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放尺
发布时间：
2025-09-29 15:27
来源：
电瓷是电力系统中承担绝缘和机械支撑功能的关键陶瓷部件，其尺寸精度直接影响装配兼容性、电气绝缘性能和机械承载能力。而放尺是电瓷生产中为补偿泥坯在“干燥-烧成”过程中的体积收缩，预先将泥坯/模具尺寸放大的核心技术，是保证最终产品符合设计图纸要求的关键环节。
一、定义与目的
电瓷的生产流程中，从湿泥坯到成品瓷件会经历两个不可逆的体积收缩阶段：干燥收缩（水分蒸发导致颗粒致密化）和烧成收缩（高温下矿物相变、玻璃相形成及颗粒烧结）。这两个阶段的总收缩率通常可达8%~18%（随原料和工艺变化）。
放尺的本质是：根据预测试的收缩率，反向计算并放大泥坯/模具的尺寸，确保收缩后成品尺寸与设计值一致。其核心目的包括：
1. 保证尺寸精度：使成品的直径、高度、壁厚、孔位等关键尺寸符合图纸公差（电瓷常见公差为 ±0.5%~±1.5%）；
2. 满足装配要求：避免因尺寸偏差导致电瓷与金属附件（如法兰、电极）装配困难（过松漏液、过紧开裂）；
3. 保障性能稳定：尺寸偏差可能破坏电瓷的电场分布（如套管内壁偏薄导致电场集中）或机械应力分布（如伞盘厚度不足降低抗弯强度）。
二、影响放尺的关键因素
放尺的核心是精准预测收缩率，而收缩率受原料、工艺、产品结构多重因素影响，需针对性调整：
因素1：原料配方
电瓷原料主要由黏土（塑性相）、长石（助熔相）、石英（骨架相）组成：
- 黏土含量越高：干燥收缩越大（黏土吸水性强，失水后体积收缩明显）；
- 长石含量越高：烧成收缩越小（长石降低烧结温度，促进玻璃相快速形成，减少颗粒间隙收缩）；
- 石英粒度越细：烧成收缩越均匀（细颗粒烧结活性高，避免局部收缩差异）。
因素2：成型工艺
电瓷常见成型方式有压制成型、注浆成型和车削成型：
- 压制成型：压力越大（通常 15~30MPa），泥坯致密度越高，干燥收缩越小（水分含量低），但烧成收缩略大（颗粒间隙更易被玻璃相填充）；
- 注浆成型：泥坯致密度低（水分含量 18%~25%），干燥收缩大（可达 10%~15%），烧成收缩相对较小。
- 车削成型：泥坯致密度相对适中，干燥收缩相对适中，烧成收缩相对适中。
因素3：干燥工艺
干燥速度、温度、湿度直接影响干燥收缩的均匀性：
- 干燥过快（如高温强风）：表面水分蒸发快，内部水分迁移慢，易导致 “表面收缩滞后”，甚至开裂，但总干燥收缩率变化不大；
- 低温慢干：收缩更均匀，可减少变形，但总收缩率与快速干燥差异小（主要影响尺寸稳定性，而非总放尺率）。
因素4：烧成工艺
烧成温度（通常 1250~1350℃）、升温速率、保温时间决定烧成收缩：
- 温度越高：烧结越充分，玻璃相填充越多，烧成收缩越大（但超过临界温度会导致过烧，反而使产品膨胀变形）；
- 保温时间越长：颗粒扩散更充分，收缩更彻底，收缩率略增。
因素5：产品结构
薄壁件（如套管壁厚 3~8mm）、厚壁件（如伞盘根部壁厚 15~30mm）、复杂结构件（带孔 / 螺纹）的收缩差异显著：
- 薄壁件：干燥收缩快且均匀，但烧成时易因热应力导致微小变形；
- 厚壁件：干燥收缩不均匀（内部水分难蒸发），易出现 “中心收缩滞后”，需额外放大尺寸；
- 孔位 / 螺纹：收缩后易出现孔径缩小、螺纹牙距偏差，需单独计算放尺（通常比主体尺寸多放 1%~2%）。
三、放尺率的计算方法
放尺率的核心是反向补偿总收缩率，需先通过试验测定干燥收缩率（S₁）和烧成收缩率（S₂），再计算放尺后的泥坯尺寸。
1. 关键参数测定（收缩率试验）
需制备与产品原料、成型工艺一致的标准试样（通常为Φ50×100mm的圆柱坯体），通过三次尺寸测量计算收缩率：
- 湿坯尺寸：成型后立即测量试样的直径（D₀）和高度（H₀）（此时为放尺后的初始尺寸）；
- 干坯尺寸：干燥结束后（水分≤1%）测量尺寸（D₁、H₁）；
