环氧树脂真空浇注互感器模具

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2006年评工程师时写的



! l7 |) X; @/ F6 S; H( U一、互感器制造行业分析
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全国有互感器专业生产厂家大约600多家，其中，大连地区就有9家，而大连地区的互感器厂家主要集中在普兰店，9家之中普市就占有7家，另外两家在大连开发区。全国的互感器厂家中型规模以上的企业大约20家，其中以上海互感器有限公司、大连第一互感器有限公司、大连北方互感器有限公司为首的三家企业实评为全国互感器三强企业，年销售收入约17亿元，一互和北互年销售收入约为10亿元，大连地区的互感器销售收入约13亿，其中普兰店地区约12亿。互感器浇注模具是互感器制造必需的工装设备。
二、互感器浇注模具的作用及分类
. }9 l, u. L: P& D  v浇注成型模具必须保证互感器的绕组、铁心、出线端子及其它零件的位置正确，使浇注体的尺寸和性能符合要求，注意浇注体外形合理美观，并考虑装模、拆模方便及封模要求和浇注时空气容易排出，同时尽可能减轻模具重量。因而模具的设计、制造和模具材料选用都很重要。常用的模具如下：
1.铸铝合金模：压力铸造的铝合金模几乎可以完全消除内表面气孔，如果加入适量的钛，可得到硬度大、耐腐蚀和光洁度高的加工表面。铸铝合金模可以是两半对开结构，也可以是拼块镶装结构。在普兰店地区的互感器生产厂家及模具生产厂家不采用这种模具。

! a5 V& e: d) _0 t+ K- N! S2 }3 t9 b2.钢模：用钢板制造的模具机械强度高，表面较光洁，主要有拼块镶装结构（组合模）和焊接成型结构两种。拼装模的组成单件多，但装卸模方便，分型合理可以减少合模缝，得到很好的浇注体外观。焊接模组合件少，由拼块零件焊接而成，适宜于浇注外形复杂、尺寸较大、重量较重的产品。钢模采用的模具材料有Q235（A3）、Q345（16Mn），主要考虑的是焊接性能。本文主要介绍钢制模的设计及加工。大连地区的互感器模具都采用钢制模。
' k7 f4 |" R* T. h: e9 Q8 S三、模具的设计：
模具制造质量由设计人员的设计水平、加工装备水平、加工工艺水平、生产管理水平、质量保证体系和员工模具素质的综合水平决定的。
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3 o; x5 J! J8 ]模具设计是对模具要求的体现，互感器浇注模具在设计产品结构方案时，要本着实际的加工能力，在满足模具的使用、刚度、强度和稳定性等要求的同时，尽量缩减模具的几何尺寸，为降低制造成本奠定基础。模具设计本着“四要”、“三化”的原则，即：分型要方便，分解拼组要简明，料单尺寸要准确，投入生产要及时。并依据国家有关标准，结合生产加工实际做到：标准化、系列化、通用化为提高生产效率提供方便。
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1 Q8 F3 d0 T6 `$ |( b1.设计原则
1）保证浇注体的形状、尺寸、质量符合产品图及其技术要求；
2）保证正确设置浇注口及冒口，力求减少模具的外廓尺寸；
3）要能及时而方便的由模具中取出浇注体，不产生机械损伤；
4）保证型腔良好地排出气体；
5）保证模具工作时的温度要求，全面地考虑模具的预热、保温、及冷却措施；
" I( X' q' z" I  J6）保证模具能长时间工作，减少磨损，避免翘曲变形及裂纹；
7）保证模具的清理、修理及装配的方便；
6 H7 {' f6 @6 U. |% A; T' ^8）保证模具的制造和加工有良好的工艺性，制造方便，结构简单，成本低廉；
9）要考虑模具具有较高的劳动生产率及良好的劳动条件。
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2.分型面的选择
1）符合浇注体脱模：为使浇注体能从模具内取出，分型面的位置应设在浇注体断面最大尺寸的部位.
" F0 a0 T* Y4 V, c2）分型面的数目和形状：通常只采用一个与开模运动方向相垂直的分型面。确定分型面应以模具制造及脱模方便为原则。
3）应将投影面积大的方向放在合模方向上。
4）模具零件易于加工。
- b1 o- c! R, l* m3.开模斜度
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为了便于从模具中取出产品，除了型腔要有较低的粗糙度外，模具还要加工开模斜度。如果没有开模斜度，由于模具型腔与产品表面接触面较大，产生脱模阻力，容易发生咬伤或拉毛等问题。在不影响产品使用和外形美观的情况下，采用不超过1°的斜度即可达到顺利脱模的目的。开模斜度有三种不同的给法。
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正斜度：就是指加大浇注体尺寸，互感器浇注模具多采用正斜度。
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5 H  q- ]: g+ u& D负斜度：就是指减小浇注体的尺寸，厚壁树脂件多采用负斜度。
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& W" x* X, D5 A* ?. F正负斜度：就是指浇注体的尺寸一部分加大，一部分减小，当不适宜用正斜度或负斜度时采用这种方式。
1 B7 v: Z0 T9 d6 W+ q开模斜度的大小与浇注体表面的位置有关，凡在浇注体冷却时与模具表面有脱离倾向的浇注体表面，可以给较小的斜度（0.5°）；而浇注体收缩趋向于压紧在模具型芯上的表面，应采取较大的开模斜度（0.5-1°）。
4.互感器浇注模具的配合公差、精确度及光洁度：

