曹立文，李桂英，王冠然，劉國華，張海兵

(黑龍江大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，哈爾濱 150080)

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電磁防蠟器封裝模設(shè)計和澆注工藝

曹立文，李桂英，王冠然，劉國華，張海兵

(黑龍江大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，哈爾濱 150080)

在原油開采和運(yùn)輸過程中，電磁防蠟器長時間暴露在室外工作環(huán)境中，受到各種不利因素的影響，會降低使用壽命。針對電磁防蠟器工作情況設(shè)計了電磁防蠟器封裝模，分析了模具加工工藝，選擇了合適的澆注樹脂材料，確定了澆注工藝方法。通過實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，電磁防蠟器封裝澆注制品達(dá)到了工程技術(shù)要求。

電磁防蠟器；封裝模；澆注工藝；樹脂

目前由于電磁防蠟器結(jié)構(gòu)簡單，具有顯著的防蠟效果，與化學(xué)試劑除蠟方式比較，具有對原油無污染、使用成本低的特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用到各大油田。電磁防蠟技術(shù)給石油開采環(huán)節(jié)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，已被多數(shù)人所接受[1-3]。

電磁防蠟器靠產(chǎn)生變換的磁場消減蠟晶之間的粘滯力，從而避免其析出。電磁防蠟器的電磁線圈長期暴露于油田惡劣的環(huán)境下，容易被腐蝕[1-3]。為了避免電磁防蠟器受到外界環(huán)境的影響和機(jī)械損傷，延長其使用壽命，采用樹脂材料對其封裝[4]。

1 電磁防蠟器封裝模設(shè)計

1.1 電磁防蠟器組成

圖1 電磁防蠟器Fig.1 Electromagnetic paraffin control apparatus

電磁防蠟器由電源部分、電磁轉(zhuǎn)換部分和電纜組成。電磁防蠟器見圖1。由于電磁防蠟器在戶外露天工作，考慮到季節(jié)天氣變化，需要將電磁防蠟器進(jìn)行封裝，或放入密閉的殼體里。采用密閉的殼體不僅占用的空間大，防水防塵密封比較困難，不易實(shí)現(xiàn)。將電磁防蠟器放入密閉的殼體內(nèi)圖片見圖2。采用了封裝形式來保護(hù)電磁防蠟器不受損害。

圖2 電磁防蠟器放入密閉的殼體內(nèi)圖片F(xiàn)ig.2 Picture of electromagnetic paraffin control apparatus into a sealed case

1.2 電磁防蠟器封裝模

1.2.1 封裝模設(shè)計任務(wù)

封裝模設(shè)計需要把裝電路板的盒子與電磁防蠟器封裝在一起，在型腔的設(shè)計中考慮起模容易，分型面位置確定要合理，還要考慮拔模斜度，確定澆注口的位置，電路板的盒子正確定位，保證一次澆注就可實(shí)現(xiàn)美觀的澆注外形。

1.2.2 封裝模設(shè)計方案確定

1)封裝制品基本形狀的確定。在設(shè)計中母體是圓柱形的電磁防蠟器，在型腔設(shè)計中要考慮用什么形狀的柱體來封裝圓柱體，既要考慮到設(shè)計所用填充料最省，還要考慮到拔模斜度，起模要容易；為了封裝制品美觀，要考慮對稱性。綜合以上因素，封裝制品基本形狀為正六邊體，封裝模分型面選在封裝制品正六邊體的對角棱線所在平面上，這樣封裝模就分成上下兩部分。

2)澆注口位置的選擇。封裝模的上下兩部分通過螺栓在電磁防蠟器的兩端夾緊，將電磁防蠟器垂直放置，在封裝模上端面上選擇澆注口位置，并開出澆注口，澆注時選擇立式澆注。

3)電路板的盒子在封裝模中的定位方案確定。電路板的盒子位置也需要定位，它在封裝制品基本形狀側(cè)面凸臺的位置上露出多少，需要合理的尺寸要求，要保證連接可靠。在設(shè)計時封裝模對應(yīng)的凸臺四周側(cè)板與電路板的盒子有一定的間隙配合，在封裝模側(cè)板處通過緊定螺釘調(diào)整，保證電路板的盒子相對位置。

4)封裝模的密封方案。澆注樹脂時為了防止樹脂流到模具外面，造成原料浪費(fèi)和污染環(huán)境，需要對封裝模澆注前進(jìn)行密封，決定采用密封條和密封圈進(jìn)行密封。具體的密封方案為分別在封裝模對應(yīng)的分型面之間放入密封條，電磁防蠟器兩端圓柱表面和封裝模合到一起形成的圓孔之間的間隙事先放入密封圈，封裝模合模時通過螺栓連接，使密封條和密封圈產(chǎn)生一定的壓力，保證密封效果。

5)封裝模合模時上下兩個模的位置保證和緊固方案。封裝模合模時上下兩個模之間的位置采用兩個圓柱定位銷進(jìn)行定位，采用4個螺栓連接緊固。

1.2.3 封裝?？傮w設(shè)計

經(jīng)過對封裝模各主要部分分析和對比，確定封裝模總體設(shè)計見圖3。對封裝模總體設(shè)計基本形狀進(jìn)行三維建模，封裝模三維模型見圖4。

