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均压环的弯制及加工

 GXF360 2019-11-03

1.均压环的使用特点

图1所示为一种均压环。在升空气球的下方悬挂一根2 000多m长的电缆,均压环就连接在这根电缆的尾端。电缆在空中工作时的电压为110kV,由于电压较大,为了保证电缆中的电流分布均匀,均压环在电缆的尾部起均化电场的作用,使电缆中的电流量保持稳定,确保整个升空气球正常工作。所以均压环的结构形式要非常合理,对其加工精度也有较高的要求,同时对其刚性、强度和本身的质量都有一定的要求。而且其外表面要求非常光滑,否则,均压环在110kV的电压下,会出现放电产生电晕问题,造成设备无法正常工作,严重情况下会造成事故,同时会造成较大的财产损失。由于均压环的使用条件和环境要求较高,所以对均压环的加工也提出了很高的要求。

图1 均压环

2.加工难点

在整个加工过程中,均压环中的半顶环的加工难度是最大的。半顶环是一个中心距130mm、弧长317.2mm、高74mm、宽254mm,环棒直径为16mm的半环,半环两端为2个SR8mm的球面,表面粗糙度值Ra=3.2μm,在中心线和45°角的位置尺寸上,设计有3个沉孔并与上面保持着较小的角度,整个半顶的表面粗糙度值Ra=3.2μm。

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根据均压环的结构尺寸,先后尝试过采用数控铣床、普通铣床或数控车床来加工,但都因为在机床上无法装夹或要新增加辅助工装浪费较大,无法实现加工,所以决定采用手工冷弯的方法加工。

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首先将φ16mm×816.8mm的棒料弯曲成一个外径为276mm的整圆环,其难度是较大的,主要难点在于两端弧形的形成和最后收口形成圆环的过程,以及5A06材料的弹性模数掌握和控制等。此外,还必须保证弯制的圆环外表面无任何损伤,表面光滑。针对这些问题,我们查找相关资料,了解5A06材料的弹性模数相关数据,经多次试弯验证,设计加工了R弧压块(见图2)、R槽模盘(见图3)、R槽螺旋模盘(见图4)、圆环内径标准模盘(见图5)及U形卡(见图6)等冷弯辅助工装。

图2 R弧压块

图3 R槽模盘

图4 R槽螺旋模盘

图5 标准模盘

图6 U形卡

3.半顶环的加工

先将半顶环加工成圆环,待把圆环上所有的沉台孔加工完成后,再将圆环一分为二剖切开,去掉多余的部分,而后进行半环两端SR8mm圆球的加工,最终完成半顶环的加工。

对圆环的冷弯和加工,采用的是5A06材料,下料直径和长度是φ16mm×820mm。首先在车床上平两端面并保证长度尺寸816.8mm,棒料两端倒角2mm×45°,抛光棒料的外表面。完成了第一道工序的工作后,就可进行圆环的冷弯制。

首先将棒料的一端,用R弧压块装压在R槽模盘的R槽上,装压的部分一定要在棒料的顶端,用U形卡夹紧,要求牢固。夹紧后,用力施压作用在力臂柄上,施力的大小只要使棒料的弯形为弧形,弯形的一端与R槽模盘的弧形状一致。一端的弧形弯好后,用此方法将棒料的另一端也弯成同样的形状。两端弯制后的形状与工装R槽槽盘一致。

两端弯制好后,将棒料的一端用工装R弧压块和U形卡装压在工装螺旋模盘起始端的槽口处,夹紧后一边施力工装手柄,一边再用一个R弧压块装压在变形弯曲的棒料上,一边施力一边装压紧,使得棒料弯曲后不能回弹,但与第一位起始位置要间隔一段距离,第一个点到第二个点弯曲好后,再由第二点到第三点进行弯曲,以此类推,将长816.8mm的棒料分成若干个点,弯曲装压在工装R槽螺旋模盘的圆周长度上,使棒料形成螺旋形状,整个弯制过程主要是使棒料完全贴服在工装R槽螺旋模盘的R槽中。弯制工装如图7所示,压制状况如图8所示。

