引言

國(guó)網(wǎng)特高壓工程經(jīng)過(guò)多年的研究、生產(chǎn)及運(yùn)行已取得了巨大的成就,解決了我國(guó)能源結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式之間的巨大矛盾,為中國(guó)跨越式發(fā)展提供了新的動(dòng)能。間隔棒是使架空輸電線路一相(極）分裂的多根子導(dǎo)線保持一定相對(duì)間距的機(jī)械防護(hù)金具,主要起到保持子導(dǎo)線相對(duì)固定位置的作用,保證不會(huì)由于風(fēng)、冰等使得子導(dǎo)線纏絞和碰撞,避免了子導(dǎo)線之間有短路電流通過(guò)時(shí)引起的鞭擊。為了保證質(zhì)量、生產(chǎn)進(jìn)度及經(jīng)濟(jì)性,結(jié)合工程要求,我公司間隔棒框架一直采用ZL104壓鑄工藝生產(chǎn)。目前特高壓直流工程大量應(yīng)用的是1250mm2大截面導(dǎo)線,它具有傳輸能力強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)性好的特點(diǎn):同時(shí)還具有性能要求高,力學(xué)強(qiáng)度大的顯著特征,對(duì)配套金具的質(zhì)量可靠性提出了更高要求。為滿足特高壓工程對(duì)間隔棒的更高要求,我公司提出研究應(yīng)用低壓鑄造生產(chǎn)間隔棒框架工藝。

導(dǎo)線間隔棒FJZ-650/48DG框架(圖1）具有分型面大,壁薄,過(guò)渡處圓角小,壁厚不均勻,中間孔洞多,易形成冷隔、澆不滿、匯流缺陷等問(wèn)題。用砂模生產(chǎn),表面質(zhì)量粗糙,砂模生產(chǎn)慢,費(fèi)工費(fèi)時(shí):用金屬模生產(chǎn),模具大,開(kāi)模難,成品率低。壓力鑄造是液體金屬在高壓和高速下充填型腔,并在壓力下快速凝固的鑄造方法,可以成型壁薄、形狀復(fù)雜、輪廓清晰的鑄件,亦可壓制出螺紋及圖案。鑄件具有較高的強(qiáng)度和硬度,加工余量少,金屬利用率和生產(chǎn)效率高,壓力鑄造是大批量生產(chǎn)鋁合金精密鑄件的有效方法:速度120片/h,表面質(zhì)量好:但壓鑄生產(chǎn)易出現(xiàn)氣孔,不能進(jìn)行T6熱處理。低壓鑄造效率較高,速度12片/h,成品致密性好,表面質(zhì)量好,內(nèi)部無(wú)氣孔,可以進(jìn)行T6熱處理,經(jīng)熱處理后產(chǎn)品各項(xiàng)機(jī)械性能都大大提高。

圖1導(dǎo)線間隔棒FJZ-650/48DG框架圖

1低壓鑄造工藝流程

低壓鑄造是使液體金屬在壓力作用下充填型腔以形成鑄件的一種方法,由于所用的壓力較低,所以叫作低壓鑄造。其工藝過(guò)程如下:在密封的堪場(chǎng)(或密封罐）中通入干燥的壓縮空氣,金屬液在氣體壓力的作用下沿升液管上升,通過(guò)澆口平穩(wěn)地進(jìn)入型腔,并保持堪場(chǎng)內(nèi)液面上的氣體壓力,一直到鑄件完全凝固為止:然后解除液面上的氣體壓力,使升液管中未凝固的金屬液流回堪場(chǎng),再由氣缸開(kāi)型并推出鑄件。低壓鑄造產(chǎn)品內(nèi)部致密,沒(méi)有氣體等夾雜,具有勞動(dòng)條件好,操作簡(jiǎn)單,易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。

2間隔棒框架模具改進(jìn)

由于導(dǎo)線間隔棒FJZ-650/48DG框架分型面大,壁薄,過(guò)渡處圓角小,壁厚不均勻,中間孔洞多,且ZL104流動(dòng)性差,因此模具設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮鑄件整體的方向性凝固及澆口位置、大小和數(shù)量等因素。澆口的位置應(yīng)該是鑄件整體的最大壁厚部位,并且要設(shè)在從熔湯前方和上方可能達(dá)到方向性凝固的部位。

模具內(nèi)部的空氣需要充分考慮分型方法和排氣道等,應(yīng)該在盡量減少隨著熔湯充填而產(chǎn)生背壓的情況下排出去。如果背壓高到影響加壓速度,會(huì)產(chǎn)生熔湯流動(dòng)不良、表面縮孔等問(wèn)題,因此希望背壓控制在0.002MPa以下。

關(guān)于凸臺(tái)、加強(qiáng)筋等部位,可以考慮將嵌入式排氣孔插入模具。在分型面和平面部位設(shè)計(jì)排氣槽,再加上排氣孔等手段,盡量做到排氣良好的設(shè)計(jì)。

