电气材料的选用

2024-06-27

电气材料的选用（精选7篇）

电气材料的选用篇1

在化工厂的爆炸危险区域安装的电气设备要求必须应用防爆型电气设备。对于防爆型设备主要指具有防爆功能的电机、电器、灯具及电子仪器仪表等。

1 防爆电气要求

在防爆电气设备选用过程中, 需要考虑到以下因素: (1) 因易爆场所的环境差异而有所不同。通常有两种类别:气体易爆性环境和粉尘易爆性环境, 两种环境类别的介质差异决定了相应的防爆电气设备的防爆结构不同。根据国家标准 (GB, 下同) , 一类是气体易爆性环境使用的防爆电气设备, 如dⅡBT4和dⅡCT6系列;另一类是粉尘易爆性环境的防爆电气设备。其中防尘结构通常以DP作标识, 通常在可燃纤维或者是可燃性非导电粉尘的II环境区条件下使用, 而尘密结构通常以DT作标识, 通常在爆炸性粉尘10区环境或者是其它爆炸性粉尘II区环境条件下使用; (2) 因易爆性气体混合物的爆炸级别差异而有所不同。按照国家标准分类为I、ⅡA、ⅡB和ⅡC, 其依据的是电气设备的最大试验安全间隙 (MESG) 和最小点燃电流比 (MICR) 这两个指标进行计算, 同时需要参照易爆性气体介质的差异性, 如甲烷气体为I级别、丙烷气体为ⅡA级别、乙烯气体为ⅡB级别、乙炔和氢这两种气体为ⅡC级别等, 四种级别的计算指标呈逐级提高的趋势; (3) 因易爆性气体混合物的组别或引燃温度差异而有所不同。按照国家标准, 从组别T1到T6, 易爆性气体、蒸汽或空气混合物可能被热表面所引燃的最低温度是逐渐降低的, 从而导致防爆电气设备的要求不断上升; (4) 因周围环境差异而有所不同。选择合适的防爆电气设备与周围环境分不开的, 如化工的、电子的、高温的、粉尘等不同环境条件下, 应该因地制宜, 应用与环境配套的电气设备。

2 防爆设备常见问题

在化工企业中防爆电气设备的应用经常会遇到如下问题:电气设备产品型号与安装标准不符, 如防爆组别与场所环境不相容、防爆类型与隔爆级别不配套、防爆标准与安全级别不一致等;防爆电气装置遭受化工设备腐蚀, 继续使用没有及时更换;电气设备本身存在安全隐患没有排查, 如接线盒电线裸漏、防水性较差或者没有封闭、各种电缆引入装置缺少必须的密封圈或者无固定装置进行加固、电动机装置风罩稳定性不够、电气设备铭牌缺少或被化学腐蚀;防爆电气产品没有保修或者检修后无法达到防爆要求, 如遗失密封圈, 没有给电机添加润滑油或者防爆面涂上防锈油, 加固螺丝不到位等;许多电气设备超期服役, 没有执行报废或者更新升级;还有一些化工企业对应采取防保措施的危险场所的电气设备没有安装, 如照明、通风、配电箱等设施的防爆问题没有重视。

3 防爆电气设备应用

防爆电气设备的实际运用具有综合性, 即一种产品往往集成了多种防爆方式和技术。如照明设备可以选择隔爆型 (开关保护) 、增安型 (外壳和接线端盒保护) 或者浇封型 (镇流器保护) 三者之一。化工企业可以有多种选择方案, 结合企业自身实际情况, 综合衡量费用、性能和安全最优组合的防爆电气设备。

首先, 化工企业应按照最大试验安全间隙和最小点燃电流比等条件确定易爆性气体混合物级别, 来选择应用隔爆型和本质安全型防爆型电气设备。易爆性气体发生爆炸的话, 通过间隙传播火焰, 而间隙大小可以决定火焰的传播与否。根据国家标准规定, 不同易爆性气体混合物具有不同的最大试验安全间隙, 通常分类为:甲烷的最大试验安全间隙是1.14mm, 即最高级I;0.9mm<当最大实验安全间隙<1.14mm时, 为ⅡA级别;当0.5mm<最大试验安全间隙≤0.9mm时, 为ⅡB级别;当最大试验安全间隙≤0.5mm时, 为ⅡC级别。所以选用防爆设备时必须根据实际区别对待, 选型不匹配的话可能导致防爆功能大打折扣甚至毫无作用;其次, 化工企业应根据易爆性混合物防爆面最高承受温度的组别, 选择适用于不同温度组别的电气设备。易爆性混合物防爆面组别不同, 其引燃温度存在明显差异。因此, 针对不同组别的防爆电气设备, 应该根据其不同的引燃温度对号入座;最后, 化工企业应结合防爆电气设备的工作原理、冷却装置运作方式及相应的温升限度, 来确定采用那一种类型的防爆电器设备。根据国家标准规定, 最小点燃电流比是以甲烷的最小点燃电流标准与其它易燃物质的最小点燃电流的比值来确定的。由于甲烷的最小点燃电流是最大的, 其最大安全间隙也最大, 那么二者在分级也就保持一致。甲烷的最小点燃电流比是1.0, 是最高级I;当0.8<最小点燃电流比<1.0时, 为ⅡA;当0.45<最小点燃电流比≤0.8时, 为ⅡB;当最小点燃电流比≤0.45为ⅡC。那么, 化工企业采用I级隔爆型电气设备的话, 要求最小点燃电流比大于1.0, 而B级必须小于1.0并且大于0.8。

摘要：文章简述了化工环境下防爆电气设备的应用特点及其正确选用, 特别介绍了防爆电气设备应用中的问题, 对化工厂安全生产管理及电气设备维护有一定的借鉴意义。

关键词：防爆,电气设备,化工

参考文献

[1]张明.浅谈一种新型塑壳防爆断路器的设计[J].电气开关, 2010 (05) .

[2]杨淑琴.防爆压力传感器[J].气动实验与测量控制, 2000 (02) .