- 成品尺寸：烧成冷却后测量尺寸（D₂、H₂）。
根据测量值计算收缩率：
干燥收缩率：S₁=（D₀-D₁）/D₀ x 100% （高度收缩率计算方式相同，取平均值）；
烧成收缩率：S₂=（D₁-D₂）/D₁ x 100%（基于干坯尺寸计算，避免干燥收缩的重复影响）；
总收缩率：S=1-（1-S₁）x（1-S₂）（实际收缩是干燥和烧成的叠加，非简单相加）。
2. 放尺尺寸与放尺率计算
设产品设计尺寸为D（图纸要求的成品尺寸），放尺后泥坯尺寸为D₀，则根据收缩关系：
D=D₀ x （1-S₁）x（1-S₂）
反向推导泥坯放尺尺寸：
D₀=D/（1-S₁）x（1-S₂）
放尺率（K）是放大尺寸与设计尺寸的比值，计算公式：
K=（D₀-D）/D x 100%
示例：某绝缘子伞盘放尺计算
假设某绝缘子伞盘的设计直径D=220mm，通过试验测得：
干燥收缩率S₁=7%，烧成收缩率S₂=9%；
则放尺后泥坯直径：
D₀= 220/（1-0.07）x（1-0.09）≈ 260mm
放尺率：
K=（260-220）/220 x 100% ≈ 18.2%
四、放尺的实施流程
放尺并非单一计算步骤，而是贯穿“设计-试产-量产”的闭环过程：
1. 前期数据准备（基础收缩率测定）
按产品配方制备3~5组标准试样，在目标成型、干燥、烧成工艺下测试收缩率，取平均值（避免单次试验误差）；
若产品有复杂结构（如孔、法兰结合面），需单独制作对应结构的试样（如带Φ20孔的圆柱坯），测试局部收缩率。
2. 模具尺寸设计（放尺核心落地）
模具尺寸直接决定泥坯尺寸，需按计算的D₀设计：
- 压制成型：模具型腔尺寸=D₀（考虑成型后泥坯的弹性回弹，通常需额外加0.1%~0.3%补偿）；
- 注浆成型：模型尺寸=D₀（注浆泥坯干燥后会与模型脱离，无需回弹补偿）；
- 特殊部位处理：孔位模具尺寸需比计算值多放0.5%（避免干燥后孔壁收缩导致孔径偏小），螺纹模具需按放尺后牙距设计（如M20螺纹牙距2.5mm，放尺后牙距≈2.5×(1+K)）。
3. 试生产验证（放尺精度校准）
小批量试产（通常5~20件），烧成后全尺寸检测关键尺寸（如直径、壁厚、孔位）；
- 若检测发现尺寸偏差（如成品直径比设计值小1mm），需重新校准收缩率：
例：设计D=220mm，实测成品D=219mm，说明收缩率比预计大，需重新计算D₀=219/[(1-S₁)(1-S₂)]，调整放尺率；
- 若出现局部变形（如伞盘边缘翘曲），需优化干燥/烧成工艺，或对变形部位单独加大放尺（如伞缘尺寸额外放大1%）。
4. 量产动态调整（稳定性控制）
量产中定期抽检（每批次抽3~5件），监控尺寸波动；
若原料批次变化（如黏土产地更换）、烧成窑炉温度漂移（如±20℃），需重新测试收缩率，微调放尺率（通常调整幅度≤1%）；
记录每次放尺数据（原料批次、收缩率、模具尺寸、成品检测值），建立追溯档案，便于后续问题排查。
五、关键注意事项
1. 收缩均匀性优先于放尺率
即使放尺率计算精准，若原料混合不均（如黏土结块）或干燥梯度大，仍会导致局部尺寸偏差，需通过原料均化和分段干燥保证收缩均匀；
2. 高温性能与放尺的平衡
部分高电压等级电瓷需提高烧成温度以增强绝缘性，但高温会增大收缩率，此时需在放尺率放大与避免过烧变形间平衡（通常通过延长保温时间而非大幅提温来优化烧结）；
3. 不同部位差异化放尺
厚壁件（如套管法兰结合段）的干燥收缩比薄壁段大2%~3%，需单独提高放尺率；伞盘根部需承受机械载荷，壁厚放尺需确保收缩后仍满足最小壁厚要求。
六、总结
放尺是电瓷生产中逆收缩规律的核心技术，其本质是基于原料-工艺-结构的多因素收缩率预测与补偿。需通过精准测收缩率→科学算放尺率→模具落地→试产校准→量产调整的闭环流程，才能保证电瓷成品尺寸精度，进而保障电力系统的安全稳定运行。
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