1.上模 2.下模圖3 封裝模總體設(shè)計Fig.3 Overall design of packaging mold

圖4 封裝模三維模型Fig.4 Three-dimensional model of packaging mold

2 封裝模零件加工工藝分析

封裝模內(nèi)部形成一個澆注型腔，為了具有一定的剛度和強(qiáng)度，封裝模要有一定的壁厚。封裝模的上下模設(shè)計結(jié)構(gòu)要簡單，便于加工制造。

2.1 封裝模上模加工工藝

圖5 上模零件結(jié)構(gòu)Fig.5 Part of the upper mould structure chart

圖6 下模零件結(jié)構(gòu)Fig.6 Part of the lower mould structure chart

封裝模上模零件結(jié)構(gòu)見圖5?？紤]到批量情況，零件毛坯采用焊接成形工藝，材料為Q235。

上模毛坯成形和加工過程：①利用板材下料，上板、兩個側(cè)板和兩個端板通過一定厚度的板材下料;②將上板、兩個側(cè)板和兩個端板按照尺寸要求進(jìn)行加工，包括加工平面、焊接坡口、螺栓孔、安裝孔等；③利用鋼錠坯料加工上模凸臺的基本形狀；④為了焊接時保證各板之間的位置，通過螺釘將各板進(jìn)行連接固定；⑤將各板之間連接處通過焊接工藝進(jìn)行焊接；⑥加工上模凸臺對應(yīng)的凹槽；⑦將上模凸臺和凹槽之間連接處通過焊接工藝進(jìn)行焊接，形成上模毛坯；⑧銑削加工上模內(nèi)腔各表面。

2.2 封裝模下模加工工藝

封裝模下模零件結(jié)構(gòu)見圖6。下模毛坯也是采用焊接成形工藝，材料為Q235。

下模毛坯成形和加工過程：①利用板材下料，上板、兩個側(cè)板和兩個端板通過一定厚度的板材下料;②將上板、兩個側(cè)板和兩個端板按照尺寸要求進(jìn)行加工，包括加工平面、焊接坡口、螺栓孔、安裝孔等;③通過螺釘將各板進(jìn)行連接固定;④將各板之間連接處通過焊接工藝進(jìn)行焊接，形成下模毛坯;⑤銑削加工下模毛坯內(nèi)腔各表面。

3 封裝模澆注工藝

3.1 封裝材料的類型選擇

參照國內(nèi)外封裝制品的設(shè)計經(jīng)驗(yàn)和不同材料各自的性能特點(diǎn)，封裝材料初步確定為環(huán)氧樹脂。

環(huán)氧樹脂的種類很多，可以與多種固化劑、促進(jìn)劑、脫模劑、添加劑等進(jìn)行混合搭配、配制出滿足不同要求和用途的固化物和固化體系[5-7]。

環(huán)氧樹脂的具體性能和使用特點(diǎn)：①粘結(jié)性能好。由于環(huán)氧樹脂含有非常多的羥基、環(huán)氧基、醚鍵等活性基團(tuán)以及極性基團(tuán)，其內(nèi)應(yīng)力也比較強(qiáng)，因此具有較好的粘結(jié)強(qiáng)度;②力學(xué)性能好。環(huán)氧樹脂分子結(jié)構(gòu)非常致密，內(nèi)聚力較強(qiáng)，同其它的熱固性樹脂相比較，力學(xué)性能是最好的;③固化收縮率較小。環(huán)氧樹脂固化收縮率1%～2%，比其它的樹脂的固化收縮率小;④穩(wěn)定性較好。環(huán)氧樹脂的貯存時間較長，化學(xué)性能也比較穩(wěn)定，它的固化產(chǎn)物具有優(yōu)良的耐腐蝕性;⑤耐熱性能和電絕緣性能也較其它熱固性樹脂要好;⑥工藝性好，在使用時不受溫度、使用環(huán)境的限制，設(shè)計配方時比較靈活。依據(jù)具體的工藝要求和性能要求來選擇最合適的配方，這是環(huán)氧樹脂在使用時的最明顯的特點(diǎn)。在實(shí)際生產(chǎn)中，必須根據(jù)一定的用途來選擇最合適的配方，使用配方不同類型的環(huán)氧樹脂和固化劑時，其固化原理和固化過程也不相同[8];⑦由于環(huán)氧樹脂的價格相對較高，在應(yīng)用中受到了一定制約。環(huán)氧樹脂以其無法比擬的優(yōu)點(diǎn)在許多重要領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，電子元件的封裝等大多數(shù)采用環(huán)氧樹脂。

3.2 環(huán)氧樹脂的選用牌號

表1 9002GA-H1/113-7B環(huán)氧樹脂常規(guī)性能

選用9002GA-H1環(huán)氧樹脂和113-7B環(huán)氧樹脂灌封料。9002GA-H1/113-7B環(huán)氧樹脂灌封料系室溫固化型環(huán)氧樹脂灌封料，固化后電氣特性優(yōu)秀，表面光澤好，具有阻燃性。