浅谈电气设计中电线电缆的选用篇2

1.1 相关规范规定

建筑中, 电线电缆的基本功能是为电气负荷输送电力。在输送电力的过程中重点需考虑的问题有:

(1) 减少线路损耗, 保证供配电系统正常运行;

(2) 防止电气火灾;

(3) 火灾发生时, 应有利于人员的疏散;

(4) 发生突发事件, 尤其是发生火灾时, 应确保防灾设备、消防设备的正常运行。这些问题中, (1) 是属于配电正常运行的问题; (2) ~ (4) 则是属于安全问题, 它们对于中、低压配电系统均适用。但是在建筑电气设计时, 如何正确地选择电线电缆, 往往还是存在一些问题和模糊的认识。在相关的规范中, 对不同的场所和消防用电设备在火灾时延续供电时间做出了规定。

1.2 电线电缆分类及选用要点

在我们的日常设计中, 有多种类型的电缆, 在什么情况下选用何种电缆呢?首先我们来看看电缆的分类及定义:

(1) 普通电线电缆:不具有阻燃、耐火、无卤及低烟等特性的电线电缆;

(2) 阻燃电线电缆:难以着火并具有阻止或延缓火焰蔓延能力的电线电缆;

(3) 耐火电线电缆:在规定温度和时间的火焰燃烧下仍能保持线路完整性的电线电缆;

(4) 无卤低烟阻燃电线电缆:材料不含卤素, 燃烧时产生的烟尘较少并且具有阻止或延缓火焰蔓延的电线电缆;

(5) 无卤低烟阻燃耐火电线电缆:材料不含卤素, 燃烧时产生的烟尘较少并且具有阻止或延缓火焰蔓延、可保持线路完整性的电线电缆。

1.2.1 阻燃电线电缆

阻燃电线电缆根据GB/T18380.3-2001规定的不同等级标准的实验, 可分为A、B、C、D四种阻燃等级, 其要求应符合表1的规定。

在实际的工程设计中, 主要考虑选用的是A、B、C这三个等级的电线电缆。从表1我们可以看出, 当试样所含非金属材料总体积达到7 L/m时, 就应该选择A级阻燃电缆。而在工程设计中, 变配电所的出线往往有数十条电缆, 而且截面也不尽相同。这就需要我们对电缆的非金属材料总体积进行统计, 从而决定需要选用何种等级, 并根据电缆在桥架或线槽内的占空比确定需要采用的规格以及桥架或线槽的数量。

1.2.2 耐火电线电缆

对于耐火电线电缆, 则应通过GB/T19216.21-2003 (等效IEC 60331) 标准的试验, 其耐火试验要求应符合表2在火焰条件下电缆的线路完整性试验。

1.3 敷设方式的选择

选择电线电缆, 与敷设方式直接有关, 因为敷设方式直接关系到对电缆的保护程度。在建筑内敷设方式主要有:电缆桥架或线槽敷设、穿管明敷、穿管暗敷、直接敷设等。

1.4 无卤低烟电线电缆

当建筑中发生火灾, 燃烧时产生的烟气、有毒气体等, 应予以充分考虑。有毒气体的蔓延和扩散, 将造成人员伤亡。为了使建筑内的人员能尽快安全疏散, 可采用无卤低烟电线电缆 (烟气毒性小、烟气透明度高、利于逃生) 。例如八方电工集团生产的辐照交联低烟无卤阻燃耐火电线电缆。值得注意的是, 有的人在设计时考虑采用无卤低烟电线电缆, 设计说明中也明确了采用无卤低烟电线电缆, 但在标注电缆型号时, 却又错误地将有卤的电线电缆标注上去。因为低烟无卤电线电缆型号中不应有“V”。凡是带“V”字母, 就表示含有卤化物, 就不属于无卤电线电缆。

2 其他设计要点

2.1 检测技术的应用

要使配电线路安全可靠, 除了正确的应用之外, 还需要有良好的管理。不要等到出现问题才去处理, 而应转变思路和做法, 在出现问题之前就能发现隐患, 提前处理, 解决问题。然而在当今大型建筑中, 这种管理若依靠人工是难以实现的, 必须借助现代的一些科技手段和技术, 对电线电缆进行必要的监测。例如火灾漏电探测, 线缆的漏电并非表示火灾发生, 而是表明线路存在火灾的隐患, 需要对线路漏电进行检查。因为长期漏电将会导致线缆的绝缘过早老化, 从而导致线缆短路发生火灾。另外, 在大量线缆集中敷设的线槽中, 采用线型感温探测器, 对线缆的温度进行监测。设计合理时, 线缆在正常工作时温度较低;一旦出现过负荷现象, 线缆会出现温升。早期对异常温升进行监测, 可以查找出故障, 避免故障进一步蔓延和发展, 防止火灾发生。

注:D级标准只适用于试样直径≤12mm的电线电缆。

注:原标准 (90年版) 有950℃, 2003年版为了与国际IEC标准等同, 取消该标准。

2.2 新型产品

随着技术发展, 多种新型电线电缆研发出来, 并应用于实际工程。从耐火阻燃的效果上看, 火灾时延续供电时间都有所提高, 达到甚至超过规范规定的火灾时的持续供电时间。例如上海高桥电缆集团研发的超阻燃电缆, 其非金属含量可达到50L/m甚至更高, 这就极大地解决了线路在敷设过程中所需解决的阻燃级别问题, 也极大地提高了电缆的安全性。另外中压耐火电缆采用的填充物中有氢氧化铝和氢氧化镁, 这两种材料在不同的温度下会发生分解, 释放出一定量的水分, 使火灾时电缆在燃烧过程中单一的热传导成为热阻, 达到规范规定的3h耐火要求, 从而大大提高了中压系统供电的可靠性, 为低压应急供电提供了可靠的保证。另外, 高桥的NG-A-1kV-4x35隔离型矿物绝缘耐火电缆通过了英国标准协会BS-6387C.W.Z.试验 (在火灾条件下保持线路完整性的电缆性能要求, C:耐火, 经受950℃火焰燃烧180min;W:耐火防喷淋, 经受650℃火焰燃烧15min和喷水15min;Z:耐火耐撞击, 经受950℃火焰燃烧和极限冲击15min) , 这也是我国目前唯一通过该项试验的产品, 对于我们进行建筑电气防火安全设计十分有益。

2.3 铜、铝合金电缆在住宅配电系统节能中的应用分析

关于铜和铝芯 (或铝合金) 电缆的应用, 从耐火时间上看, 消防线路还是应采用铜芯;对于非消防线路, 缆线截面在16mm2或35mm2及以上时, 可以采用铝芯 (或铝合金) 电缆。铝芯 (或铝合金) 电缆从供配电性能方面, 与铜芯电缆无区别, 但是从节能和减排方面, 还是具有一定的优势。因为冶炼1t铜和1t铝所耗的能源差异很大, 且1t铝所能制造出来的电缆比1t铜要长。因此在北京市地方标准DB11/687-2009《公共建筑节能设计标准》中, 就有专门的条文, 并用了较大的篇幅进行说明。在实际工程设计中, 希望广大设计人员在保证供配电系统的安全可靠性的同时, 在电气节能方面, 为节能减排多做一些工作。

(1) 应用中的电导率。从公式R=ρ*L/S式中:R-导体的电阻, Ω;ρ-导体的电阻率, Ωm;L-导体回路的长度, m;S-导体的截面, mm2。

得知:电阻率是固有的, 对于具体工程而言, 长度不变, 就只有改导体的截面了。铜的电阻率为0.0172×10-6Ωm, 铝的电阻率为0.0282×10-6Ωm。当铝芯截面为铜芯截面1.6倍时, 就能保证同样的导电性能, 也就是增加60%的导体截面, 增加26%的直径。这里需要说明的是, 上述铜的电阻率是对紫铜而言, 而黄铜的电阻率为0.07×10-6Ωm, 就远大于纯铝了。在实际节能应用中, 通过紧压工艺, 将铝紧度控制在0.95以上, 电缆外径的增加低于26%。另外, 专家、学者们在工业纯铝中加入镁、钙、硅、铁等元素制成的铝合金, 其电阻率也有所降低。从而在节省大量铜材料的同时, 电缆占用空间的增加也在可接受范围。

