鞠建伟 张景明

0.前言

在国家"十二五"规划中 ，大力提倡发展电力行业。我公司在原有成型产品的基础上，不断的引进国内外先进技术，并自主研发新的产品，其中绝缘子是高压开关产品中比较关键的部件，要求绝缘子要具有良好的电气性能、机械性能、耐热性能和化学性能，它直接影响到产品的绝缘性及电场性能。这样就要求绝缘子在制造过程中，严格控制绝缘子的质量。

公司新研制新产品中的绝缘子，它主要连接在其断路器的灭弧室单元，是高压开关产品的核心关键件，不仅要对其绝缘、耐压等性能要求严格，而且对其保证装配结构更加重要，因此对其在浇注后机械加工的尺寸保证是极其关键的。

1.绝缘子的组成结构及其机械加工的工艺性分析

绝缘子结构见图1，它主要是由嵌件、环氧树脂、填料和固化剂组成，通过浇注模具将其嵌件按照图纸要求的位置定位，然后注入环氧树脂环氧树脂、填料和固化剂混合物，之后进行二次固化增强其强度，待冷却后形成一个整体。由于浇注产生的浇注口，以及浇注后产生的局部收缩，这样就需要通过之后机械加工保证其图要求。还有绝缘子的中的填料主要是三氧化二铝和二氧化硅，这两种成分的硬度大于一般硬质合金刀具硬度，这样对其加工精度的保证极其困难，以下为其绝缘子机械加工的工艺方案。

2.原机械加工方案及存在的问题

2.1原机械加工方案

使用TK6113普通镗床加工，它的主要特点是很好的保证绝缘子的同轴度以及平行度，用两块V型铁支撑绝缘子外圆，把百分表吸附在镗床的主轴上，用百分表圈其内孔调整找正其中心，找正后进行夹紧，然后进行镗削。在加工过程中发现使用其镗床加工其绝缘子无论是在装夹找正，还是在加工精度保证都相当的困难。以下为在镗床加工中存在的问题。

2.2镗削加工存在的问题

2.2.1定位基准的确定：图纸上绝缘子两端的外圆尺寸为φ270、φ262，内径为φ168、φ160，整体成锥面形式，而且实际绝缘子浇注后的尺寸，由于收缩量的大小不同造成外径的尺寸一致性偏差大，原本锥面定位调整很困难的同时，尺寸的偏差大，没有定位的基准外圆面，要想保证其图纸的形位公差和尺寸公差，这就需要每件都进行两端的圈表找正，增加其劳动强度，制约生产效率。

2.2.2刀具磨损严重，加工完成一个端面，需要4～5把硬质合金刀具，而且刀具磨损过大，实际测量端面成锥面，最大的尺寸偏差为0.1，这样很难保证图纸要求的430±0.1、平行度0.3。绝缘子的中的填料主要是三氧化二铝和二氧化硅，使得其硬度在HRA95以上，而现机加工车间正常使用的几种加工刀具：高速钢硬度在HRA83～86.6，钨钴类刀具硬度为HRA89～91.5（如：YG8、YG3），钨钛钴类刀具硬度为HRA A89～92.5（如：YT15、YT30），其绝缘子的硬度大于其普通刀具硬度，所以刀具磨损严重。

2.2.3夹压受力时产生变形，绝缘子外圆在夹紧时，该件的轴心内部为空心结构，其受力点的方向为绝缘子的径向方向，受力接触部分较小，还有环氧树脂自身存在弹性变形，尤其是在外力的作用下，很容易发生形变，在镗床测试使用百分表在找其中心时，夹紧前后的中心偏差0.1，这样很难保证同轴度0.1。

2.2.4加工表面光洁度不好，存在加工震纹。刀具的悬伸量长，刀尖到主轴的距离l=a+b+c，l=150+100+300=550，使得刀具加工时的刚性差，容易出现让刀及振动。

3.新机械加工方案的提出

依据以上问题的汇总，要保证图纸要求的尺寸及形位工装，首先考虑要保留原本一次装夹定位，在其基础上避免绝缘子的径向受力，找到更快捷、准确的定位方式，在切削加工时，增强刀具的整体刚性，选择硬度高于其环氧树脂中氧化铝粉材料的材质刀具，是能否成功加工出合格绝缘子的关键。

3.1工装夹具的设计

绝缘子定位装夹时，都是按照其端头两内孔φ270、φ262的中心，在一个中心时为加工基准，这样工装的设计就应当其内锥孔为定位基准，并设计为胀紧在其内孔面上，既完成了绝缘子的定位，又保证了避免绝缘子外圆径向受力，而且接触部分的面积增大，有效的减少工件的形变。而车床的夹紧方式，就有内撑里的夹紧方式，为其增加稳定性考虑可以采用尾座的顶尖，但是其内孔的成锥面，而且要想保证两端止口的同轴度，两端端面的平行，不能够调头装夹，二次装夹的误差大，就很难保证其尺寸公差、形位公差。基于车床的特点及绝缘子的结构特点，为绝缘子单独设计了专用车具工装。

车具主要是由锥柄、弹簧夹头和锥块三部分组成见图2，锥柄圆柱外圆用卡盘爪夹紧在车床上，弹簧夹头放入绝缘子孔内，将锥柄和锥块的锥面，分别对正放入绝缘子内的弹簧夹头，然后通过调整机床尾座的顶尖，顶尖顶入锥块上的锥孔，当用力顶锥块时，锥柄和锥块同时受力，使得锥块与锥柄的轴向位移，通过锥面的滑动完成了，弹簧夹头两端外圆的膨胀，从而完成了对绝缘子的夹紧。在定位方面，通过膨胀完全符合，镗床上的找正原理，完成自定心定位，弹簧夹头的两端外圆，在夹紧时完全胀紧在其内孔，受力面积大且受力均匀，很好解决绝缘子外圆径向点接触受力，带来的工件的径向形变。

在加工的工艺上，一次装夹完成绝缘子的端面及止口，还好的保证工件的尺寸公差、形位公差，

3.2刀具的选择

首先车刀刀具在床身的悬伸量长度不到100就可以满足加工端面的及内止口要求，较镗床的刀具悬伸长度是5倍多，这样很好的保证刀具的整体刚性，解决了加工时刀具与绝缘子产生的共振，以及弹性变形下出现的让刀情况，卡盘侧加工部分采用左偏刀、左内孔刀，从而完成一次装夹完成，在刀具的材质上采用超硬材料金刚石，金刚石分为两种人造金刚石和天然金刚石，人造金刚石强度和韧性优于天然金刚石，人造金刚石与天然金刚石的硬度都极高（10000HV），都具有极强的耐磨性，而且天然金刚石其刃磨困难，制造工艺性差，价格昂贵，通过调查了解国内株洲现已经生产出人造金刚石刀具，其型号为：YCB201。

4.结论

通过"以车代镗"的新工艺方案的验证，在保证绝缘子的质量，同时提高了加工效率加，原来镗床加工的时间约8小时，改为车床加工后约2小时，使其加工时间提高了4倍，大大降低加工成本。另外对其绝缘子的材料的分析，以及金刚石刀具的使用，对日后加工绝缘类的产品都积累了宝贵的经验，为整个LW-550产品的研制提供了可靠的保障。

5.参考文献：

[1]高德元.机械制造工艺学[M].福州：福建科学技术出版社，1996，34-40.

[2]成大先.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2002.