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1）互感器环氧树脂混合胶浇注温度为（E39D）80℃，模具的结构尺寸不考虑热的影响,设计时是按一般工装夹具的设计原则来确定公差。模具装配后，其左右半型、上下盖板之间的平行度、垂直度误差不大于0.05 mm，分型面间隙不大于0.1mm，安装螺孔、孔距（如一次接线、二次接线、安装尺寸）公差±0.1 mm。
2）定位销的配合公差：对定位销的配合要求是在一个半型上配合要紧，在另一个半型上成滑动配合，定配合一般取H8/s6，动配合取H8/f6。
& c# ^5 K9 o  S9 i; t3型腔加工精度选择
# r. F1 r3 p7 t- o# E考虑型腔尺寸精度时，必须考虑能否加工，不能加工或不易加工之处，可设计成镶块，个别部分精度要求更高时，应在图纸上注明。模具型腔尺寸在一般情况下只考虑环氧树脂混合胶的线收缩率(1.008)，模具金属材料本身的受热线膨胀系数不考虑。
5.型芯的形式
6 `8 R1 f( C/ b- Z. x5 h浇注模具的型芯可分为两种形式，整体型芯和组合型芯。整体型芯结构简单，加工制造容易，用于允许有浇注斜度的部位。组合型芯结构较复杂，用于形成的浇注体内部有凸起或凹入等复杂结构（如内部伞裙），抽芯时先将中心部分取出，然后按一定顺序取出其余部分。
% G% L0 n; ~/ r四、机械加工要求
# A, ]9 _2 B# ^) U- _  c- P1.加工精度
    操作者在加工时必须正确掌握工艺基准。工艺基准包括两个方面：①定位基准（加工时刀具的确定，夹具与被加工零件表面之间正确的位置）②测量基准（用于测量已加工表面的尺寸及位置误差）当被检件主要部位符合图纸规定的极限尺寸精度后，转下一工序加工。
2.表面粗糙度
+ Y' Y5 g% P1 B5 b  g" _" J    表面粗糙度直接影响零件的耐磨性，影响配合性质的稳定性，影响零件的强度，影响零件抗腐蚀性，影响打磨和组装产品的质量。操作者应该根据不同工件的特点正确的选择切削速度，进给量和走刀量，使加工件表面粗糙度达到图纸要求，并及时清除加工工件中的飞边、毛刺等物。
- T5 t3 Z) t) C' D7 L( C3.形位公差
* b7 e1 ?9 c9 l! ?! ~9 _    形状和位置的公差，简称形位公差，它是指零件要素（点、线、面）的实际形状和实际位置对理想形状和理想位置所允许的变动量。形位公差与表面粗糙度，极限与配合等一样重要，是评定模具质量的重要技术指标之一。形位公差直接影响拼件组装焊接后的模具质量。
4.加工过程中的工件变形
在模具零件切削加工时，由于加工的刀具、冷热变化、紧固工具对材料的施力等，被加工的材料内部在不断的积聚由此产生的内应力；同时，内应力在不断积聚下企图释放。当积聚的内应力达到相当程度，克服了材料的刚性，改变了被加工件的形状，产生了变形。 被加工的材料在切削过程中积聚内应力是必然的，那么内应力要造成模具零件变形也是必然的。在模具零件内积聚内应力最多的，是打深孔、磨加工、粗加工以及焊接加工阶段。
克服模具零件中内因力造成的变形有两种途径：消除内应力和机械再加工或两者相结合。
6 P1 {' g7 s+ T+ o（消除内应力一般是采取热处理的方法，即通常所说的“消应处理”。 一般钢质零件进炉后，6-12小时内逐步升温至590℃左右，保温2-6小时（视工件大小及厚薄，还要根据当时当地季节温度），然后随炉冷却。这个过程一般需要24-48小时。）

