一种高压断路器触头去毛刺装置及其去毛刺方法与流程

本发明涉及表面处理技术领域，具体地说，涉及一种高压断路器触头去毛刺装置及其去毛刺方法。

背景技术：

高压断路器作为输电系统中的核心设备，其运行的安全性与可靠性对整个电力系统有着至关重要的意义。高压断路器触头作为高压断路器的关键部件，在断路器的运行中负责接通、断开电路以及负载电流的重要任务，其工作性能直接影响着高压输电系统的稳定性与安全性。

高压断路器触头整体呈回转体、开瓣薄壁结构，然而触头开瓣棱边的毛刺问题却一直困扰着高压断路器生产企业。目前很多企业采用“热挤压成型+切削加工”的工艺方法，而在实际切削加工过程中，考虑到触头开瓣的加工效率及触头的整体性能，通常使用锯片铣刀来直接一次成型单个花瓣槽。因此，在触头铣削加工中往往会导致花瓣槽棱边上产生大量大小不等的毛刺。微小毛刺的存在不仅影响触头表面镀银的质量，进而影响其导电性能，更易造成局部尖点放电，导致设备绝缘失效，击穿真空灭弧室，造成触头失效。高压断路器触头一旦失效，有可能直接导致断路器爆炸，进而造成大面积停电的严重事故，因此而导致的直接或间接影响和经济损失难以估量。

专利CN201320634566.0公开了一种半自动去毛刺机，使插针穿透断路器壳体上的通孔处，从而将断路器壳体上的毛刺去除，但插针易损坏，毛刺去除一致性较差。发明专利CN201310734376.0公开了一种快速去除片状电触头冲制毛边的混合粉末及其使用方法，将电触头毛坯件与混合粉末装入离心研磨机进行研磨，经过稀硫酸酸洗处理、超声清洗处理，再经甩干、烘干、冷却至成品，整个过程十分繁琐，不适用于实际生产。

针对触头开瓣棱边的毛刺问题，目前大部分高压断路器生产企业仍然依靠操作人员手工打磨的方法进行处理，必然会给企业造成较大成本压力。手工打磨方法去除毛刺的效果和效率与操作人员的熟练程度有很大的关系，存在一致性差、合格率低、加工效率低的问题；此外，在毛刺去除过程中，被去除的金属粉尘飘散在空气中，损害操作人员身体健康，严重污染周围环境。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种高压断路器触头去毛刺装置及其去毛刺方法。该装置及其去毛刺方法用于高压断路器触头的开瓣棱边的毛刺去除，保证去除效果和加工精度的一致性，并提高加工效率，改善作业场地工作环境。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:高压断路器触头去毛刺装置，由磁场发生装置、工件夹具、磁流变加工液容器、驱动装置和直流稳压电源组成，磁场发生装置产生外加强磁场，使得磁流变加工液容器中的磁流变加工液相变形成Bingham类固体状态的柔性研磨层，驱动装置通过工件夹具带动断路器触头浸没在磁流变加工液中高速旋转，实现触头开瓣棱边的去毛刺过程，其特征在于所述磁场发生装置包括电磁铁芯、电磁线圈、铁轭侧板、铁轭边底板、铁轭中底板、隔磁底座、隔磁中垫板、磁流变加工液容器，所述电磁铁芯为圆柱形，一端为平面，另一端为圆弧形断口紧贴于磁流变加工液容器外壁面，电磁铁芯与电磁线圈配合安装，两组电磁铁芯与电磁线圈对称固定在磁流变加工液容器与铁轭侧板之间，两块铁轭侧板分别垂直固定在两块铁轭边底板一端，铁轭边底板安装在隔磁底座上，并与铁轭中底板形成铁轭回路；所述隔磁底座为矩形体，隔磁底座上开有弧形T型槽，用于安装后的磁极在上面滑动，并实现角度可调；

所述工件夹具由莫氏锥杆、弹性膜片联轴器、绝缘衬套、夹具体、断路器触头组成，所述莫氏锥杆一端为锥形杆与机床莫氏锥孔连接，另一端为连接杆安装在弹性膜片联轴器上端，弹性膜片联轴器与莫氏锥杆之间加装绝缘衬套，弹性膜片联轴器与夹具体、断路器触头连接固定；

