高压开关静触头成形工艺分析与挤压模设计

模具工业2010年第36卷第3 高压开关静触头成形工艺分析与挤压模设计 张吻 (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： 文献标识码：B 文章编号：10012168(2010)10006303 of of G o，01614， a a by to of 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n。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 21零件技术要求 某型号高压开关静触头如图1所示， 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 材料为铜 22传统成形工艺分析 收稿日期：201005一加。 作者简介：张972一)，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 6777777782037，(电子信箱)995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 模具工业2010年第36卷第10期 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。 23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31所示静触头材料为Q 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，e，=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3 150 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e =3635，挤压力2250次挤压变形程度e 2=6197，挤压力 92038压工艺流程如图2所示。 坯料 一次挤压件 冲连皮后 二次挤压件 图2工艺流程 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15 部加5 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 =6510 坯质量从1069 降低为582 ，材料利用率从2245提高到 4124。 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 41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5 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， 模具工业2010年第36卷第5 6 7 8 9 10 2 13 、 中 | _1 一 一 一 ，一一一 一一 一一 一 一一 一一一 一一 一 一 Iq f、 下 -71 。一 、 7、 ， 丫 、 、 、 皇- 图3第二次挤压模结构 1下模板2顶杆3导柱4反挤压弹 簧5导套6上模板7卸料螺钉8 卸料板9销钉1O凸模垫板11螺钉 12凸模固定板13凸模14制件15 凹模环17凹模预应力圈 件器19模座20凹模垫板 以保证成形顺利进行，因此，第二次挤压凸模与第 一次挤压凸模最大的不同就是第二次挤压凸模上 带有型芯。为节省材料，提高材料利用率，凸模工作 带部分在设计时，应尽量保证外形与零件内孔形状 一致，第二次挤压凸模如图5所示。热挤压时，因凸 模在高温状态下工作，强度下降，容易变形破坏，凸 模材料选择热强度较高的 22 图4第一次反挤压凸模 42组合凹模设计 由于挤压力较大，单层凹模强度不足，为了提 高模具强度，防止凹模开裂，采用了双层预应力组 合凹模结构【 7】。两工序组合凹模的外圈外径都定为 I 1 0 I I l 4,8l 6_01029 一 图5第二次反挤压凸模 420圈外径定为 25度为15。，轴向 压合量定为30 预紧套材料为45钢。 5结束语 (1)在模具设计过程中充分考虑了模具零件的 通用性和实用性，设计了1副结构简单的通用模架， 降低了模具制造成本。 (2)采用两道工序热挤压工艺成形高压开关静 触头，生产效率高，与原切削工艺相比，材料利用率 大幅提高，单件材料成本降低12以上，具有良好的 经济效益。 参考文献： 1】王平自力型触头的应用J】高压电器，1996(5)： 4143 2】林莘，何柏娜，徐建源自力型触头的设计与计算 高电压技术，2008，34(4)：828一跏 3】苏娟华，郜建新，周伯楚工艺开发【J】特种铸造及有色合金，207(4)： 274276 【4】郜建新，