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放尺
電瓷是電力系統(tǒng)中承擔(dān)絕緣和機(jī)械支撐功能的關(guān)鍵陶瓷部件,其尺寸精度直接影響裝配兼容性、電氣絕緣性能和機(jī)械承載能力。而放尺是電瓷生產(chǎn)中為補(bǔ)償泥坯在“干燥-燒成”過程中的體積收縮,預(yù)先將泥坯/模具尺寸放大的核心技術(shù),是保證最終產(chǎn)品符合設(shè)計(jì)圖紙要求的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
一、定義與目的
電瓷的生產(chǎn)流程中,從濕泥坯到成品瓷件會(huì)經(jīng)歷兩個(gè)不可逆的體積收縮階段:干燥收縮(水分蒸發(fā)導(dǎo)致顆粒致密化)和燒成收縮(高溫下礦物相變、玻璃相形成及顆粒燒結(jié))。這兩個(gè)階段的總收縮率通常可達(dá)8%~18%(隨原料和工藝變化)。
放尺的本質(zhì)是:根據(jù)預(yù)測試的收縮率,反向計(jì)算并放大泥坯/模具的尺寸,確保收縮后成品尺寸與設(shè)計(jì)值一致。其核心目的包括:
1. 保證尺寸精度:使成品的直徑、高度、壁厚、孔位等關(guān)鍵尺寸符合圖紙公差(電瓷常見公差為 ±0.5%~±1.5%);
2. 滿足裝配要求:避免因尺寸偏差導(dǎo)致電瓷與金屬附件(如法蘭、電極)裝配困難(過松漏液、過緊開裂);
3. 保障性能穩(wěn)定:尺寸偏差可能破壞電瓷的電場分布(如套管內(nèi)壁偏薄導(dǎo)致電場集中)或機(jī)械應(yīng)力分布(如傘盤厚度不足降低抗彎強(qiáng)度)。
二、影響放尺的關(guān)鍵因素
放尺的核心是精準(zhǔn)預(yù)測收縮率,而收縮率受原料、工藝、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)多重因素影響,需針對(duì)性調(diào)整:
因素1:原料配方
電瓷原料主要由黏土(塑性相)、長石(助熔相)、石英(骨架相)組成:
- 黏土含量越高:干燥收縮越大(黏土吸水性強(qiáng),失水后體積收縮明顯);
- 長石含量越高:燒成收縮越小(長石降低燒結(jié)溫度,促進(jìn)玻璃相快速形成,減少顆粒間隙收縮);
- 石英粒度越細(xì):燒成收縮越均勻(細(xì)顆粒燒結(jié)活性高,避免局部收縮差異)。
因素2:成型工藝
電瓷常見成型方式有壓制成型、注漿成型和車削成型:
- 壓制成型:壓力越大(通常 15~30MPa),泥坯致密度越高,干燥收縮越小(水分含量低),但燒成收縮略大(顆粒間隙更易被玻璃相填充);
- 注漿成型:泥坯致密度低(水分含量 18%~25%),干燥收縮大(可達(dá) 10%~15%),燒成收縮相對(duì)較小。
- 車削成型:泥坯致密度相對(duì)適中,干燥收縮相對(duì)適中,燒成收縮相對(duì)適中。