所述直流稳压电源位于铁轭中底板的一侧，直流稳压电源分别与两个电磁线圈一端通过导线连接，用以控制通入电磁线圈两端的电压或电流来控制电磁线圈产生的磁场强度。

一种采用所述高压断路器触头去毛刺装置进行去毛刺的方法，其特征在于包括以下步骤:

步骤1.将磁场发生装置、磁流变加工液容器与隔磁底座固定安装在立式钻床加工平台上，保证磁场发生装置平稳；

步骤2.采用2A21铝板制作隔磁底座，在隔磁底座上加工弧形T型槽，将铁轭边底板以磁流变加工液容器为中心对称安装在隔磁底座上，并组成一端固定、一端角度可调的一对磁极，形成磁场回路，磁极角度调节范围为120～180°；

步骤3.将工件夹具连接到机床主轴；其中，莫氏锥杆根据机床主轴孔锥度定制，一端为MT4莫氏锥杆与机床莫氏锥孔连接,另一端为直径24mm的连接杆与弹性膜片联轴器连接；弹性膜片联轴器与莫氏锥杆之间加装绝缘衬套隔绝电流，绝缘衬套材料为聚四氟乙烯；

步骤4.配制磁流变加工液，调整机床主轴使断路器触头完全浸没在其中，并在磁流变加工液容器中相对靠近电磁铁芯，开动机床以较低转速进行搅拌，使磁流变加工液中的磨料颗粒均匀分散；

步骤5.调节机床主轴转速，开通直流稳压电源，并调节电流强度，直流稳压电源参数为250V×8A，通过控制通入电磁线圈两端的电压或电流来控制电磁线圈产生的磁场强度；磁流变加工液在磁场作用下相变形成Bingham类固体状态，设定加工所需时间；

步骤6.加工完成后，关闭直流稳压电源，待磁流变加工液成液体状态后，再关闭机床主轴，取出断路器触头用汽油或石油醚清洗干净；

步骤7.根据工件实际加工需求和去毛刺效果，调节磁场发生装置的磁极角度、磁流变加工液的磨料浓度、机床主轴转速、直流稳压电源的电流强度、加工时间各参数，重复上述步骤进行加工。

有益效果

本发明提出的高压断路器触头去毛刺装置及其去毛刺方法，用于高压断路器触头的开瓣棱边的毛刺去除，保证去除效果和加工精度的一致性，并提高加工效率，改善作业环境。高压断路器触头去毛刺装置，由磁场发生装置、工件夹具、磁流变加工液容器、驱动装置和直流稳压电源组成，磁场发生装置产生外加强磁场，使得磁流变加工液容器中的磁流变加工液相变形成Bingham类固体状态的柔性研磨层，驱动装置通过工件夹具带动断路器触头浸没在磁流变加工液中高速旋转，实现触头开瓣棱边的去毛刺过程。

本发明高压断路器触头去毛刺装置及其去毛刺方法，去毛刺装置结构简单，制造成本较低，易于操作，加工效率高；且采用磁流变加工方法，具有形状适应性强、加工表面质量高以及表面损伤小的特点。特别对于高压断路器触头类的回转体零件棱边微小毛刺的去除，有其独到的优势。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种高压断路器触头去毛刺装置及其去毛刺方法作进一步详细说明。

图1为本发明高压断路器触头去毛刺装置结构示意图。

图2为本发明高压断路器触头去毛刺装置的磁场发生装置铁轭结构示意图。

图3a、图3b为本发明高压断路器触头去毛刺装置的隔磁底座示意图。

图4为本发明高压断路器触头去毛刺装置的工件夹具爆炸图。

图5为本发明的磁场发生装置磁极角度呈180°时的加工示意图。

图6为本发明的磁场发生装置磁极角度呈150°时的加工示意图。

图7为本发明的磁场发生装置磁极角度呈120°时的加工示意图。

图中:

1.莫氏锥杆 2.绝缘衬套 3.弹性膜片联轴器 4.夹具体 5.断路器触头 6.电磁铁芯 7.电磁线圈 8.铁轭侧板 9.铁轭边底板 10.铁轭中底板 11.隔磁底座 12.隔磁中垫板 13.直流稳压电源 14.磁流变加工液容器 15.磁流变加工液

具体实施方式

本实施例是一种高压断路器触头去毛刺装置及其去毛刺方法。

实施例1

参阅图1～图7，本实施例的高压断路器触头去毛刺装置，由磁场发生装置、工件夹具、磁流变加工液容器、驱动装置和直流稳压电源组成，磁场发生装置产生外加强磁场，使得磁流变加工液容器中的磁流变加工液相变形成Bingham类固体状态的柔性研磨层，驱动装置通过工件夹具带动断路器触头浸没在磁流变加工液中高速旋转，实现触头开瓣棱边的去毛刺过程。其中，磁场发生装置包括电磁铁芯6、电磁线圈7、铁轭侧板8、铁轭边底板9、铁轭中底板10、隔磁底座11、隔磁中垫板12、磁流变加工液容器14；电磁铁芯6为圆柱形，一端为平面，另一端为圆弧形断口紧贴于磁流变加工液容器14外壁面，电磁铁芯6与电磁线圈7配合安装，两组电磁铁芯6与电磁线圈7对称固定在磁流变加工液容器14与铁轭侧板8之间，两块铁轭侧板8分别垂直固定在两块铁轭边底板9一端，铁轭边底板9安装在隔磁底座11上，并与铁轭中底板10形成铁轭回路。隔磁底座11为矩形体，隔磁底座上开有弧形T型槽，用于安装后的磁极在上面滑动，并实现角度可调。本实施例中，所采用的电磁线圈7线径为1mm，安匝数为5000匝，内径为120mm，外径为200mm，套装在电磁铁芯6上。所采用的磁流变加工液容器14外径为160mm、高为200mm的铁制圆筒，用于盛放磁流变加工液15。

工件夹具由莫氏锥杆1、弹性膜片联轴器3、绝缘衬套2、夹具体4、断路器触头5组成，其中，莫氏锥杆1一端为锥形杆与机床莫氏锥孔连接，莫氏锥杆1另一端为连接杆安装在弹性膜片联轴器3上端,弹性膜片联轴器3与莫氏锥杆1之间加装绝缘衬套2，弹性膜片联轴器3与夹具体4、断路器触头5连接固定。绝缘衬套2材料为聚四氟乙烯，对弹性膜片联轴器3和莫氏锥杆1进行电流隔绝，防止加工过程中断路器触头5切割磁感线产生的感应电流流向机床电机。直流稳压电源13安装在铁轭中底板10的一侧，直流稳压电源13分别与两个电磁线圈7一端通过导线连接，用以控制通入电磁线圈7两端的电压或电流来控制电磁线圈7产生的磁场强度，进而控制磁流变加工液15的相变状态。

本实施例中，驱动装置由一台Z5140普通立式钻床改造而成，用于提供工件的运动。断路器触头5通过工件夹具固定在立式钻床主轴上，并由机床主轴带动断路器触头5做回转运动，通过控制机床主轴转速来控制实际去毛刺的加工效率。机床主轴转速为31.5～14000rpm。

高压断路器触头去毛刺方法:采用磁流变加工液在外加磁场中的磁流变效应；磁流变加工液由磁性微粒、基载液、稳定剂、磨料颗粒均匀混合而成的胶状悬浮液。在外加磁场作用下，磁流变加工液相变成Bingham类固体状态，其流变性能会迅速发生变化，剪切屈服应力和粘度提高。磁性微粒在磁场作用下将沿磁感线方向形成一系列链状或团簇状结构，而磨料粒子则被夹持在成链的磁性微粒间，形成一种类似固体状态的柔性研磨层。使断路器触头浸没在磁流变加工液中高速旋转，从而使磁流变加工液与断路器触头发生相对运动，在加工液的冲击、磨削作用下实现触头开瓣棱边毛刺的去除过程。

