CN104600647A - 一种高强度轻量化电力连接金具及成形方法 - Google Patents

Abstract

一种高强度轻量化电力连接金具及成形方法，属于电力金具的制备技术领域，本发明的金具主体由至少两层相互堆叠的经过热冲压成形的超高强钢板片材组成，片材之间相互固定。本发明由于采用多块超高强钢板片材堆叠在一起，所需的堆叠层数目可以根据实际应用情况进行调整，片材彼此间无固定约束，依靠铆接、点焊等其它连接方式实现刚性连接和稳固连接。本发明的机械性能高、轻量化，应用灵活，可减少使用中产生的涡流。

Description

一种高强度轻量化电力连接金具及成形方法

技术领域

本发明属于电力金具的制备技术领域，特别涉及输电线路金具的成形方法。

背景技术

电力金具产品是关系到架空输电线路安全运行的重要部件，各种电力金具在气候复杂、污秽程度不一的环境条件下运行，因而金具的材料选用和工艺质量标准严格，金具应有足够的机械强度、耐磨和耐腐蚀等相关性能。

金具在架空电力线路及配电装置中，主要用于支持、固定和接续裸导线、导体及绝缘子连接成串，亦用于保护导线和绝缘体。根据上述的性能和用途，输电线路金具可以分为悬吊金具、锚固金具、连接金具、接续金具、防护金具等等。

连接金具用来将悬式绝缘子组装成串，悬挂在杆塔上。直线杆塔用的悬垂线夹及非直线杆塔用的耐张线夹与绝缘子串的连接，也是由连接金具组装在一起的。其他如拉线杆塔的拉线金具与杆塔的锚固，也都要用到连接金具。

目前我国使用的国标系列的金具产品，除铝制品外，基本都采用A3钢材，这种钢含碳量低、韧性好。但是，如用这种钢材生产大吨位级别金具，例如大吨位挂板等承载金具产品，其不足之处相当明显：为了达到设计的强度、硬度和塑性，采用球墨铸铁铸造制成的产品厚度较大、外观粗大、重量较重、消耗钢材较多，而且金具的自身重量会增大杆塔的负重载荷。由于零件形状特殊，锻造工艺及模具复杂，难以实现近净成形，因此材料及能耗高，切削加工量大。

近年来，随着电力系统电网的不断扩大、送电线路电压等级的不断提高，电力工程使用大吨位级别的金具将越来越多，我国金具采用新材料，提高材质的抗拉强度及屈服强度，减轻金具零件重量的需求显得尤为突出。

为满足连接金具高强度要求，目前已有优质碳素钢通过热处理工艺改善其性能，提高材质抗拉强度的方法。但通过热处理工艺能提高强度级别，对金具的重量减轻程度并不明显。

发明内容

本发明针对目前大吨位级别连接金具在实际应用过程中重量大、耗材多、机械强度有限的问题，提供一种高强度轻量化电力连接金具。

本发明包括金具主体，特点是：所述金具主体由至少两层相互堆叠的经过热冲压成形的超高强钢板片材组成，片材之间相互固定。

本发明由于采用多块超高强钢板片材堆叠在一起，所需的堆叠层数目可以根据实际应用情况进行调整，片材彼此间无固定约束，依靠铆接、点焊等其它连接方式实现刚性连接和稳固连接。本发明所具有的优点和有益效果是：

1、连接金具的机械性能高：

本发明对连接金具本体采用多层超高强钢板片材堆叠的结构，充分利用了超高强钢板屈服强度和抗拉强度高的特点。与传统的锻造或球墨铸铁铸造而成的大吨位级别连接金具相比，提高了金具整体的实际应用载荷，减小连接金具在负重条件下断裂的可能性，增大了金具的使用安全系数。

2、连接金具实现轻量化，应用灵活：

连接金具采用超高强钢薄板片材，挂板整体重量小，即使是5层以上多层片材堆叠在一起，相比锻造或铸造生产的同等载荷级别的连接金具，减重比均可达到50%以上。同时，采用多层片材堆叠结构的连接金具，安装方便，可以灵活运用。对于承载要求大的场合，可以采用多层片材堆叠以增加强度；而对于承载要求小的场合，亦可仅采用较少1-4层超高强钢板堆叠。所本发明应用场合灵活多变，大大提高了作业效率。

3、可减少使用中产生的涡流：

本发明由于采用多块超高强钢板片材堆叠在一起，所以可以有效减少使用中产生的涡流的生产，实现输、变电的节能。

本发明还提出以上高强度轻量化电力连接金具的成形方法。

成形方法包括如下步骤：

1）在模具上，将超高强钢板经热冲压成形并同步模具淬火，制出片材坯料；

2）将片材坯料进行激光切边，切割出待堆叠的轮廓形状，制成片材；

3）将至少两个片材堆叠在一起，并在片材之间加设刚性连接。

热冲压成形技术是将板材加热至奥氏体化温度，经过一段时间保温实现完全奥氏体化，在成形的同时模具淬火冷却，获得均匀马氏体组织，使得低屈服强度的钢板转化成超高强度的零件。本发明利用低合金马氏体相变薄板热冲压技术，经过步骤1）可制成为高强度硼钢薄形片材，经热成形工艺可实现模具淬硬强化，得到的模具淬硬超高强钢板，其屈服强度达到1000MPa以上，抗拉强度达到1500MPa以上，塑性可达6～10%及以上。该步骤为制备轻质、高强度、塑性的片材打下良好基础。