(2) 应用中的载流量。电气性能相同条件下, 相比于铜电缆, 铝电缆直径要大1至12毫米。铝合金电缆在住宅配电系统节能的应用中, 在相同导线性能满足的条件下, 重量相同的铝合金电缆是铜电缆长度的两倍。故载流量一致时, 铝合金电缆仅为铜电缆的一半。质量缩减的同时, 亦降低了对住宅配电系统的支撑设备要求。

(3) 应用中的抗蠕变性。在住宅配电系统节能的应用中, 合金电缆因其特殊的热处理工艺及合金配方, 使得金属在压力和受热下的蠕变倾向大大的降低, 其压缩性能和抗蠕性被提高了300%之多。当实施供电中, 其与锡之间亦无反应, 不会受到腐蚀。电缆化学性质稳定, 故障减少, 使用寿命得以保障, 避免了因电缆腐蚀, 电阻增加所带来的线损耗。

(4) 应用中的机械性能。因铝合金电缆独特的加工工艺和合金配方, 使其在住宅配电系统节能应用中, 柔韧性能大放异彩, 比铜电缆高出了25%, 铜缆的一般弯曲半径是外径的10到20倍, 而铝合金电缆仅为7倍, 且其电气连接具有和铜一样的稳定性。铝合金电缆所提供的配电系统在保证安全性的前提下, 能提高安装效率, 节省成本。

(5) 应用中与电器设备的匹配。由于电器设备的接线端为铜排, 因此铝合金电缆需用铜铝过渡接线端子与电器设备相连接。铜铝过渡接线端子在以前已使用了很长的一段日子, 技术已很成熟了, 使用起来问题不会很大。不过有一点需要注意的是, 因为铝合金电缆在同等载流量的情况下, 截面增加了, 电器设备的接线端的铜排需要另外加工, 但所增加的费用极微

结语

本文从相关规范规定及实际应用经验出发, 从电线电缆分类及选用要点、敷设方式、电缆及光缆产品的燃烧性能、中压线路设计、新产品新技术的应用等方面, 详细分析了建筑配电设计中电线电缆、敷设方式等的选择, 提出了建筑电气防火设计中电线电缆的应用要点, 希望能对广大设计人员在建筑电气防火设计时有所帮助和提示, 合理设计, 保证供配电系统的安全可靠性, 做到安全, 节能。

摘要：作为电气设计人员, 应全面考虑负荷分布情况, 紧密与相关专业沟通, 合理的选取电源点的位置, 合理的规划电缆通道, 做到简单实用。应及早审阅图纸, 多角度的考虑问题, 善于提出不合理的问题, 通过合理化的修改建议对设计进行修改, 最终达到双赢的效果。

关键词：建筑电气,防火,电线,电缆,选用

参考文献

[1]中华人民共和国公安部.GB50045-95高层民用建筑设计防火规范 (2005) [S].北京:中国计划出版社, 2005.

[2]中华人民共和国公安部.GB50016-2006建筑设计防火规范[S].北京:中国计划出版社, 2006.

电气控制中低压交流接触器的选用篇3

交流接触器利用主接点来开闭电路, 用辅助接点来执行控制指令。

主接点一般只有常开接点, 而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点, 小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。

交流接触器的接点, 由银钨合金制成, 具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。

交流接触器的动作动力来源于交流电磁铁, 电磁铁由两个“山”字形的幼硅钢片叠成, 其中一个固定, 在上面套上线圈, 工作电压有多种供选择。为了使磁力稳定, 铁芯的吸合面, 加上短路环。交流接触器在失电后, 依靠弹簧复位。另一半是活动铁芯, 构造和固定铁芯一样, 用以带动主接点和辅助接点的开短。20安培以上的接触器加有灭弧罩, 利用断开电路时产生的电磁力, 快速拉断电弧, 以保护接点。

2 交流接触器的选用原则

接触器作为通断负载电源的设备, 接触器的选用应按满足被控制设备的要求进行, 除额定工作电压与被控设备的额定工作电压相同外, 被控设备的负载功率、使用类别、控制方式、操作频率、工作寿命、安装方式、安装尺寸以及经济性是选择的依据。选用原则如下:

(1) 交流接触器的电压等级要和负载相同, 选用的接触器类型要和负载相适应。

(2) 负载的计算电流要符合接触器的容量等级, 即计算电流小于等于接触器的额定工作电流。

(3) 按短时的动、热稳定校验。

(4) 接触器吸引线圈的额定电压、电流及辅助触头的数量、电流容量应满足控制回路接线要求。

(5) 根据操作次数校验接触器所允许的操作频率。如果操作频率超过规定值, 额定电流应该加大1倍。

(6) 短路保护元件参数应该和接触器参数配合选用。

(7) 接触器和其它元器件的安装距离要符合相关国标、规范, 要考虑维修和走线距离。

3 不同负载下交流接触器的选用

为了使接触器不会发生触头粘连烧蚀, 延长接触器寿命, 接触器要躲过负载启动最大电流, 还要考虑到启动时间的长短等不利因数, 因此要对接触器通断运行的负载进行分析, 根据负载电气特点和此电力系统的实际情况, 对不同的负载启停电流进行计算校合。按控制负载不同可以分为以下几种:

(1) 控制电热设备用接触器;

(2) 控制照明设备用接触器;

(3) 控制电焊变压器用接触器;

(4) 控制电动机用接触器;

(5) 控制电容器用接触器。

4 有特殊要求情况下交流接触器的选用

4.1 防晃电型交流接触器

电力系统由于雷击、短路后重合闸以及单相人为短时故障接地后自动恢复等原因使供电系统晃电, 晃电时间一般在几秒以下。

在有连续性生产要求的情况下, 工艺上不允许设备在电源短时中断 (晃电) 就造成设备跳闸停电, 可以采用防晃电交流接触器。

4.2 带有附加功能的交流接触器

电子技术的应用可以很方便的在接触器中增添主电路保护功能, 如欠、过电压保护, 断相保护、漏电保护等。电动机烧毁事故中, 接触器一相接触不良的占11%, 所以选择带有断相保护的断路器、接触器等电气器件也是十分必要的。

5 交流接触器的安装

交流接触器的吸合、断开时振动比较大, 在安装时尽量不要和振动要求比较严格的电气设备安装在一个柜子里, 否则要采用防震措施, 一般尽量安装在柜子下部。安装尺寸应该符合电气安全距离、接线规程, 而且要检修方便。

