件的整體的剛性，避免加工時產生的震動，夾壓的變形，從實物效果圖中可以看到，在每個加緊裝置上都有一個M16的圓頭螺栓作為可調支撐，因為工件為焊件，φ710外圓存在焊接后誤差，如果用V鐵直接定位，該夾具的定位裝置及軸銷，將失去其定位的作用，工件兩側的法蘭端面與底面的垂直度難以保證。

4.機械加工工序編制及特殊刀具選配

（1）定位基準的加工。第一次加工在數控鏜床完成，因為數控鏜床工作臺較大，方便卡壓，利用可調V鐵工裝進行裝夾。然后加工出基準X平面、φ4300.20止口，9-φ24孔、φ25H8孔（二次加工定位用）。但是由于數控鏜床的主軸轉數最高僅為1500r/min，在正常切削時為了避免機床負載過大，實際上給出1000r/min，這樣使其加工效率很低，但鑒于本次加工的面及孔較少、方便加壓、夾壓的穩定高，綜合考慮本工序仍數控鏜床完成。

（2）使用自制專用夾具及特殊刀具保證關鍵尺寸。根據前述初步分析，第二次加工要在臥式加工中心完成，用已加工好的φ4300.20止口與自制夾具上的φ4300.10止口定位，用φ25H8孔控制方向，用夾緊裝置上的圓頭螺栓頂住工件，用胎具上已加工好的螺紋孔擰上雙頭螺栓，對工件做好支撐和夾壓，保證工件在壓緊狀態下不變形（工件在胎具上自由狀態時打表確定數據，在夾壓完成后，表針需要回到同樣位置）。

加工滑道是采用ZCC.CT PM-4EX-D20-G四刃直柄特長平頭立銑刀，該種規格為整體硬質合金刀具最大直徑，刀具的特點是適合加工碳素鋼、合金鋼，最高進給速度可達510mm/min、最高轉速可達1750r/min、側刃最大切深ae=0.02D，側面加工一定要采用順銑，保證的60+0.2+0.1，260， ， ；

孔的位置靠近工件中心，普通刀具加工不到，即使自制加長刀桿，光潔度、公差都難以保證，也很難對穿。經研究，選用SANDVIK的防震刀桿，該種防震刀桿目前世界上只有SANDVIK的技術能夠真正達到防震目的，內部結構采用特殊的介質，在刀具高速轉動時達到動平衡，刀具與刀柄采用Capto5接口連接，以提高刀具的剛性。加工時要求從一側完成兩個孔的加工，以保證對穿。

四、結語

此攻關的成功完成，為該件日后的批量生產提供了寶貴經驗。在完善工藝方案同時，將進一步研制組合夾具工裝以提高鉚裝效率和適應產品批量生產的需要。

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：機械工業出版社，2002.