因素3:干燥工藝
干燥速度、溫度、濕度直接影響干燥收縮的均勻性:
- 干燥過快(如高溫強(qiáng)風(fēng)):表面水分蒸發(fā)快,內(nèi)部水分遷移慢,易導(dǎo)致 “表面收縮滯后”,甚至開裂,但總干燥收縮率變化不大;
- 低溫慢干:收縮更均勻,可減少變形,但總收縮率與快速干燥差異小(主要影響尺寸穩(wěn)定性,而非總放尺率)。
因素4:燒成工藝
燒成溫度(通常 1250~1350℃)、升溫速率、保溫時(shí)間決定燒成收縮:
- 溫度越高:燒結(jié)越充分,玻璃相填充越多,燒成收縮越大(但超過臨界溫度會(huì)導(dǎo)致過燒,反而使產(chǎn)品膨脹變形);
- 保溫時(shí)間越長:顆粒擴(kuò)散更充分,收縮更徹底,收縮率略增。
因素5:產(chǎn)品結(jié)構(gòu)
薄壁件(如套管壁厚 3~8mm)、厚壁件(如傘盤根部壁厚 15~30mm)、復(fù)雜結(jié)構(gòu)件(帶孔 / 螺紋)的收縮差異顯著:
- 薄壁件:干燥收縮快且均勻,但燒成時(shí)易因熱應(yīng)力導(dǎo)致微小變形;
- 厚壁件:干燥收縮不均勻(內(nèi)部水分難蒸發(fā)),易出現(xiàn) “中心收縮滯后”,需額外放大尺寸;
- 孔位 / 螺紋:收縮后易出現(xiàn)孔徑縮小、螺紋牙距偏差,需單獨(dú)計(jì)算放尺(通常比主體尺寸多放 1%~2%)。
三、放尺率的計(jì)算方法
放尺率的核心是反向補(bǔ)償總收縮率,需先通過試驗(yàn)測定干燥收縮率(S?)和燒成收縮率(S?),再計(jì)算放尺后的泥坯尺寸。
1. 關(guān)鍵參數(shù)測定(收縮率試驗(yàn))
需制備與產(chǎn)品原料、成型工藝一致的標(biāo)準(zhǔn)試樣(通常為Φ50×100mm的圓柱坯體),通過三次尺寸測量計(jì)算收縮率:
- 濕坯尺寸:成型后立即測量試樣的直徑(D?)和高度(H?)(此時(shí)為放尺后的初始尺寸);
- 干坯尺寸:干燥結(jié)束后(水分≤1%)測量尺寸(D?、H?);
- 成品尺寸:燒成冷卻后測量尺寸(D?、H?)。
根據(jù)測量值計(jì)算收縮率:
干燥收縮率:S?=(D?-D?)/D? x 100% (高度收縮率計(jì)算方式相同,取平均值);
燒成收縮率:S?=(D?-D?)/D? x 100%(基于干坯尺寸計(jì)算,避免干燥收縮的重復(fù)影響);
總收縮率:S=1-(1-S?)x(1-S?)(實(shí)際收縮是干燥和燒成的疊加,非簡單相加)。
2. 放尺尺寸與放尺率計(jì)算
設(shè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)尺寸為D(圖紙要求的成品尺寸),放尺后泥坯尺寸為D?,則根據(jù)收縮關(guān)系:
D=D? x (1-S?)x(1-S?)
反向推導(dǎo)泥坯放尺尺寸:
D?=D/(1-S?)x(1-S?)