6 结束语

电气材料的选用篇4

在现代工程项目中, 柴油发电机组的应用越来越广泛, 作为电力系统断电后的供电连续性的可靠保障, 一方面是作为设计规范中计算机通信设备的备用电源、消防设施的应急电源的优先选择, 另一方面对于电力短缺或电源可靠性差的建筑环境下的必然选择。因此, 柴油发电机组在电气系统中的应用与设计尤为重要, 关系到建筑电气系统的安全、可靠。接下来对柴油发电机组的容量选择、机房布置、配电方案等几个方面进行详细阐述。

1 容量选择

根据《工业与民用配电设计手册》第三版中关于柴油发电机组容量选择的依据, 分为初步方案估算、实施阶段容量计算。

初步方案阶段估算原则为以下三种数据的最大值:按建筑面积估算 (10 000 m2以上取20 W/m2, 10 000 m2以下取10 W/m2) ;按变压器容量的10%~20%;按电动机起动容量估算 (直接起动的最大一台电动机容量的5倍) 。

实施阶段需要通过计算比对得出最终结果;按稳定负荷计算发电机容量, 稳定负荷根据一级负荷、消防负荷以及重要的二级负荷容量的总和;按尖峰负荷计算;按发电机母线允许压降计算;按最大的单台电动机或成组电动机启动的需要来计算发电机容量[1]。最终的发电机容量为上述值的最大值。举例:某项目的消防设备用电负荷数据见表1, 重要的非消防设备的用电负荷数据见表2。按表1计算柴油发电机组容量为S=124/0.87/0.8=178 k W, 选择容量为180 k W的机组;按表2计算柴油发电机组容量为S=63/0.87/0.8=91 k W, 选择容量为100 k W的机组。综合应按消防用电负荷计算的数据选择180k W的机组。

2 机房选址

根据建筑类别的不同, 柴油发电机机房布置也不尽相同, 一般来说, 对于电厂、电子信息系统机房这类建筑, 柴油发电机可设置在一层, 柴油发电机房内进、排风的墙体一般靠建筑端部临道路, 便于形成空气流动的通路。对于高层民用建筑 (一般有地下层) , 柴油发电机可设置在地下一层。需考虑到设备运输、进排风问题, 在下面的机房内部布置中再行一一论述。

3 机房布置

柴油发电机房布置应符合发电机组运行工艺的要求, 冷却通风系统, 环境噪音要求, 荷载及基础要求, 排烟系统, 隔震和消噪, 设备间距要求等等。

(1) 设备间距:根据设计图集《建筑电气常用数据》04DX101-1中对机组外轮廓距墙的距离, 从64 k W以下至2 000 k W, 柴油发电机的四周距离墙的净空均有严格规定, 多台机组之间的距离也有要求, 可参照图集所列表格。

(2) 通风系统:机房的通风散热应按机房设备的散热量和有害气体的排除, 并能满足柴油机所需的燃烧理论空气量计算设计。一般优先采用自然通风排除机房内的余热, 当不能满足温度要求时, 在机房墙上装设机械通风扇以满足通风散热的要求。良好的通风系统可使发电机组在高温环境下都可满载运行[5]。机房设在地下室时, 需要考虑进、排风系统, 设计时应根据柴油机容量、机房面积预留进、排风和排烟井道。

(3) 基础要求:因柴油发电机组较重, 一般设置在建筑首层或地下一层, 机组基础还应采取减震措施, 还应防止与房屋主体产生共振。

(4) 排烟系统:燃油燃烧产生高温废气需要通过排烟管道排出室外, 须根据当地环保部门要求设置排放高度及位置。一般情况下应避开居民敏感区, 可排至主楼屋面或裙楼屋面远离主楼的位置, 若设置在裙房屋顶时, 宜将烟气处理后再排放[2]。一般是预留排烟管道至屋顶, 排烟管道需做保温。

(5) 隔震消噪:发电机组运行时会产生振动, 为防止与房屋主体产生共振及本体损坏, 需要进行隔震处理, 电缆做软连接, 隔震处理可由柴油机组承包商随机组配套提供。发电机房主要噪声源有:进气系统、废气涡轮增压器、燃烧噪声、次震动[4]。可通过增大墙壁硬度、机房空间, 增设机组消音设备、使用吸音材料等措施来改善噪音问题。当然最终的噪声应满足当地环保部门的要求。

(6) 运输通道:一般情况下如果柴油发电机组设置在地下层, 则可以通过地下入口坡道, 但需核实入口处的高度是否满足要求, 需要土建工程师核算运输路线上的结构承载能否满足要求。如果柴油发电机房不能经过入口坡道运输就要考虑设置吊装孔。

图1-4为常用的柴油发电机组的设置方案。

4 配电方案设计

如图5、6所示。常用的主接线方式是设应急母线段, 应急段平时由市电供电, 当失去市电时, 由柴油发电机供电。有些地区消防主管部门或专家认为应设置两个应急母线段, 以满足消防规程的要求, 笔者认为两个应急母线段是分别为消防类和非消防类重要负荷供电, 设置两条应急母线段是十分必要的, 目的是互不干扰, 保证可靠性, 这也印证了现行规范《供配电系统设计规范》GB50052-2009中第3.0.9条备用电源严禁接入应急供电系统[3]。

5 结语

随着生产、生活水平的提高, 社会对电源稳定性要求越来越高, 同时考虑到地域性差异、经济性的平衡, 柴油发电机组作为应急电源、备用电源的用途也越来越广泛, 也十分具有优势, 特别在建筑工程中用得越来越普遍, 重要性日益受到重视。本文以建筑电气中柴油发电机组设计中几个比较重要的问题做了论述, 由于建筑个体情况不同, 柴油发电机的设置要切合具体的建筑。工程设计中, 设计者应充分利用建筑布局和空间, 开拓思路, 要与土建专业进行充分的沟通与比选, 从最基本的布置中找出最佳解决方案。

参考文献

[1]中国航空工业规划设计研究院组编.工业与民用配电设计手册:第三版[M].北京:中国电力出版社, 2005.

[2]JGJ16-2008.民用建筑电气设计规范[S].

[3]GB50052-2009.供配电系统设计规范[S].

[4]格赛斯康明斯发电机组应用手册[Z].福州格赛斯机电有限公司, 2010.