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在机械加工时，尤其是粗加工时，紧固工具的受力一定要均匀，一般采用多遍、对角紧固，紧－松－紧的方法。习惯的加工方法是认定一个基准面，加工过程中从头至尾不变，以它为基准来加工其他部位。其实，由于加工时内应力的积聚造成的变形，这个基准面也在变形。而基准面的变形，会造成其余形状产生许多变化。在装配时通过修整，又产生许多变化，这些累积起来，就影响了模具的品质和寿命。
. d" }, }+ J0 Z" R( w在粗加工完毕时，尽量彻底放松紧固工具，但不得变动被加工件在工作台面的位置；二次紧固：再次紧固各紧固工具至加工时不会走动为止（这是最难的）。然后对工件进行小量切削使其能正确达到要求尺寸。比如半圆管件的加工采用整圆加工留一定的加工量后切开对焊（消除变形量）再加工。
四、模具型腔面的处理
; M* ^' @4 t: H& m" r0 |- H' v    操作者必须按图纸的配置关系，掌握公差与配合，形位公差，表面粗糙度等有关要求，正确的使用量具（钢尺，游标卡尺，量角尺等）。打磨要按工艺流程进行，如对凹凸形状进行修正时，必须使用砂轮进行修磨。若有较深的伤痕时，不能只对此位置进行抛光，否则会使局部位置出现凹坑。抛光时容易引起棱边塌角，操作时需十分注意。抛光用磨料的粒度应由粗到细，按顺序更换。在每次更换砂轮后，应与原来纹路呈交叉方向抛光。抛光纹路应与脱模方向一致。型腔内各零部件之间要认真研配，接合处应严密合缝，必要时可以用扁铲，锉刀等工具清根，清角，并用冲子拈实研平，所有研配合模间隙最大不得超过0.1毫米。型腔表面不得有划伤，碰伤，凹凸不平，缝隙等缺陷，棱角要清晰可辩，R处要圆滑过渡，决不允许有开模反斜度存在，表面粗糙度在Ra 0.8以上，用肉眼观察略带暗光泽面。操作时要保持周围环境清洁，防止粉尘飞扬粘附在型腔表面，抛光时造成伤痕，打磨完的模具零部件要转入下道工序。模具装配时，必须按以下三个方面要求：(1)按图纸要求确定安装基准及各零件有精度要求的部分尺寸应准确；（2）各零件定位要准确，且在使用中及拆卸以后再装配时原位置不能发生偏移；（3）各零件的固定焊接要牢固，在使用中不可出现松弛脱落现象。
五、焊接
模具装配时，必须按以下三个方面要求：1.按图纸要求确定安装基准及各零件有精度要求的部分尺寸应准确；2.各零件定位要准确，且在使用中及拆卸以后再装配时原位置不能发生偏移；3.各部件的连接固定要十分牢固，在使用中不可出现松弛脱落现象。
互感器浇注模具的零部件组合一般采用焊接，不采用螺栓紧固装配，简化了加工和装配工序，生产周期短，生产效率高。焊接结构容易引起较大的残余变形和焊接内应力， 焊接应力可能导致裂纹和严重变形。变形后还留有残余应力，对强度有一定影响，它的逐步释放又会引起尺寸、精度的变化，影响产品使用。
按引起应力的基本原因分类:
（1）温度应力。由于焊接时温度分布不均匀而引起的应力，也称热应力。
4 G0 ]3 A. m6 y$ d0 o  z+ ?（2）组织应力。在焊接时由于温度变化而引起组织变化所产生的应力。
（3）凝缩应力。在焊接时由于金属熔池从液态冷凝成固态，其体积发生收缩受到限制而形成的应力。
在焊接结构中，焊接应力和变形并不是孤立的两种现象，它们既同时存在，又相互制约。如果在焊接过程中，常采用焊接夹具等刚性固定法施焊，这样变形减小了，而应力却增加了；反之，为使焊接应力减小，就要允许焊
& `4 X* N6 i( H) t件有一定程度的变形。在生产实践中，往往既要使焊接结构不存在大的残余变形，又不允许存在较大的焊接应力，因此必须采取合理的防止和减少焊接应力与变形的措施。