放尺率(K)是放大尺寸與設(shè)計(jì)尺寸的比值,計(jì)算公式:
K=(D?-D)/D x 100%
示例:某絕緣子傘盤放尺計(jì)算
假設(shè)某絕緣子傘盤的設(shè)計(jì)直徑D=220mm,通過試驗(yàn)測得:
干燥收縮率S?=7%,燒成收縮率S?=9%;
則放尺后泥坯直徑:
D?= 220/(1-0.07)x(1-0.09)≈ 260mm
放尺率:
K=(260-220)/220 x 100% ≈ 18.2%
四、放尺的實(shí)施流程
放尺并非單一計(jì)算步驟,而是貫穿“設(shè)計(jì)-試產(chǎn)-量產(chǎn)”的閉環(huán)過程:
1. 前期數(shù)據(jù)準(zhǔn)備(基礎(chǔ)收縮率測定)
按產(chǎn)品配方制備3~5組標(biāo)準(zhǔn)試樣,在目標(biāo)成型、干燥、燒成工藝下測試收縮率,取平均值(避免單次試驗(yàn)誤差);
若產(chǎn)品有復(fù)雜結(jié)構(gòu)(如孔、法蘭結(jié)合面),需單獨(dú)制作對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)的試樣(如帶Φ20孔的圓柱坯),測試局部收縮率。
2. 模具尺寸設(shè)計(jì)(放尺核心落地)
模具尺寸直接決定泥坯尺寸,需按計(jì)算的D?設(shè)計(jì):
- 壓制成型:模具型腔尺寸=D?(考慮成型后泥坯的彈性回彈,通常需額外加0.1%~0.3%補(bǔ)償);
- 注漿成型:模型尺寸=D?(注漿泥坯干燥后會(huì)與模型脫離,無需回彈補(bǔ)償);
- 特殊部位處理:孔位模具尺寸需比計(jì)算值多放0.5%(避免干燥后孔壁收縮導(dǎo)致孔徑偏小),螺紋模具需按放尺后牙距設(shè)計(jì)(如M20螺紋牙距2.5mm,放尺后牙距≈2.5×(1+K))。
3. 試生產(chǎn)驗(yàn)證(放尺精度校準(zhǔn))
小批量試產(chǎn)(通常5~20件),燒成后全尺寸檢測關(guān)鍵尺寸(如直徑、壁厚、孔位);
- 若檢測發(fā)現(xiàn)尺寸偏差(如成品直徑比設(shè)計(jì)值小1mm),需重新校準(zhǔn)收縮率:
例:設(shè)計(jì)D=220mm,實(shí)測成品D=219mm,說明收縮率比預(yù)計(jì)大,需重新計(jì)算D?=219/[(1-S?)(1-S?)],調(diào)整放尺率;
- 若出現(xiàn)局部變形(如傘盤邊緣翹曲),需優(yōu)化干燥/燒成工藝,或?qū)ψ冃尾课粏为?dú)加大放尺(如傘緣尺寸額外放大1%)。
4. 量產(chǎn)動(dòng)態(tài)調(diào)整(穩(wěn)定性控制)
量產(chǎn)中定期抽檢(每批次抽3~5件),監(jiān)控尺寸波動(dòng);
若原料批次變化(如黏土產(chǎn)地更換)、燒成窯爐溫度漂移(如±20℃),需重新測試收縮率,微調(diào)放尺率(通常調(diào)整幅度≤1%);
記錄每次放尺數(shù)據(jù)(原料批次、收縮率、模具尺寸、成品檢測值),建立追溯檔案,便于后續(xù)問題排查。
五、關(guān)鍵注意事項(xiàng)
1. 收縮均勻性優(yōu)先于放尺率
即使放尺率計(jì)算精準(zhǔn),若原料混合不均(如黏土結(jié)塊)或干燥梯度大,仍會(huì)導(dǎo)致局部尺寸偏差,需通過原料均化和分段干燥保證收縮均勻;
2. 高溫性能與放尺的平衡
部分高電壓等級(jí)電瓷需提高燒成溫度以增強(qiáng)絕緣性,但高溫會(huì)增大收縮率,此時(shí)需在放尺率放大與避免過燒變形間平衡(通常通過延長保溫時(shí)間而非大幅提溫來優(yōu)化燒結(jié));
3. 不同部位差異化放尺
厚壁件(如套管法蘭結(jié)合段)的干燥收縮比薄壁段大2%~3%,需單獨(dú)提高放尺率;傘盤根部需承受機(jī)械載荷,壁厚放尺需確保收縮后仍滿足最小壁厚要求。
六、總結(jié)
放尺是電瓷生產(chǎn)中逆收縮規(guī)律的核心技術(shù),其本質(zhì)是基于原料-工藝-結(jié)構(gòu)的多因素收縮率預(yù)測與補(bǔ)償。需通過精準(zhǔn)測收縮率→科學(xué)算放尺率→模具落地→試產(chǎn)校準(zhǔn)→量產(chǎn)調(diào)整的閉環(huán)流程,才能保證電瓷成品尺寸精度,進(jìn)而保障電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
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