GIS四通殼體翻邊成形工藝改進

■ 山東泰開高壓開關有限公司 （山東泰安 271000） 孫恒彬 趙俊美 劉慶春

氣體絕緣金屬封閉開關設備（GIS）在國內外電力系統中起著十分重要的作用，由斷路器、隔離開關、接地開關、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端及進出線套管等組合成一個整體，并封閉于金屬殼體內，內充壓縮的SF6氣體作為滅弧和絕緣介質。隨著高壓開關對性能的要求不斷提高，優化加工工藝對提高高壓殼體性能起著越來越重要的作用。

GIS四通殼體在母體側面上開孔，然后使用壓力機及相應模具進行翻邊拔口，是拉伸的復雜變形，其主要成形缺陷是翻邊后孔的邊緣部位開裂和側孔橢圓度大，給后續對接帶來影響。因此，研究影響四通口翻邊成形因素、改善翻邊成形對于指導實際應用、提高四通殼體的性能是十分必要的。文中根據零件的變形特點，對比不同方案及翻邊模具的成形情況，對影響翻邊因素進行了分析優化，極大地改善了拔口兩側橢圓度成形，為四通殼體性能提供了保證。

1. 原工藝分析

四通筒體如圖1所示，母體外徑580mm、厚度8mm，兩側翻邊拔口內徑551mm，接近等徑成形，廣泛應用于110kV電壓等級開關線路中。拔口后筒體變形嚴重，尤其兩側拔口位置，橢圓度最大20mm。后續拔口側需對接支筒，進行環焊縫焊接，兩側橢圓度太大，無法保證焊接后殼體性能，所以焊接前需進行橢圓度整形，達到工藝要求后再進行后續焊接。

拔口數據見表1。筒體拔口后，拉伸量很大，各部位之間相互聯系、相互制約，大的翻邊量對拔口兩側橢圓度影響很大，尤其是對第一側拔口A口影響更為明顯，在生產中，第二側拔口B后，拔口A橢圓度會明顯增大。

圖1 四通筒體示意

表1 拔口數據

為改善拔口兩側橢圓度，生產中廣泛采用錘擊法，即人工使用鐵錘敲擊筒體翻邊處，使筒體瞬間受力，將筒體上的內應力釋放，使兩側橢圓度由20mm控制到10mm。錘擊法只能整形局部某個點，鏜床加工坡口后，拔口橢圓度依然超出工藝標準，且人工強度大。

根據以上工藝分析，為優化筒體拔口后橢圓度，采取5種工藝方案進行分析、討論和試驗。

2. 頂撐法

如圖2所示，制作支撐工裝，拔B口時，在A口X方向上使用支撐撐住，觀察測量A口的尺寸變化。發現尺寸有輕微變化，當支撐去掉后，A口處X方向尺寸回彈，橢圓度超標，同時工裝不易放置及取下，尤其是取下時，工裝受力大，卡在拔口處，使用錘子敲擊取下，費時費力，該種方式不符合新工藝及生產要求。頂撐法拔口數據見表2。

圖2 頂撐法示意

3. 降速法

翻邊拔口時，調節壓力機下模下落速度，將模具下落時間由20s調節到1min以上；下模下落到一定高度后，使其在該位置停留5min后繼續拉拔。尺寸與原模具拔口尺寸一致，筒體拔口存在彈性變形，當拔口的力卸除后，翻邊處會回彈，無法消除彈性變形。且該種拔口方式效率低下，不符合新的工藝及生產要求。降速法拔口數據見表3。

4. 新模具法

改變翻邊上模的角度，由原來的60°增大到100°，拔口時，使翻邊量瞬時達到圖樣要求的量。翻邊變形超過彈性極限點，發生塑性變形。當應力未超過材料的彈性極限時，產生的變形在外力去除后全部消除，材料恢復原狀，這種變形是可逆的彈性變形。當應力超過材料的彈性極限，則產生的變形在外力去除后不能全部恢復，而殘留一部分變形，材料不能恢復到原來的形狀，這種殘留的變形是不可逆的塑性變形。由于筒體瞬時變形量大，拔口出現開裂情況，不能滿足工藝要求。新模具法拔口數據見表4。新、舊模具對比如圖3所示。

表2 頂撐法拔口數據統計

表3 降速法拔口數據統計

表4 新模具法拔口數據統計

圖3 新舊模具對比

5. 雙層模具法

拔口時，使用兩個模具拔口，大、小兩個上模（φ494mm、φ553mm），分兩次拉拔，拔口通過兩次變形達到要求尺寸。兩次拉拔數據見表5。通過測量顯示，筒體橢圓度變化明顯，能控制在10～15mm。但是使用兩個模具拔口相當于將拔口工作量增大一倍。將兩個模具融合到一個模具上，制作雙層模具（見圖4），一次拉拔成功。雙層模具法數據見表6。測量數據顯示，雙層模具拔口效果與舊模具拔口效果一致，不能滿足新的工藝要求。

圖4 雙層模具

6. 墊塊法

通過拔B口時，觀察、測量A口的變化，X方向上的尺寸會逐步減小。在筒體端部加裝墊塊（見圖5），將筒體端部墊高，略高于下模高度，抵消筒體所受向下的力，克服X方向上的變化。通過筒體受力分析，拔口下拉時，筒體會受下拉力，由于筒體是一個相互聯系的整體，A口也會受向下的力，從而使X方向上的尺寸減小、Y方向上的尺寸增大。通過在筒體端部施加一個向上的力來抵消一部分向下的力，減小拔口變形。墊高法數據見表7。

測量、觀察拔B口時A口的尺寸變化，X方向上的尺寸會先增大，當下模脫離筒體時，X方向上的尺寸會再減小，拔口后的筒體，測量拔口橢圓度，尺寸偏差控制在4mm以內，符合工藝要求。說明墊塊法符合新工藝要求。

圖5 墊高法示意

表5 兩次拉拔數據統計

表6 雙層模具法數據統計

表7 墊高法數據統計

7. 墊塊法數據跟蹤結果

墊塊法數據跟蹤統計結果見表8。在拉拔過程中，墊塊法采用將筒體邊緣墊高的方法拉拔四通筒體，在拔B口時，A口的尺寸會先增大再減小，通過墊高筒體，可以改變筒體的受力點，抵消部分下拉力，能夠有效解決四通筒體拔口橢圓度的問題，能將筒體橢圓度有效地控制在4mm以內。通過試驗，將墊塊的高度由0增加到9mm，最終確定墊塊高度在7.5mm時，拔口效果最好。

8. 結語

經過半年的跟蹤、測量，證實改進后的拔口工藝可靠、經濟且穩定，四通拔口橢圓度控制在4mm以內，提高了筒體的拔口質量，減少了拔口整形工作量，降低了員工的勞動強度，為四通殼體性能提供了強有力的支持。

表8 墊塊法數據跟蹤統計