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互感器浇注模具在模具设计资料中没有涉及，以上仅是作者工作中的一点见解。

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大连第一互感器集团有限公司

$ j' K( b/ L* k[ 本帖最后由 ZQS82388494 于 2009-9-27 18:48 编辑 ]

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还有答辩时用的图纸是JDZ16-35R，两个老家伙好像图纸没看懂，又因为是边缘模具，除了材料和加工工艺没问出其他问题，现在想来是真的取巧了

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产品图纸 :D :D

crlifeng

THANK YOU !

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找点时间我会把电流和电压互感器比较典型的模具拿出来跟大家探讨一下设计特点、分解工艺、加工工艺，组焊装配方面的技术，应该说互感器模具在工艺方面跟其他模具相比还是比较有意思的 :) :)

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互感器模具设计在大连地区现在主要局限于二维设计，外形复杂，见过用UG设计出图的，效果惨不忍睹，也许是因为水平原因，也没有设计模块，这方面始终没有突破 :)

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互感器模具用料主要是选用Q235、Q345，在抛光方面曾经是一大难点，由于焊接性比较好，现在在表面处理方面一般都是镜面抛光后再选用镀镍磷合金，镍磷合金表面经热处理后硬度可达HRC65-70

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复合绝缘现在应用的越来越多，硅橡胶应用越来越广，复合绝缘互感器现在应该说大连北方互感器做得比较好，开发的产品已经比较全，产值接近全年产值的三分之一，凡是户外产品全部采用硅橡胶外套，内部采用户内树脂，由于硅橡胶硅氧键键能远高于太阳光辐射能量，抗老化憎水性能比较突出，比较好的解决了户外产品的外绝缘问题，（对于内绝缘，高分子材料的电老化问题好像现在还没有什么好的解决办法，）硅橡胶模具需求量也越来越大。模具材料同样采用Q235、Q345，但是模具强度必须校核。 :( :(
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[ 本帖最后由 ZQS82388494 于 2009-10-18 07:58 编辑 ]

bslqq

不错，学习了！