再通过步骤2）的进一步成形，步骤3）的片材堆叠和刚性连接，达到了片材之间的稳定的固定。

本发明工艺简单、合理，利用热成形工艺实现电力连接金具轻量化（保证强度力学性能要求）的方法，为缓解输电杆塔的负重载荷提供保障。

本发明片材之间的连接方式可灵活选用，采用套管铆接、点焊等其它单独或复合连接方式对堆叠好的叠层板实现刚性连接和稳固连接。

如，所述刚性连接为在片材之间的点焊。

再如，在片材坯料上加工用于穿置套管的通孔，在堆叠在一起的片材的通孔中穿置套管，并将套管的两端铆固在位于两侧的片材上。

附图说明

图1为普通直角挂板的结构示意图。

图2为普通直角挂板本体结构示意图。

图3采用本发明方法所得到的一种直角挂板的整体结构示意图。

图4为采用本发明方法所得到的直角挂板的俯视图。

图5为采用本发明方法所得到的直角挂板的本体结构示意图。

图6为采用本发明方法所得到的深U型热冲压弯曲片材用零件示意图。

图7为采用本发明方法所得到的单层U型堆叠片材的示意图。

具体实施方式

一、以现有技术加工直角挂板：

如图1、2所示，现有的直角挂板本体9如图2所示，由A3钢材，经采用球墨铸铁铸造制成，其质量为7.0kg。

直角挂板由本体9和两组螺栓组组成。

二、本发明结构：

采用本发明方法所得到的轻量化高强度直角挂板金具如图3、4、5所示。金具主体由五层相互堆叠的经过热冲压成形的超高强钢板片材1、2、3、4、5组成，片材1、2、3、4、5之间相互固定，五层堆叠的片材1、2、3、4、5通过插入轴孔处的铆接套管6进行铆接固定，从而实现刚性连接。通过两个轴线相互垂直的连接螺栓8来实现在实际使用过程中连接方向的转变。

三、本发明成形工艺步骤：

如图6所示，10是将超高强钢板经热冲压弯曲成形工序生产所得到的深U型片材坯料，此时深U型片材坯料的两个顶端两侧还带有法兰边。以此加工每层超高强钢板片材1、2、3、4或5的厚度均为1.8mm，是分别在模具上，将超高强钢板经热冲压成形并同步模具淬火后制出。

热冲压成形技术生产所得到的超高强钢板片材坯料的屈服强度可达1000～1100MPa，抗拉强度可达到1300～1700MPa级别。强度显著提高，传统的模具切边工艺难以应对1300MPa零件，常采用激光切割进行切边。

将图6的半制品经过激光切割，去除半制品两端的法兰边，并将两端加工成弧形，加工后的零件形状如图7所示，图7中11就是待堆叠的单层超高强钢板片材，其中在片材的两端7上分别还加工有用于穿置套管的通孔12和跑道形长孔13。

如图5所示，将待堆叠的单层超高强钢板片材1、2、3、4或5层层机械式地顺序叠放在一起，从而形成挂板本体。相邻的超高强钢板片材之间无固定约束，在五层超高强钢板片材两端的各通孔12中分别穿置一段套管6，并分别将两段套管6的两端铆固在相应的位于两侧的片材上。

除了采用以上套管6铆固的方式，也可以直接将堆叠后相邻的超高强钢板片材以点焊固定，同样也可以实现超高强钢板片材之间的刚性连接。

通过本发明方法所得到的直角挂板本体的质量为3.1kg，与现有技术方法相比，减重比高达55.7%，由于连接金具在架空输电线路上被大量使用，因而此方法能有效缓解输电杆塔的负重载荷。

以上所述仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种高强度轻量化电力连接金具，包括金具主体，其特征在于所述金具主体由至少两层相互堆叠的经过热冲压成形的超高强钢板片材组成，片材之间相互固定。

2.如权利要求1所述高强度轻量化电力连接金具的成形方法，其特征在于包括如下步骤：

1）在模具上，将超高强钢板经热冲压成形并同步模具淬火，制出片材坯料；

2）将片材坯料进行激光切边，切割出待堆叠的轮廓形状，制成片材；

3）将至少两个片材堆叠在一起，并在片材之间加设刚性连接。

3.根据权利要求2所述高强度轻量化电力连接金具的成形方法，其特征在于所述刚性连接为在片材之间的点焊。

4.根据权利要求2所述高强度轻量化电力连接金具的成形方法，其特征在于在片材坯料上加工用于穿置套管的通孔，在堆叠在一起的片材的通孔中穿置套管，并将套管的两端铆固在位于两侧的片材上。