针对气体绝缘封闭开关设备用等径翻边壳体翻边口尺寸实际处理结果与理论结果偏差较大的问题，西安西电开关电气有限公司的刘楠、邓建青、郑益征，在年第期《电气技术》上撰文，选择典型的Φmm等径翻边壳体，采用数值模拟技术，进行翻边模具设计，辅以“压扁-校形”工装，实现等径翻边壳体加工。
通过研究表明，数值模拟结果与实际加工过程基本吻合，能够反映实际加工过程；翻边过程的应力、载荷变化等与实际结果接近；通过数值模拟技术设计的翻边模具经过加工验证，翻边口尺寸满足Φmm的要求，成功实现了高压电器用翻边壳体的等径翻边目标；同时，壳体加工取消了后续人工校正工序，翻边口焊缝超声探伤一次合格率由70%提升至92%以上。
气体绝缘封闭开关设备（gasinlsulatedswitchgear,GIS）在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。
目前，金属壳体连接支管均采用侧面开孔的方式。实现侧面开孔有两种方式，一种为马鞍形插接方式，一种为翻边方式，马鞍形插接方式加工工序简单，翻边结构具有良好的弧形，电场分布更好，外观质量优良。
某些GIS壳体由于电场需求，一般优先考虑采用翻边方式实现侧面支管连接。某些GIS壳体，由于插接结构电场问题，需进行等径翻边壳体工艺研究，即侧面翻边口尺寸与壳体直径尺寸相等需求。但翻边比越大，翻边工艺难度越大，零件尺寸越难保证，等径翻边壳体尺寸精度较差，基本不能满足理论壳体尺寸设计要求，需后续人工校正，人工校正后翻边口的尺寸一致性较差，导致法兰与翻边口存在错边量，影响焊缝质量。因此，本文选择一种典型零件进行等径翻边工艺技术研究。
1壳体加工工艺概述壳体成型工艺为下料→划线→割孔→清理、打磨→翻边，其中由于考虑支管处电场问题，支管必须采用翻边成型工艺，翻边成型即在板料上或在成型工件上，沿预孔翻出竖立边缘的过程。
本次壳体外径为Φmm，支管外径Φmm，即翻边比为%，而实际为Φ96mm±2mm，与理论设计尺寸差10mm左右。零件示意图如图1所示。现场测量如图2所示。
图1零件示意图图2现场测量为解决上述问题，实现实际意义上的等径翻边，需重新进行翻边模具的设计，但目前手段无法一次成功，需设计后再不断对翻边模具进行返修优化，导致翻边模具加工周期及成本居高不下，因此本文采用数值模拟技术进行翻边模具设计，辅以“压扁-校正”工装，实现等径翻边壳体的工艺研究。
2翻边过程有限元分析2.1有限元模型建立
壳体有限元模型如图所示，翻边壳体简化为刚塑性体，上模、下模为刚性体，网格划分采用相对法，壳体网格数为，预孔处局部网格细化。材料为AL-[70-F(20-C)]，壳体与上模、下模之间采用剪切摩擦模型，摩擦系数0.4，壳体与模具之间的热转化系数为W/mm2/℃。上模运动速度为4mm/s。
图壳体有限元模型2.2有限元模型验证
1）翻边口形状及尺寸
壳体模拟外形与实际外形对比如图4所示。从图4可以看到，模拟翻边口的形状和实际基本接近，端部稍有鼓肚现象，翻边口端部存在微小回弹。表1为翻边口尺寸模拟与实际加工结果的对比，表1显示模拟结果的尺寸与实际加工结果的尺寸误差不超过2%，因此确定模拟参数设置合理，符合实际预期。
图4壳体模拟外形与实际外形对比表1翻边口尺寸模拟与实际加工结果对比2）翻边过程应力分析
图5为原模具翻边过程的应力变化，结果显示随着翻边模具运动应力逐渐增加，当模具工作带与预孔完全接触时，应力最大，随后随着模具的运动，应力逐渐减小，当模具离开壳体后，应力消失。
图5原模具翻边过程的应力变化原模具应力分析结果如图6所示。从图6可见，翻边过程最大应力为16MPa。对翻边口处取典型的5点进行应力分析，结果如图7所示。从图7可以看出，实际翻边过程的应力未达到最大应力，平均在MPa左右，未超过材料的抗拉强度，因此翻边后不会造成翻边口开裂，实际翻边过程也未见翻边口开裂，由此证明本次模拟参数的设置与实际相吻合，模拟结果能够反映实际加工结果。
图6原模具应力分析结果图7翻边口位置点应力分析结果）载荷变化
原模具翻边过程的载荷变化如图8所示，从图8可以看出，在翻边模具与翻边口完全接触时，载荷最大为45t，随着模具的运动，载荷逐渐降低，在模具完全离开翻边口后，载荷消失，与前文的应力分析相吻合，再次印证了翻边模拟过程与实际相符合。
图8原模具翻边过程载荷变化2.新翻边模具设计
按照上述模拟参数，进行新翻边模具的设计，增大翻边模具工作带尺寸，设计工作带时考虑翻边口收缩，工作带到预孔接触位置采用圆弧过渡的近锥形设计，保证翻边过程顺利完成。
表2为翻边口尺寸的模拟结果，可以看出，翻边结果与理论结果误差不到2%。新模具翻边过程的应力变化如图9所示，最大应力为MPa，翻边过程与原模具基本相似，因此按照设计结果进行翻边模具的加工、制造，新翻边模具成品如图10所示。
表2翻边口尺寸模拟结果图9新模具翻边过程应力变化图10新翻边模具成品结果验证辅助工装为成熟工装，本次主要进行翻边结果验证，验证过程如图11所示，翻边结果见表。从表可以看出，翻边口尺寸为Φ±1mm，满足理论尺寸要求，达到等径翻边效果，即壳体端口外径与翻边口外径相等。
图11验证过程表翻边结果为充分验证该工艺过程的稳定性，采用上述工艺方式跟踪了14件壳体等径翻边过程，翻边口外观良好、尺寸合格，结果均在Φmm～mm，工程零件跟踪情况见表4。同时按照GB/T要求进行翻边口处焊缝超声探伤，超声探伤一次合格率由70%提升到92%以上，由此验证了该工艺方案可以实现实际意义的等径翻边。
表4工程零件跟踪情况4结论本文建立了壳体翻边过程的有限元模型，确定模拟过程与实际加工相吻合，并通过有限元分析技术，量化了翻边过程的应力、载荷变化，实现了等径翻边模具的设计。经过全工序的验证，确定该种方式可以实现等径翻边壳体的加工，且翻边口焊缝一次探伤合格率由70%提升到92%以上。
本文编自年第期《电气技术》，论文标题为“气体绝缘封闭开关设备用等径翻边壳体工艺技术研究及应用”，作者为刘楠、邓建青、郑益征。
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