电气材料的选用篇5

1 数控机床电气控制系统概述

数控机床是长时间连续运转的设备, 本身要具有高可靠性。因此, 在电气系统的设计和部件的选用上普遍应用了可靠性技术、容错技术及冗余技术。在保证可靠性基础上, 还具有先进性, 如新型组合功能电器元件的使用、新型电子电器及电力电子功率器件的使用等等。所有部件选用的是最成熟的, 且符合有关国际标准并取得授权认证的新型产品。另外, 电气控制系统还需要具有稳定性、安全性、方便的可维护性、良好的控制特性、操作要人性化等性能。

2 数控机床常用控制电器及选用

2.1 低压断路器

低压断路器又称为自动空气开关, 是将控制和保护功能合为一体的电器。通常作为不频繁接通和断开的电路的总电源开关或部分电路的电源开关, 当发生过载、短路和欠压等故障时能自动切断电路, 有效地保护串接在它后面的电器设备, 并且在分断故障电流后一般不需要更换零部件。因此, 低压断路器在数控机床上使用越来越广泛。低压断路器的选用原则:低压断路器的额定电流和额定电压应该大于或等于线路、设备的正常工作电压和工作电流;低压断路器的极限通断能力应大于或者等于电路的最大短路电流;欠电压脱扣器的额定电压等于线路的额定电压;过电流脱扣器的额定电流应大于或者等于线路的最大负载电流。

2.2 接触器

接触器是一种用来频繁地接通或分断电路带有负载电路的自动控制电器。接触器由电磁机构、触点系统、灭弧装置及其他部件四部分组成。其工作原理是当线圈通电后, 铁芯产生电磁吸力将衔铁吸合, 衔铁带动触点系统动作, 使常闭触点断开, 常开触点闭合。当线圈断电时, 电磁吸力消失, 衔铁在反作用弹簧力的作用下释放, 触点系统随之复位。

接触器的选用原则:根据接触器所控制负载的工作任务来选择相应使用类别的接触器;接触器的额定电压一般为500V或380V两种, 应大于或者等于负载电路的电压;根据电动机 (或其他负载) 的功率和操作情况来确定主触点的电流等级;接触器线圈的电流种类 (交流或者直流) 和电压等级应与控制电路相同;触点数量和种类应该满足电路和控制电路的要求。

2.3 继电器

继电器是一种根据输入信号的变化接通或断开控制电路的电器。继电器输入为电流、电压、温度压力等物理量, 输出为相应的触点动作。

继电器的选用原则:按使用环境选型;按输入信号不同确定继电器种类;输入参量的选定;根据负载情况选择继电器触点的种类和容量。

2.4 变压器

变压器是一种将某一数值的交流电压变换成数值不同的交流电压的静止电器。

2.4.1 机床控制变压器

机床控制变压器适用于频率50-60HZ, 输入电压不超过660V的电路。常作为各类机床、机械设备中一般电器的控制电源和步进电动机驱动器、局部照明及指示灯的电源。

2.4.2 三相变压器

在三相交流系统中, 三相电压的变换可以用三台单项变压器也可以用一台三相变压器实现, 优先选择三相变压器。在数控机床中, 三相变压器主要是给伺服驱动系统供电。

变压器的选用原则如下:

(1) 标准变压器

根据实际情况选择初级额定电压, 再选择次级额定电压;根据负载情况确定各绕组额定电流, 大于等于负载电流;根据次级的电压、电流、次级额定容量来选择变压器。

(2) 非标准变压器

选择初级额定电压、电源频率、次级绕组电压、电流及总容量。

3 数控机床电气控制线路实例分析

图1中断路器QF1用来对整个动力线路进行过载及短路保护。断路器QF2作为刀架电动机及Z轴伺服电动机过载及短路保护;伺服变压器TC2原边接AC380V, 副边提供AC200V电压供给Z轴伺服驱动器使用;交流接触器KM1、KM2用来控制刀架电动机的正反转。变压器TC1原边接AC380V, 副边两组绕组分别提供AC24V、AC220V;AC24V经过整流桥后变为DC24V供给X轴进给驱动器使用;AC220V经直流稳压电源后变为DC24V供给数控系统及PLC端子板使用。断路器QF3作为X轴步进电动机过载及短路保护。

结束语

数控机床是集机、电、液、气于一体的机电一体化装备, 数控机床电气控制系统是其核心, 它的可靠运行, 直接关系到整个设备运行正常与否。我们在掌握数控机床常用的控制电器基本功能和选用原则的基础上, 对于数控机床电气控制设计、改造以及电气故障维修有很重要的帮助。控制电器元件长时间使用及频繁动作, 容易引起损坏及老化, 我们在设计及选择使用时应该考虑其工作年限, 这样才能保证数控机床的稳定运行。

参考文献

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[2]杨克冲, 陈吉红, 郑小年.数控机床电气控制[M].武汉:华中科技大学出版社, 2009

化工防爆电气设备选用及维护篇6

1 设备防火防爆原理

1.1 间隙防爆原理

当火焰穿过金属间隙时,若间隙缝隙小到一定的程度,火焰不能继续传播而自动熄灭。其主要原因是金属间隙能阻止爆炸火焰的传播和冷却爆炸产物的温度,达到熄灭和降温隔离爆炸产物的效果。隔爆间隙种类有平面法兰结合面、止口法兰结合面、圆筒结合面、螺纹结合面以及金属微孔和金属网罩等结构型式。

1.2 减小点燃能量防爆原理

限制电路中的电气参数,降低电路的电压和电流或者采取某些可靠保护电路,阻止强电流和高电压窜入爆炸危险场所,保证爆炸危险场所中电路产生的开断路电火花或者是热效应能量小于爆炸性混合物的最小点燃能量,保证点燃不起爆炸性混合物。

这种本质安全型电气设备结构简单、体积小、重量轻,制造和维护方便,具有可靠的安全性,能直接应用在最危险的0区场所,因此目前正在逐渐地替代笨重的隔爆型结构[1]。

1.3 阻止点火源与爆炸性混合物相接触防爆原理

根据燃烧和爆炸三要素原理,采取一些有效可靠的措施,使点火源与周围爆炸性混合物不能直接接触达到防爆要求。它与隔爆措施有本质区别,隔爆型是把可能引起的爆炸产物与周围爆炸性混合物隔离,而它则是先把点火源与爆炸性混合物隔离根本没有发生爆炸现象。当前国内外已有的隔离措施有油隔离、浇封隔离、惰性气体隔离、充入正压空气隔离等。相应的防爆措施类型称为充油型、浇封型、气密型和正压型等。

1.4 在特定的条件下提高电气安全措施的防爆原理

在正常运行时不会产生电火花、电弧和危险温度的电气设备,为了确保安全可靠,适当再提高电气安全措施来达到防爆。它的特定条件必须是在正常状态时不会产生电火花、电弧以及危险温度。常见的电气设备有无电刷电动机、变压器、接线盒以及阀门定位器等。其常见措施有增大接线端子之间和对外壳的电气间隙和爬电距离、增强接线的防松措施、提高绝缘材料的绝缘等级、提高外壳的防护等级以及增加外壳的散热措施等。

防爆原理多种多样,采取的措施也多种多样,优劣各有不同。一般来说,其优劣性能关系为:隔爆性〈本质安全型≤增安型,根据防爆原理,一般将防爆电气设备划分为以下几类,见表1:

2 爆炸性混合物的分类

2.1 按最大试验安全间隙分类

爆炸性气体、蒸汽发生爆炸时,火焰能通过间隙传播出去,但当间隙狭小到一定程度时,火焰就不能传播了。在规定的试验条件下,(结合面长度为25mm),火焰传播的最大间隙称为最大试验间隙(MESG)。不同物质形成的爆炸性混合物其最大试验安全间隙也不同,所以分类如下:

最大试验安全间隙1.14 mm为甲烷,无级,标志为Ⅰ;

最大实验安全间隙0.9

最大试验安全间隙0.5

最大试验安全间隙≤0.5 mm为C级,标志ⅡC。

因此A级隔爆型电气设备其隔爆间隙必须小于1.14 mm,而C级必须小于或等于0.5 mm,两者是不同的,这一点很重要,特别是在电气设备的维修保养过程中。若选型不当或维修保养不当就很有可能失去防爆作用。

2.2 按最小点燃电流比分级

点燃不同物质所需的电流大小是不同的。在国家规定的技术标准中是以甲烷的最小点燃电流为标准的,其它易燃物质的最小点燃电流与之比较,得出最小点燃电流比(MICR),即:

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实践证明,所有爆炸性气体、蒸汽的最小电流都比甲烷小,而且最大安全间隙越小,最小点燃电流也越小,若按最小点燃电流分档归类分级与按最大安全间隙分级结果十分相似,所以在分级上二者就结合了。

最小点燃电流比1.0为甲烷,无级,标志为Ⅰ;

最小点燃电流比0.8

最小点燃电流比0.45

最小点燃电流比≤0.45为C级,标志ⅡC。

2.3 按引燃温度分组

在没有明火源的条件下,不同物质加热引燃所需要的温度是不同的,因为自然点各有不同,具体分组见表2:

由此可见,用于不同组别的防爆电气设备,其表面允许的最高温度各有不同,不可随便混用。例如适用T5的防爆电气设备可以使用T1～T4的各级,但是不适用于T6级,因为T6级的引燃温度比T5级的低,极有可能被T5级的防爆电气设备的表面温度所引燃发生爆炸[2]。

3 防爆电气设备选用

化工防爆设备选用要考虑的因素比较多,环境存在的易燃易爆物质特性、防爆的原理类型及效果、环境的适用性、维修的问题乃至经济效益的问题都是考虑的因素。但是出于安全的考虑,最关键最核心的考虑因素是易燃易爆物质的特性和防爆的原理类型及效果等。

(1)从易燃易爆物质的物理化学特性选型,综合考虑对易燃易爆物质的三种分类方法,参考各种化工常见物质的最大试验间隙、最小点燃电流比以及引燃温度,可分类表3:

由表3可知,为确保化工安全生产需要,在选用电气设备的防爆等级时只能从严选择,即对应化工物质只可选右下角的防爆等级要求,决不能选用左上角的防爆等级。如对于丙烯环境下的电气设备最低的要求是ⅡAT2,对于乙烯环境下的电气设备最低的要求是ⅡBT2。

(2)从防爆的原理类型及效果考虑。对于确定的化工物质,从化学物理特性考虑,最低防爆技术要求是确定的,如对乙烯,其化学物理要求的最低防爆要求是ⅡBT2,但是由于设备采取的防爆原理不同,故同样的ⅡBT2有不同的设备构造,有dⅡBT2型、有pⅡBT2型、eⅡBT2等,考虑到目前国内设备制造水平以及所形成的产业格局,推荐防爆电气设备如下表 4及表5。

说明:〇适合 △尽量避免 *不适合 -结构实际上不存在空栏为非实用性

由此防爆区域的电气设备选择主要依靠表3与表4和表5联合进行选择,对于乙烯环境下的低压三相鼠笼型感应电动机,我们可以选用dⅡBT2或者是pⅡBT2都可以,当然在经济允许的条件下,选择dⅡBT4或者是pⅡBT4也是值得提倡的[3]。

4 防爆电气设备的维护保养

防爆电气设备选定后是不是就能确保安全呢?显然不是的,若安装维护保养不当,会导致防爆机理失效,从而使防爆电气设备丧失防爆能力,为此安装维护保养防爆电气设备必须做到以下几点[4]:

(1)在爆炸危险场所所选用的导线或电缆的截面积满足要求,电缆的敷设必须符合防爆要求,否则虽然电气设备符合防爆要求,电缆不符合要求导致整套系统失去防爆性能。

(2)接地符合要求。

(3)隔爆型电气设备的隔爆结合面应无沙眼,机械伤痕和锈蚀,这一点在维修是要特别注意,严禁在隔爆结合面上涂油漆。

(4)维修后要保证隔爆电动机和风机的轴与轴孔,风扇与端罩之间在正常工作状态,不产生摩擦。

(5)隔爆插销一定要有断电后才能插入和拔脱插头的连锁装置。

(6)除本安型电气设备外,所有设备都应有断电源后开启警告牌。

(7)正压型防爆电气设备的取风口和排风口都应在非危险场所。

(8)正压型防爆电气设备必须先进行充分换气后才能通电源,当设备正压不能保持规定时,1区环境使用应能切断电源,2区环境使用应能发生警告信号。

(9)电气线路进入防爆电气设备时必须符合相关要求。

摘要：简要介绍了电气设备的防火防爆原理以及爆炸性混合物的分类,结合国内防火防爆生产企业的生产实际,介绍目前市场上可供选择的产品型号,并依据防火防爆原理,提出防火防爆电气设备的维护要求。

关键词：防火防爆,原理,选用,维护

参考文献

[1]李荫中.石油化工防火防爆手册[M].北京:中国石化出版社,2003.

[2]叶忠贵.石油化工安全技术[M].北京:石油工业出版社,1987.

[3]郎永强.电气防火防爆防雷方法与技巧[M].北京:机械工业出版社,2007.

铝活塞加工刀具材料的合理选用篇7

每一品种刀具材料都有其特定的加工范围, 只能适用于一定的工件材料和切削速度范围。不同的刀具材料和同种刀具加工不同的工件材料时刀具寿命往往存在很大的差别, 例如:加工铝活塞时, 金刚石刀具的寿命是YG类硬质合金刀具寿命的几倍到几十倍;YG类硬质合金刀具加工含硅量高、中、低的铝合金时其寿命也有很大的差别。所以, 合理选用刀具是成功进行切削加工的关键。每一种刀具材料都有其最佳的加工对象, 即存在切削刀具与加工对象的合理匹配问题。

1 刀具材料应具备的性能

1.1 高的硬度和耐磨性

硬度是刀具材料应具备的基本特性。刀具要从工件上切下切屑, 其硬度必须比工件材料的硬度大。切削金属所用刀具的切削刃硬度, 一般都在60HRC以上。

耐磨性是材料抵抗磨损的能力。一般来说, 刀具材料的硬度越高, 其耐磨性就越好。组织中的硬质点 (碳化物、氮化物等) 的硬度越高, 数量越多, 颗粒越小, 分布越均匀, 则耐磨性越好[3]。耐磨性还与材料的化学成分、强度、显微组织及摩擦区的温度有关。可用公式表示材料的耐磨性WR:

WR=KIC0.5E-0.8H1.43

式中 H—材料硬度 (GPa) 。硬度愈高, 耐磨性愈好。

KIC—材料的断裂韧性 (MPa.m1/2) 。KIC愈大, 则材料受应力引起的断裂愈小, 耐磨性愈好。

E—材料的弹性模量 (GPa) 。E很小时, 由于磨粒引起的显微应变, 有助于产生较低的应力, 耐磨性提高。

1.2 足够的强度和韧性

要使刀具在承受很大压力, 以及在切削过程经常出现的冲击和振动条件下工作, 而不产生崩刃和折断, 刀具材料就必须具有足够的强度和韧性。

1.3 高的耐热性 (热稳定性)

耐热性是衡量刀具材料切削性能的主要标志。它是指刀具材料在高温条件下保持一定的硬度、耐磨性、强度和韧性的性能。

刀具材料还应具有在高温下抗氧化的能力以及良好的抗粘结和抗扩散的能力, 即刀具材料应具有良好的化学稳定性。

1.4 良好的热物理性能和耐热冲击性能

刀具材料的导热性愈好, 切削热愈容易从切削区散走, 有利于降低切削温度。

刀具在断续切削或使用切削液时, 常常受到很大的热冲击 (温度变化剧烈) , 因而刀具内部会产生裂纹而导致断裂。刀具材料抵抗热冲击的能力可用耐热冲击系数R表示, R的定义是为:

R=λσb (1-μ) /Eα

式中 λ—导热系数;

σb—抗拉强度;

μ—泊松比;

E—弹性模量;

α—热膨胀系数。

导热系数大, 使热量容易散走, 降低刀具表面的温度梯度;热膨胀系数小, 可减少热变形;弹性模量小, 可以降低因热变形而产生的交变应力的幅度;有利于材料耐热冲击性能的提高。

耐热冲击性能好的刀具材料, 在切削加工时可以使用切削液。

1.5 良好的工艺性能

为了便于刀具的制造, 要求刀具材料具有良好的工艺性能, 如锻造性能、热处理性能、高温塑性变形性能、磨削加工性能等。

1.6 经济性

经济性是刀具材料的重要指标之一, 优质刀具材料虽然单件刀具成本很高, 但因其使用寿命长, 分摊到每个零件的成本则不一定很高。因此在选用刀具材料时要综合考虑其经济效果。

2 刀具材料

2.1 高速钢

高速钢是一种加入了较多的钨、钼、铬、钒等合金元素的高合金工具钢[4]。高速钢具有较高的强度和韧性, 并且具有一定的硬度和耐磨性, 适合各类刀具的要求。高速钢刀具制造工艺简单, 容易磨成锋利切削刃, 因此尽管各种新型刀具材料不断出现, 高速钢刀具在金属切削中仍占较大的比例。可以加工有色金属和高温合金。由于高速钢具有以上性能, 活塞加工中的铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀、钻油孔用钻头等刀具都为高速钢材料。

2.2 硬质合金

硬质合金是由难熔金属碳化物 (如WC、TiC、TaC、NbC等) 和金属粘结剂 (如Co、Ni等) 粉末经粉末冶金的方法制成。

由于硬质合金中都含有大量的金属碳化物, 这些碳化物都有熔点高、硬度高、化学稳定好、热稳定性好等特点, 因此, 硬质合金材料的硬度、耐磨性、耐热性都很高。常用硬质合金的硬度为89～93HRA, 比高速钢的硬度 (83～86.6HRA) 高, 在800～1000℃时尚能进行切削。在540℃时, 硬质合金的硬度为82～87HRA, 在760℃时, 硬度仍能保持77-85HRA。因此, 硬质合金的切削性能比高速钢高得多, 刀具耐用度可提高几倍到几十倍, 在耐用度相同时, 切削速度可提高4～10倍。

目前我公司使用的硬质合金刀具主要是YG类 (WC-TiC-Co) 中的YG6和YGX。YT类 (WC-TiC-Co) 中的YT15等硬质合金用于活塞粗加工、半精加工和部分精加工工序。

2.3 金刚石

金刚石是目前已知矿物材料中硬度最高、热传导性最好的物质, 与各种金属、非金属材料配对摩擦的磨损量仅为硬质合金的1/50—1/800[4], 是制作切削刀具最理想的材料。然而, 天然单晶金刚石仅用于制作首饰及某些有色金属的超精密加工[5]。刀具用人造大颗粒单晶金刚石尽管目前De Beers公司、住友电工等均已工业化生产, 但还没有进入大量应用阶段。

金刚石刀具的切削刃非常锋利 (这对切下极小断面的切屑是很重要的) , 刃部粗糙度很小, 摩擦系数又低, 切削时不易产生积屑瘤, 加工表面质量高。加工有色金属时, 表面粗糙度可达到Ra0.012μm, 加工精度可达到IT5级以上。

金刚石刀具有三种:天然单晶金刚石刀具、整体人造聚晶金刚石刀具、金刚石复合刀具。天然金刚石刀具由于成本较高等原因, 在实际生产中应用较少。人造金刚石是通过合金触媒的作用, 在高温高压下由石墨转化而成。金刚石复合刀片是在硬质合金基体上经过高温、高压等先进工艺烧结一层约0.5～1μm厚的金刚石, 这种材料是以硬质合金做基体, 其机械性能、热传导性和膨胀系数都近似于硬质合金, 基体上的人造多晶金刚石磨料中的金刚石晶体呈不规则排列, 其硬度和耐磨性在各个方向都是均匀的[6]。

聚晶金刚石 (简称PCD) 是由经过筛选的人造金刚石微晶体在高温高压下烧结而成。在烧结过程中, 由于添加剂的加入, 使金刚石晶体间形成以TiC、SiC、Fe、Co和Ni等为主要成分的结合桥。金刚石晶体以共价键的结合形成牢固地嵌于结构桥构成的坚强骨架中, 使PCD的强度和韧性都大大提高, 其硬度约为9000HV, 抗弯强度为0.21～0.48GPa, 导热系数为20.9J/cm.s.℃, 热膨胀系数为3.1×10-6/℃[7]。现在使用的聚晶金刚石刀具大多是PCD与硬质合金基体烧结形成的复合体, 即在硬质合金基体上烧结上一层PCD。PCD的厚度一般为0.5mm和0.8mm, 由于底层为硬质合金, 焊接方便;又由于PCD结合桥的导电性, 使得PCD便于切割加工成各种形状, 制成各种刀具, 成本远远低于天然金刚石。

