高压开关静触头成形工艺分析与挤压模设计

高压开关静触头成形工艺分析与挤压模设计

张

(正泰电气股份有限公司高压开关事业部,上海

201614)

摘要:分析了高压开关静触头成形工艺,设计了静触头热挤压成形模具。与传统生产工艺相比,新的热挤压工艺采用两工序反挤压成形静触头毛坯,使材料利用率和生产效率大幅提高。关键词:静触头;挤压工艺;模具设计中图分类号:TG376.2文献标识码:B 文章编号:1001-2168(2010)10-0063-03

Anal y sis of formin g p rocess and desi g n of die for

hi g h_volta g e static switchin g contact

ZHANG Yan g

(High Voltage Switch Comp any,CHINT Electric Co .,Ltd,S hanghai 201614,China)

Abst ract :A novel hot _extrusio n process for a high _volt age st atic switching contact was studied and a hot _extrusio n die was develo p ed .Com p ared with con ventio nal tech ni q ue,the n ew method can g reatl y increase the material utilization and p rod uction eff icienc y b y a pp l y in g two w ork ste p s t o the back ward extrusion of static co ntact blank.

Ke y words :static contact;extrusion p rocess;die d esi g n

收稿日期:2010-05-20。作者简介:张(1972-),男,河南洛阳人,工程师,主要从事高压开关零件及工艺设计,地址:上海市松江区文合路1255号正泰电气股份有限公司高压开关事业部,(电话)021-********-82037,(电子信箱)z h y an g @ 。

1引言静触头是高压开关的关键部件,高压开关的接通和断开要依靠它来实现,其使用寿命决定了高压开关的寿命,进而决定着高压输变电网的安全运行。触头工作时依靠自身刚性产生对动触头的压紧力,因此,触头零件除要求较高的导电率外,还要求具有高的强度和刚度[1,2]。然而,制造部门往往将触头作为一种简易电器进行粗放型生产,对产品设计、选材、加工工艺和质量控制等均不够重视。随着输变电线路电压等级的提高,输送容量的加大,高压开关触头类零件的传统成形工艺已不能满足高压开关行业对零件性能的要求。现基于某型号高压开关静触头的结构特点,分析触头毛坯传统生产方式及其优缺点,提出两次反挤压成形工艺方案,并设计挤压模。

2高压开关静触头成形工艺分析2.1零件技术要求

某型号高压开关静触头如图1所示,材料为铜

铬合金,该材料具有良好的塑性、强度和优良的导电性能。触头零件属于无底杯形件,壁厚较薄且不均匀,零件质量要求较高,表面需镀银处理,镀银前必需经磨削加工使表面质量达到要求。

图1静触头

2.2传统成形工艺分析

1995年之前,许多高压开关厂家因断路器生产批量较小,常采用厚壁管材+切削加工工艺生产,生产时需要制备管材坯料。由于零件的上、下内径不一致,所需管材壁厚较大,在车削加工时产生废料多,材料利用率低,工艺成本高,

目前已被淘汰。有

坯料一次挤压件冲连皮后二次挤压件

图2工艺流程

些厂家采用锻造棒材+切削加工的方式生产触头,材料利用率有所提高,但生产效率低、成品率低,因此很少采用。

目前,很多生产厂家采用离心铸造的方式生产静触头。该工艺生产成本较低,但产品容易产生缩孔疏松,材料密度较低,进而导致零件导电率和强度偏低。离心铸造工艺生产的高压开关触头,在最后的加工工序,即铣瓣的过程中易断裂脱落,而且成品安装到高压开关上长期使用时,在自力型触头的弹性变形作用下易断裂脱落,造成重大事故。因此,离心铸造生产的静触头质量不稳定,性能较差,严格意义上讲不能满足高压开关触头和气缸的性能要求。

2.3静触头热挤压工艺分析

挤压工艺分析是挤压模设计的第一步,直接影

响制件质量、生产效率、模具寿命、生产成本等[3~5]。图1所示静触头材料为QCr0.5,在常温下具有良好的塑性和较低的变形抗力,适合挤压成形,但由于零件尺寸较大,在室温下成形时对模具和设备要求较高,现结合实际生产条件,决定采用热挤压成形,热挤压温度800 。新的热挤压工艺采用棒料挤压成形。根据零件形状,可以采用一道工序反挤压成形工艺方案,虽该方案模具结构简单,生产效率高,但材料的变形程度高, 1=85%,挤压作用面积大,在现有设备条件下难以实现。为了适应现有3150kN 油压机的设备能力,决定采用两道工序挤压成形工艺,即第1次挤压成形带底的杯形件,然后切底(去除杯形件底部连皮),第二次挤压成形毛坯零件。该工艺一次挤压变形程度 1=36.35%,挤压力F 1=2250kN,二次挤压变形程度 2=61.97%,挤压力F 2=2920.38kN 。挤压工艺流程如图2所示。

考虑到800 时材料产生氧化皮和留机加工余量,挤压件内、外轮廓单边各加1.5mm 的余量,端

部加5mm 余量作为挤压件的基本尺寸。同时考虑到热变形后零件的收缩量,内孔余量适当减小而外圆余量增大。通过计算得总毛坯体积V = 6.5 10

5

mm 3

。与原切削加工工艺相比,毛坯质量从10.69kg

降低为5.82k g ,材料利用率从22.45%提高到41.24%。3模具结构设计

本工艺采用2道工序挤压成形,每道工序需要1副模具,但出于对加工成本和模具通用性的考虑,设计时只设计了1副通用模架,2套模芯。由于二次成形的挤压力较大,在设计时根据二次成形的要求设计模架。零件的壁厚较小,虽然挤压件表面设计有加工余量,但对尺寸要求依然很严格,所以根据要求设计了导柱、导套。考虑到热挤压时,由于热胀

冷缩的原因,开模时零件可能会紧抱在凸模上无法取下,在模具上设计了卸料机构。卸料机构由卸料板、卸料螺钉以及弹簧等零件组成,这种设计结构简单,拆卸方便,卸料可靠。另外,模具设计了顶出机构,可确保在零件留在凹模时能顺利取下。第二次挤压模结构如图3所示。4凸、凹模设计

4.1挤压凸模设计

合理的反挤压凸模形状和尺寸有利于材料流动,降低单位挤压力,从而提高模具使用寿命。凸模设计时,考虑到坯料变形量较大,材料流动困难,在第一次挤压凸模底部设置了20 锥角,以利于材料流动。同时为了提高凸模耐磨性,工作带宽度比冷挤压模具要宽,设计为5mm 。第一次挤压凸模工作带部分尺寸如图4所示。第二次挤压成形时,在凸模工作带未开始工作之前,需要有型芯进入坯料圆孔中,