图7 弯制工装

图8 压制状况

采用直径较小与螺旋模盘结合的形式,其作用是将比周长长的棒料,完整地缠绕在工装R槽螺旋模盘的R槽上,以满足弯曲的需要。其次是利用防锈铝棒料弹性模数的变化,将其弯制在小直径范围内,棒料受力变形回弹到所需要的直径尺寸。在工装R槽螺旋模板上弯制好后,将U形卡和工装R弧压块分别拆卸下来,取下螺旋形状的环,环在回弹后尺寸大于R槽螺旋模板圆环直径,由于圆环是螺旋形状,必须将螺旋形状校成平面状态,校平后将弯制的圆环套在工装标准模盘上进行校圆整平,整平校圆的圆环内径尺寸应与标准模盘的外径尺寸完全吻合一致,圆环的外径也必然符合φ276mm尺寸。圆环经校圆整平与内外尺寸一致后,就进行焊接,焊接的状态要求是将圆环还是套装在标准模盘的外径上,先将圆环的上、下外侧等焊接完后,将圆环拆出标准模盘,再与圆环内侧焊接,焊接必须牢固。焊接完成后,必须对圆环焊接高凸起的部分进行修磨,修磨后还须进行矫圆。

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矫圆后,将圆环套装在标准模盘上,划出各孔位尺寸、中心线及切割线,须注意的是焊缝应旋置于切割线外,加工完成后被切掉的部分。划线完成后,在普通铣床上用分度盘装压,调整铣头的角度,铣出各沉孔。铣完沉孔后,按圆环上的切割线,切掉多余的部分剖分成两个半环,并保留余量,用数控铣床铣出两端的球面至达到尺寸要求。完成球面加工,需要对半顶环进行抛光,抛光需达到要求,加工成形后的半顶环如图9所示。

选取太原市杏花岭区和小店区基层医院的在岗医务工作者为研究对象,于2016年8月1—31日区卫计委集中培训期间采用简单随机抽样法抽取180名进行调查研究。在获取研究对象知情同意后,使用自行设计的问卷进行面对面调查。本研究对象包括:妇女保健、儿童保健、预防保健或计划免疫科室(统称妇幼预防保健)及全科、临床各科、公共卫生、慢病及检验等其他科室就职的人员,不包括保洁、安保人员。在基层医务人员疫苗及安全接种知信行状况未知(P未知)的情况下,选取P=60%,允许误差 d=0.15P,α=0.05, 根据公式,计算得到样本量为119人。

图9 加工成形的半顶环

均压环中其他几个零件的加工较为简单,不在此详述。半顶环和其他零件加工完成后,需要进行组焊。由于组焊件在焊接中没有相应的定位基准,我们设计了一个焊接工装,确保焊接后的相关尺寸达到技术要求。

焊接前清洗干净各零件后,将左右台阶孔半抱箍用螺钉紧固在工装的上轴臂上,与工装上端相齐,将半顶环装压在工装底板的R槽中,用小的压板将其压紧,将短杆和长杆的放置在对应的沉孔中,检查相关尺寸后,进行焊接,焊接必须牢固可靠,焊缝须均匀美观。焊接后进行退火和保温处理,冷却后,对均压环进行修光和抛光处理,达到表面粗糙度要求,完成均压环的全部加工。

4.结语

在均压环的加工中,其中对半顶环的加工主要是采用冷弯的方法,利用材料弹性模数的变化,将一定圆周长的棒料,按照螺旋的形式弯制在较小直径的模盘上,以达到所需的圆环内径尺寸,通过整形、焊接等完成半顶环的加工。在圆环的加工中,充分考虑了材料成本和设备成本等因素,最终采用冷弯的方法达到了比较好的效果,也积累了一些新的加工经验,用较低的生产和人力成本,完成了均压环的加工,取得了较好的经济效益。

参考文献:

[1] 何光远.机械工程手册[M].2版.北京:机械工业出版社,1996.

[2] 成大先.机械设计手册(第5卷)[M].3版.北京:化学工业出版社,1994.

[3] 徐灏.机械设计手册(第3卷)[M].北京:机械工业出版社,1991.

[4] 孟少农.机械加工工艺手册(第一卷)[M].北京:机械工业出版社,1991.

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