聚晶金刚石 (PCD) 可加工各种有色金属和极耐磨的高性能非金属材料, 如铝、铜、镁及其合金, 硬质合金, 纤维增强塑料, 金属基复合材料, 木材复合材料等。PCD刀具材料中金刚石晶粒平均尺寸不同, 对性能产生的影响也不同, 晶粒尺寸越大, 其耐磨性越高。在相近的刃口加工量下, 晶粒尺寸越小, 则刃口质量越好。选用晶粒尺寸为10～25μm的PCD刀具, 可以500～1500m/min的高速切削Si含量12～18%的硅铝合金, 晶粒尺寸8～9μm的PCD加工Si含量小于12%的铝合金。超精密加工, 则应选用晶粒尺寸小的PCD刀具。PCD的耐磨性在超过700℃时会减弱, 因其结构中含有金属Co, 会促进“逆向反应”即由金刚石向石墨转变。PCD有较好的断裂韧性, 可以进行断续切削, 可以以2500m/min的高速端铣Si含量10%的铝合金。

可利用金刚石材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。在切削加工有色金属时, PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍, 是目前铝活塞精密加工的理想刀具。例如:精车活塞环槽、精镗活塞销孔、精车活塞外圆、精车活塞顶面等工序。

2.4 立方氮化硼

聚晶立方氮化硼 (PCBN) 是由CBN微粉与少量粘结相 (Co, Ni或TiC、TiN、Al2O3) 在高温高压下加入催化剂烧结而成的。它具有很高的硬度 (仅次于金刚石) 和耐热性 (1300～1500℃) , 优良的化学稳定性、比金刚石刀具高得多的热稳定性 (达1400℃) 和导热性, 低的摩擦系数, 但其强度较低。与金刚石相比, PCBN的突出优点是热稳定性高得多, 可达1200℃ (金刚石为700～800℃) , 可承受较高的切削速度;另一个突出优点是化学惰性大, 与铁族金属在1200～1300℃下也不起化学反应, 可用于加工钢铁。因此, PCBN刀具主要用于高效加工黑色难加工材料[8]。

PCBN刀具除了具有以上的特点外, 还有以下几项优点:①硬度高, 特别适合于加工从前只能磨削的HRC50以上的淬硬钢、HRC35以上的耐热合金和HRC30以下而其它刀具很难加工的灰口铸铁。②与硬质合金刀具相比, 切削速度高, 可实现高速高效切削。③耐磨性好, 刀具耐用度高 (为硬质合金刀具的10～100倍) , 能获得较好的工件表面质量, 实现以车代磨。不足之处在于PCBN刀具的抗冲击性能较硬质合金差, 因此, 使用时应注意提高工艺系统的刚性, 尽量避免冲击切削。

PCBN可制成整体的刀片, 也可与硬质合金结合制成复合刀片[9]。PCBN复合刀片是在硬质合金基体上烧结一层0.5～1.0mm厚的PCBN, 其性能兼有较好的韧性和较高的硬度及耐磨性。

PCBN的性能主要与CBN的粒度、CBN的含量及结合剂种类有关, 按其组织大致可分为两大类:一类是由CBN晶粒直接结合而成, CBN含量高 (70%以上) , 硬度高, 适用于耐热合金、铸铁和铁系烧结金属的切削加工;另一类是以CBN晶粒为主体, 通过陶瓷结合剂 (主要有TiN、TiC、TiCN、AlN、Al2O3等) 烧结而成, 这类PCBN中CBN含量低 (70%以下) , 硬度低, 适用于切削加工淬硬钢[10]。

在我公司, 立方氮化硼刀具被用于镶铸铁环活塞的车削铸铁环槽工序中, 同时也应用于活塞立体靠模的加工中。

2.5 陶瓷

陶瓷刀具材料的主要优点是:

1) 有很高的硬度与耐磨性, 常温硬度达91～95HRC;

2) 有很高的耐热性, 在1200℃高温下硬度为80HRC;而且高温条件下抗弯强度、韧性降低极少;

3) 有很高的化学稳定性, 陶瓷与金属亲合力小, 高温抗氧化性能好, 即使在熔化温度下也不与钢相互作用。因而刀具的粘结、扩散、氧化磨损较少;

4) 有较低的摩擦系数, 切屑不易粘刀, 不易产生积屑瘤。

陶瓷刀的缺点是:

脆性大, 强度与韧性低, 抗弯强度只有硬质合金的1/2～1/5, 因此使用时必须选择合适的几何参数与切削用量;避免承受冲击负荷, 以防崩刃与破损;此外, 陶瓷刀导热率低, 仅为硬质合金的1/2～1/5, 热膨胀系数却比硬质合金高10～30%, 抗热冲击性较差。

目前, 陶瓷刀具还没有应用于铝活塞加工过程中。

3 小结

刀具材料的发展对切削技术的进步起着决定性的作用。本文介绍了切削中所使用的金刚石、聚晶立方氮化硼、陶瓷、硬质合金、高速钢等刀具材料的性能及适用范围。刀具损坏机理是刀具材料合理选用的理论基础, 刀具材料与工件材料的性能匹配合理是切削刀具材料选择的关键依据, 要根据刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能选择刀具材料, 才能获得良好的切削效果。就活塞在切削加工时的刀具材料选用作了阐述。

高速钢:活塞加工中铣浇冒口、铣横槽及铣膨胀槽用铣刀, 钻油孔用钻头等都为高速钢材料。

硬质合金:YG、YD系列硬质合金刀具被广泛应用于铝活塞加工的各个工序中, 特别是活塞粗加工和半精加工工序。

立方氮化硼:立方氮化硼刀具被用于镶铸铁环活塞的车削铸铁环槽工序中。同时也应用于活塞立体靠模的加工中。

金刚石:金刚石刀具可利用金刚石材料的高硬度、高耐磨性、高导热性及低摩擦系数实现有色金属及耐磨非金属材料的高精度、高效率、高稳定性和高表面光洁度加工。在切削铝合金时, PCD刀具的寿命是硬质合金刀具的几十倍甚至几百倍, 是目前铝活塞精密加工的理想刀具, 已经应用于精车活塞环槽、精镗活塞销孔、精车活塞外圆、精车活塞顶面及精车活塞燃烧室等精加工工序中。

摘要：本文从刀具材料性能 (主要是指刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能) 相互匹配的角度研究如何合理选用适合加工活塞的刀具材料, 要根据刀具材料与工件材料的力学、物理和化学性能选择刀具材料, 才能获得良好的切削效果, 即最长的刀具寿命、最大的切削生产率和最低的刀具成本消耗。

关键词：金刚石,PCD,聚晶立方氮化硼,陶瓷,硬质合金

参考文献

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[7]李铭铭.金刚石切削刀具及其应用, 磨料磨具通讯, 1997年第10期.

[8]刘利民, 刘民.超硬刀具应用.工具技术, 1997.3.

[9]超硬材料与工具, 冶金工业出版社, 1996.