9002GA-H1環(huán)氧樹脂和113-7B環(huán)氧樹脂灌封料的常規(guī)性能見表1。

表2 9002GA-H1/113-7B環(huán)氧樹脂使用工藝Table 2 9002GA-H1/113-7B Epoxy resin use technology

9002GA-H1環(huán)氧樹脂和113-7B環(huán)氧樹脂灌封料的使用工藝見表2。

3.3 脫模劑的選擇

在封裝模澆注工程中，為了方便澆注制品從封裝模中脫模，提高起模效率和模具使用壽命，同時又為了保證澆注制品的表面質(zhì)量和尺寸要求，需要在模具上噴涂脫模劑。

在過去澆注工藝中，脫模劑使用最多是石蠟。由于石蠟的干燥時間較長，降低了生產(chǎn)效率，已經(jīng)滿足不了生產(chǎn)要求，現(xiàn)在出現(xiàn)了一些新型脫模劑。選用的氟系脫模劑雖然價格較高，但是隔離性好，對模具的污染也較小。

3.4 環(huán)氧樹脂的混合

由于環(huán)氧樹脂灌封料放置時間過長可能會出現(xiàn)分層、沉淀現(xiàn)象，但通過攪拌均勻后不影響使用性能。將A組分(9002GA-H1)在原包裝中充分?jǐn)嚢杈鶆?。冬季使用時，由于氣溫較低不容易攪拌，可以先加溫后再攪拌，但必須降溫至40 ℃以下使用。

將A組分與B組分(113-7B)按照重量比100 ∶25稱量后混合并充分?jǐn)嚢杈鶆颉?/p>

3.5 環(huán)氧樹脂的澆注

用混合均勻的樹脂進(jìn)行澆注，先將漏斗安放在澆口上，將裝有混合均勻樹脂的容器對準(zhǔn)漏斗口進(jìn)行澆注。固化時可以在室溫下進(jìn)行，為了縮短固化時間也可以加溫固化，一般不超過60 ℃。通常25 ℃/72 h或60 ℃/3～4 h可固化完全。

電磁防蠟器封裝模實(shí)際加工后的圖片見圖7，環(huán)氧樹脂澆注制品材料性能見表3，電磁防蠟器環(huán)氧樹脂澆注制品見圖8。

圖8 電磁防蠟器環(huán)氧樹脂澆注制品Fig.8 Epoxy resin pouring products of electromagnetic paraffin control apparatus

圖7 電磁防蠟器封裝模實(shí)際加工后的圖片F(xiàn)ig.7 packaging molding picture after processing of electromagnetic paraffin control apparatus

表3 環(huán)氧樹脂澆注制品材料性能Table 3 Material performance of Epoxy Resin pouring technology

4 結(jié) 論

本文設(shè)計了電磁防蠟器封裝模，分析了模具加工工藝和電磁防蠟器環(huán)氧樹脂澆注制品的澆注工藝，得出以下結(jié)論。

1)所設(shè)計電磁防蠟器封裝模便于在電磁防蠟器上定位安裝，澆注后起模容易，并且封裝制品比較美觀。

2)封裝模合模時上下兩個模之間定位準(zhǔn)確，并且連接緊固后密封效果良好，澆注樹脂不會流到模具外面，造成原料浪費(fèi)和污染環(huán)境。

3)封裝模的上下模結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制造。介紹了封裝模的上下模毛坯成形和加工工藝過程。

4)選擇了具體封裝材料和脫模劑牌號，介紹了澆注材料環(huán)氧樹脂的混合方法和澆注工藝。

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Design and pouring process of packaging mold for electromagnetic paraffin control apparatus

CAO Li-Wen, LI Gui-Ying,WANG Guan-Ran,LIU Guo-Hua,ZHANG Hai-Bing

(SchoolofMechanicalandElectricalEngineering，HeilongjiangUniversity，Harbin150080,China)

During the process of oil production and transport，the electromagnetic paraffin control apparatus were exposed to outdoor work environment for a long time. It will be influenced by a variety of adverse factors, so the service life of the electromagnetic paraffin control apparatus will be reduce. To deal with the above problems, reasonable mold processing technologies have been analyzed, the appropriate casting resin material has been chosen,pouring process method has been determined. According the working situation of the electromagnetic paraffin control apparatus, we designed the packaging mold of the electromagnetic paraffin control apparatus. The device has been running in the practice, which could satisfy the need of engineering.

electromagnetic paraffin control apparatus；packaging mold; pouring technology; resin

10.13524/j.2095-008x.2017.01.015

2016-12-12;

2016-12-29

http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1566.T.20170224.0915.006.html

哈爾濱市科技創(chuàng)新人才研究專項(xiàng)資金項(xiàng)目(2015RAXXJ005)

曹立文(1968-)，男，黑龍江雙城人，教授，博士，研究方向：機(jī)械制造工藝和專用作業(yè)機(jī)具，E-mail：caoliwen68@163.com。

TH137

A

2095-008X(2017)01-0091-05