磁流变加工液是以油基磁流变液为基础、混合一定含量的磨料搅拌配制而成的。磁流变液的基载液为低粘度聚α烯烃PAO6与己二酸酯的混合油液，磁性微粒采用羰基铁粉，粒径为3～5μm，二者在磁流变液中所占质量分数分别为20％和80％。磁流变加工液中的磨料采用绿刚玉磨粒，粒径为80目。

具体步骤如下:

一、将将磁场发生装置、磁流变加工液容器与隔磁底座固定安装在立式钻床加工平台上，保证磁场发生装置平稳；

二、采用2A21铝板制作隔磁底座，并在隔磁底座上加工弧形T型槽，铁轭边底板9以磁流变加工液容器14为中心对置安装在隔磁底座上，组成一端固定、一端角度可调的一对磁极，形成磁场回路，磁极角度调节范围为120～180°；

三、将工件夹具连接到机床主轴；其中，莫氏锥杆1根据机床主轴孔锥度定制，一端为MT4莫氏4号锥杆，与机床莫氏锥孔连接；另一端为直径24mm的连接杆，连接弹性膜片联轴器3；弹性膜片联轴器3与莫氏锥杆1之间增加装绝缘衬套2隔绝电流，绝缘衬套2材料为聚四氟乙烯；

四、配制磨料浓度为10％的磁流变加工液15，调整机床主轴使断路器触头5完全浸没在其中，并在磁流变加工液容器14中相对靠近电磁铁芯6，开动机床以较低转速进行一定时长的搅拌，使磁流变加工液15中的磨料颗粒均匀分散；

五、调整机床主轴转速为1000rpm，开通直流稳压电源13，并调节电流强度为4A，直流稳压电源13参数为250V×8A，通过控制通入电磁线圈7两端的电压或电流来控制线圈产生的磁场强度；磁流变加工液15在磁场作用下相变形成Bingham类固体状态，加工时间为15min；

六、加工完成后，先关闭直流稳压电源13，待磁流变加工液15成液体状态后，再关闭机床主轴，最后取出断路器触头5，采用汽油或石油醚清洗干净；

七、根据工件实际加工需求和去毛刺效果，可调整磁场发生装置的磁极角度、磁流变加工液15的磨料浓度、机床主轴转速、直流稳压电源13的电流强度、加工时间等参数，重复上述步骤进行加工。

下面以某高压断路器触头零件为例，加工要求为:触头内外侧触指棱边无尖角、毛刺，手感光滑；棱边倒圆半径要求0.2mm～0.4mm，最大不超过0.5mm。

实施例2

如图6所示，高压断路器触头去毛刺装置的整体结构和实施方式同实施例1，不同之处在于磁场发生装置磁极角度调节为150°，其它工艺参数不变。本实例加工结果为:触头触指棱边倒圆半径为236μm，根部倒圆半径为201μm，表面粗糙度为359.448nm，满足触头零件棱边和根部毛刺的去除要求。

实施例3

如图7所示，高压断路器触头去毛刺装置的整体结构和实施方式同实施例1，不同之处在于磁场发生装置磁极角度调节为120°；其它工艺参数调节如下:磁流变加工液15的磨料浓度为20％，机床主轴转速为1000rpm，直流稳压电源13的电流强度为3A，加工时间为20min。本实例加工结果为:触头触指棱边倒圆半径为313μm，根部倒圆半径为285μm，表面粗糙度为289nm，满足触头零件棱边和根部毛刺的去除要求。

实施例4

高压断路器触头去毛刺装置的整体结构和实施方式同实施例3，其它工艺参数调节如下:磁流变加工液15的磨料浓度为10％，机床主轴转速为1400rpm、直流稳压电源13的电流强度为3.5A、加工时间为15min。本实例加工结果为:触头触指棱边倒圆半径为361μm，根部倒圆半径为353μm，表面粗糙度为331nm，满足触头零件棱边和根部毛刺的去除要求。

实施例5

本实施例为工艺参数优化后的加工实例，实施方式同实施例3，工艺参数调节如下:磁流变加工液15的磨料浓度为10％，机床主轴转速为1400rpm、直流稳压电源13的电流强度为3.25A、加工时间为17.5min。本实例加工结果为:触头触指棱边倒圆半径为354μm，根部倒圆半径为342μm，表面粗糙度为273nm。