根據(jù)導(dǎo)線間隔棒FJZ-650/48DG框架產(chǎn)品圖紙?jiān)O(shè)計(jì)模具并試模,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品上的10個(gè)腰形孔的存在增加了開(kāi)模力,減緩了鋁液流動(dòng)速度,增加了鋁液形成匯流的概率,在腰形孔外側(cè)出現(xiàn)了澆不滿的缺陷。試模、試制產(chǎn)品如圖2所示。為此改進(jìn)了澆道,與設(shè)計(jì)人員商量去除了減輕孔,合格品如圖3所示。

圖2試模、試制品

圖3模具改進(jìn)后合格品

3澆冒口的去除方法

間隔棒框架澆口在框架本體的中間,應(yīng)用傳統(tǒng)的立式帶鋸床無(wú)法去除澆冒口。經(jīng)研究討論,決定采用手持等離子設(shè)備火焰切割去除(圖4）,或者用圓盤鋸去除(圖5）。手持等離子設(shè)備火焰切割工裝為可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤,轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤使?jié)裁翱谂c框架連接處框架直線段與等離子焊槍滑軌平行,等離子點(diǎn)火,向前推動(dòng),切除澆冒口。采用圓盤鋸去除澆冒口工裝,抬起圓盤鋸,使?jié)裁翱谂c框架連接處框架直線段與鋸片平行,對(duì)準(zhǔn)連接處,放下圓盤鋸切割澆冒口。在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn),用等離子設(shè)備火焰切割去除澆冒口,由于火焰溫度高,切口變得很硬,不易打磨,最終決定采用第二種方法。

圖4等離子火焰切割工裝

圖5圓盤鋸切割工裝

4熱處理

間隔棒框架鑄造材料為鑄鋁ZL204,其具有良好的鑄造性能及較高的綜合機(jī)械性能,廣泛應(yīng)用于電力金具生產(chǎn)。熱處理目的在于使固溶加熱時(shí)已溶解于a相中的非平衡相,時(shí)效時(shí)以高度彌散析出強(qiáng)化相Mg2si,從而獲得較高的機(jī)械性能。ZL204熱處理工藝參數(shù)如表2所示,ZL204各狀態(tài)的機(jī)械性能如表2所示。

從表2可以看出,ZL204經(jīng)T6(固溶＋時(shí)效）熱處理后,抗拉強(qiáng)度和硬度都有顯著提高,延伸率保持不變?？梢?jiàn),若間隔棒采用T6熱處理工藝加工,可顯著提高其機(jī)械性能。

5機(jī)械性能試驗(yàn)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《間隔棒技術(shù)條件和試驗(yàn)方法》(DL/T20D9—2026）,對(duì)間隔棒進(jìn)行了機(jī)械性能對(duì)比試驗(yàn)研究。間隔棒(圖6）主要由夾頭和框板組成。夾頭除承受向心力、水平拉壓力外,還要握住導(dǎo)線,不能順導(dǎo)線滑移、扭轉(zhuǎn)。間隔棒主要試驗(yàn)項(xiàng)目包括向心力試驗(yàn),水平、垂直拉壓力試驗(yàn),順線握力試驗(yàn),扭握力試驗(yàn)等。其中,向心力和水平、垂直拉壓力兩個(gè)試驗(yàn)是考核產(chǎn)品設(shè)計(jì)、材料強(qiáng)度和工藝性能的主要檢驗(yàn)方法,在此也僅介紹與間隔棒框架相關(guān)的向心力和水平壓力兩個(gè)試驗(yàn)的試驗(yàn)情況。

圖6間隔棒裝配圖

為了掌握間隔棒框架低壓鑄造加T6熱處理后的機(jī)械性能提升情況,將一部分間隔棒框板進(jìn)行了熱處理,一部分不做熱處理。各組裝6套進(jìn)行間隔棒向心力、水平壓力試驗(yàn),表3為間隔棒向心力試驗(yàn)結(jié)果對(duì)照表,表4為間隔棒水平壓力試驗(yàn)結(jié)果對(duì)照表。

由表3可以發(fā)現(xiàn),T6熱處理后間隔棒承受向心力的能力較熱處理前提高了近50%。

由表4可以發(fā)現(xiàn),T6熱處理后間隔棒承受水平壓力的能力較熱處理前提高了約40%。

6結(jié)論

(1）間隔棒采用低壓鑄造＋T6熱處理工藝方式生產(chǎn),解決了壓力鑄造＋T1熱處理工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品強(qiáng)度達(dá)不到要求的問(wèn)題,充分發(fā)揮了ZL204材料力學(xué)性能。

(2）與傳統(tǒng)的壓力鑄造＋T2熱處理工藝相比,間隔棒采用低壓鑄造＋T6熱處理工藝,其機(jī)械性能可提高約40%。

(3）間隔棒框架在采用ZL204材料壓力鑄造＋T2熱處理工藝時(shí),強(qiáng)度如能達(dá)到工程要求,應(yīng)采用壓力鑄造,壓力鑄造的效率高,是低壓鑄造的20倍,且壓力鑄造產(chǎn)品后道加工工序少:而低壓鑄造要去除澆冒口、打磨,熱處理時(shí)間也較長(zhǎng)。