GIS四通壳体翻边成形工艺改进

2020-02-22山东泰开高压开关有限公司山东泰安271000孙恒彬赵俊美刘庆春

金属加工(冷加工) 2020年1期

■ 山东泰开高压开关有限公司（山东泰安 271000）孙恒彬赵俊美刘庆春

气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）在国内外电力系统中起着十分重要的作用，由断路器、隔离开关、接地开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、电缆终端及进出线套管等组合成一个整体，并封闭于金属壳体内，内充压缩的SF6气体作为灭弧和绝缘介质。随着高压开关对性能的要求不断提高，优化加工工艺对提高高压壳体性能起着越来越重要的作用。

GIS四通壳体在母体侧面上开孔，然后使用压力机及相应模具进行翻边拔口，是拉伸的复杂变形，其主要成形缺陷是翻边后孔的边缘部位开裂和侧孔椭圆度大，给后续对接带来影响。因此，研究影响四通口翻边成形因素、改善翻边成形对于指导实际应用、提高四通壳体的性能是十分必要的。文中根据零件的变形特点，对比不同方案及翻边模具的成形情况，对影响翻边因素进行了分析优化，极大地改善了拔口两侧椭圆度成形，为四通壳体性能提供了保证。

1. 原工艺分析

四通筒体如图1所示，母体外径580mm、厚度8mm，两侧翻边拔口内径551mm，接近等径成形，广泛应用于110kV电压等级开关线路中。拔口后筒体变形严重，尤其两侧拔口位置，椭圆度最大20mm。后续拔口侧需对接支筒，进行环焊缝焊接，两侧椭圆度太大，无法保证焊接后壳体性能，所以焊接前需进行椭圆度整形，达到工艺要求后再进行后续焊接。

拔口数据见表1。筒体拔口后，拉伸量很大，各部位之间相互联系、相互制约，大的翻边量对拔口两侧椭圆度影响很大，尤其是对第一侧拔口A口影响更为明显，在生产中，第二侧拔口B后，拔口A椭圆度会明显增大。

图1 四通筒体示意

表1 拔口数据

为改善拔口两侧椭圆度，生产中广泛采用锤击法，即人工使用铁锤敲击筒体翻边处，使筒体瞬间受力，将筒体上的内应力释放，使两侧椭圆度由20mm控制到10mm。锤击法只能整形局部某个点，镗床加工坡口后，拔口椭圆度依然超出工艺标准，且人工强度大。

根据以上工艺分析，为优化筒体拔口后椭圆度，采取5种工艺方案进行分析、讨论和试验。

2. 顶撑法

如图2所示，制作支撑工装，拔B口时，在A口X方向上使用支撑撑住，观察测量A口的尺寸变化。发现尺寸有轻微变化，当支撑去掉后，A口处X方向尺寸回弹，椭圆度超标，同时工装不易放置及取下，尤其是取下时，工装受力大，卡在拔口处，使用锤子敲击取下，费时费力，该种方式不符合新工艺及生产要求。顶撑法拔口数据见表2。

图2 顶撑法示意

3. 降速法

翻边拔口时，调节压力机下模下落速度，将模具下落时间由20s调节到1min以上；下模下落到一定高度后，使其在该位置停留5min后继续拉拔。尺寸与原模具拔口尺寸一致，筒体拔口存在弹性变形，当拔口的力卸除后，翻边处会回弹，无法消除弹性变形。且该种拔口方式效率低下，不符合新的工艺及生产要求。降速法拔口数据见表3。

4. 新模具法

改变翻边上模的角度，由原来的60°增大到100°，拔口时，使翻边量瞬时达到图样要求的量。翻边变形超过弹性极限点，发生塑性变形。当应力未超过材料的弹性极限时，产生的变形在外力去除后全部消除，材料恢复原状，这种变形是可逆的弹性变形。当应力超过材料的弹性极限，则产生的变形在外力去除后不能全部恢复，而残留一部分变形，材料不能恢复到原来的形状，这种残留的变形是不可逆的塑性变形。由于筒体瞬时变形量大，拔口出现开裂情况，不能满足工艺要求。新模具法拔口数据见表4。新、旧模具对比如图3所示。

表2 顶撑法拔口数据统计

表3 降速法拔口数据统计

表4 新模具法拔口数据统计

图3 新旧模具对比

5. 双层模具法

拔口时，使用两个模具拔口，大、小两个上模（φ494mm、φ553mm），分两次拉拔，拔口通过两次变形达到要求尺寸。两次拉拔数据见表5。通过测量显示，筒体椭圆度变化明显，能控制在10～15mm。但是使用两个模具拔口相当于将拔口工作量增大一倍。将两个模具融合到一个模具上，制作双层模具（见图4），一次拉拔成功。双层模具法数据见表6。测量数据显示，双层模具拔口效果与旧模具拔口效果一致，不能满足新的工艺要求。

图4 双层模具

6. 垫块法

通过拔B口时，观察、测量A口的变化，X方向上的尺寸会逐步减小。在筒体端部加装垫块（见图5），将筒体端部垫高，略高于下模高度，抵消筒体所受向下的力，克服X方向上的变化。通过筒体受力分析，拔口下拉时，筒体会受下拉力，由于筒体是一个相互联系的整体，A口也会受向下的力，从而使X方向上的尺寸减小、Y方向上的尺寸增大。通过在筒体端部施加一个向上的力来抵消一部分向下的力，减小拔口变形。垫高法数据见表7。

测量、观察拔B口时A口的尺寸变化，X方向上的尺寸会先增大，当下模脱离筒体时，X方向上的尺寸会再减小，拔口后的筒体，测量拔口椭圆度，尺寸偏差控制在4mm以内，符合工艺要求。说明垫块法符合新工艺要求。

图5 垫高法示意

表5 两次拉拔数据统计

表6 双层模具法数据统计

表7 垫高法数据统计

7. 垫块法数据跟踪结果

垫块法数据跟踪统计结果见表8。在拉拔过程中，垫块法采用将筒体边缘垫高的方法拉拔四通筒体，在拔B口时，A口的尺寸会先增大再减小，通过垫高筒体，可以改变筒体的受力点，抵消部分下拉力，能够有效解决四通筒体拔口椭圆度的问题，能将筒体椭圆度有效地控制在4mm以内。通过试验，将垫块的高度由0增加到9mm，最终确定垫块高度在7.5mm时，拔口效果最好。