摘要：重點說明了高壓開關站殼體的筒體斜拔口壓沖模具的設計分析和製作簡述，簡要闡述了該模具的應用技巧和相關注意事項。該模具的發明應用開闢了筒體斜拔口的新領域，克服了以往業內對筒體斜拔口的不良加工方式所造成的各種缺陷，具有擠壓鎖緊和自動定位的功效，大幅提高了筒體斜拔口的壓衝效率，合格率達到了100%。
關鍵詞：筒體斜拔口；衝頭；壓衝；斜交對接接管；臥槽
在製造高壓變電站的配套件殼體的過程中，有時會遇到側法蘭及接管與主筒體傾斜的情形，即接管的軸心線與筒體的軸心線夾角不是90°，即拔口軸心線與筒體軸心線相傾斜，如圖1所示。在這種拔口方式下對接接管就是通常所說的斜交對接接管的情形。如果改為接管插入筒體焊接的方式，會造成接管與筒體的相貫部位失去了原設計的圓弧結構，容易造成應力集中的缺陷。
國內以往製作該類殼體是按照製作直交對接接管的方式對該殼體筒體先進行拔口，然後將拔口部位進行加熱矯形，使其變為斜交對接接管的拔口狀態，這既花費矯形時間，還容易使拔口處刮傷，且拔口被矯形後呈橢圓狀態，致使組焊接管過程中直接導致接管與拔口管壁存在對接錯位的現象，不但影響焊縫的外觀質量，而且還容易使焊縫發生咬邊、熔合不良及未焊透、偏焊、氣孔等缺陷。
為此，本文在認真分析該類筒體斜拔口過程中的各種受力狀態和滑移因素後，設計製造了專用的斜拔口模具，現以圖1筒體斜拔口為例將筒體斜拔口壓沖模具的設計製造和應用介紹如下。
1. 筒體斜拔口壓沖模具的設計分析
筒體拔口前，先將拔口處預割一個橢圓孔，然後用模具對其拔口。圖1中直拔口屬於業內常見情形，模具設計較簡單。這裡主要介紹其斜拔口模具的設計思路。
上模設計：由於該筒體斜拔口內徑為268－16=252（mm），
根據拔口後孔徑回縮3mm的經驗，上模撐口最大部位直徑設計為252+3=255（mm）；因拔口軸心線與筒體軸心線夾角為70°，為使上模在對筒體衝壓斜拔口時達到整體同時進入和同時退出狀態，上模必須設計為其圓柱端面與其軸心線成70°夾角，始入段為斜形的橢圓半球；為不擦傷拔口內面，上模定形拔口尺寸的圓柱段與近似半球體始入段的交接處必須圓滑過渡，設計為R5mm；其他尺寸根據拔口所用配套輔具而定；為減小拔口過程中模具對拔口內面的摩擦損傷，其與筒體在拔口過程中接觸段的表面粗糙度設計為Ra6.3μm，其他部位表面粗糙度可設計為Ra25μm，整體結構技術要求：銳角均修磨圓滑為R1.5mm，如圖2所示。
圖1 筒體
下模設計：要想使筒體斜拔口軸心線與筒體軸心線成夾角70°，下模安裝筒體的圓弧槽軸心線必須與其控制上模滑行的導向孔軸心線成70°夾角；因筒體外圓半徑為390÷2=195（mm），因筒體在拔口過程中由於受到上模的壓力和撐力必然在水平方向發生擴張，其拔口部位會發生滑移，為使筒體外壁在拔口過程中不與下模內圓弧槽面發生強力摩擦刮傷和其橢圓度超出規定，下模圓弧槽的圓弧半徑設計為R196mm；下模導向孔直徑等於上模最大外圓和拔口壁厚加間隙2mm，這裡為255+8+8+2=273（mm）；由圖1知筒體外圓與斜拔口外圓交接處的過渡圓弧為R15mm和R23mm，根據經驗，拔口後該圓弧反彈為3～5mm，通常先取3mm，將下模導向孔φ273mm與其圓弧槽面R196mm交接處的過渡圓弧分別結合筒體拔口處的圓弧尺寸設計為R10mm和R18mm，該圓弧可在首件筒體拔口後根據實測情況做適當修磨；下模底盤直徑根據拔口機架的定位板的定位止口尺寸設計；由於拔口過程中筒體外壁與下模的圓弧槽和導向孔接觸，其表面粗糙度設計為Ra6.3μm，摩擦最嚴重的部位當屬導向孔與圓弧槽的交接過渡弧面，此處表面粗糙度設計為Ra3.2μm；由於筒體在進行斜拔口過程中有可能發生軸向下滑偏移的現象，因此，在其下端設計了定位擋板。整體結構技術要求：不得有氣孔、夾雜、裂紋等鑄造缺陷；銳角均修磨圓滑為R2mm，如圖3所示。
由於筒體的材質為常見的5052、5A02或6063等鋁合金材質，硬度都在100HBW以下，拔口的上模和下模均可用普通鋼材組焊或鑄造。如果筒體的批量較大時，為延長拔口模具的使用壽命，可將其承受摩擦嚴重的部分用鍛制45鋼加工、組焊，並將摩擦面作淬火處理。
2. 筒體斜拔口壓沖模具的製作
其下模可在鑄造毛坯或組焊毛坯後劃線並鏜車、打磨，組焊上定位擋板即可。但下模製作時，在毛坯到位後，先銑削其端面、車削其圓柱段外圓和內孔；然後在立式加工中心上銑削其橢圓形的半球體，最後修磨好其圓弧R5mm處即可。
圖2
但在立式加工中心上銑削其橢圓形的半球體時，球頭銑刀在運行圓弧插補程序時，還存在著軸向移動。由圖2可知其橢圓形的半球體的兩側高度分別為217mm和124.2mm，即銑刀在銑削該橢圓形的半球體時兩端的軸向移動距離比為217/124.2=1.747。由於在銑削過程中刀具在Z軸方向上處於進退交替的狀態，採取整圓編程銑削的方式無法實現這種加工形狀，可採用銑削左半圓和右半圓交替運行的編程方式。
圖3 下模
注意球頭銑刀的大徑必須大於刀柄的外圓直徑，以防止在銑削過程中發生刀柄與工件的干涉。為防止在衝壓拔口的過程中導致筒壁被劃傷和筒體受到大的摩擦力誘發筒體的開裂和變形，衝頭與筒體內壁和下模與筒體外壁接觸的表面必須打磨光滑，可以說越光滑越好。
3. 筒體斜拔口壓沖模具的應用
該模具應用方法和平常拔口模具一樣，將上模安裝在通過預割孔插入筒體內的拔口機液壓缸的活塞桿上，用螺母適當緊固、加熱至250～300℃後，對筒體拔口壓衝即可。
拔口前，首先對筒體拔口處進行預割孔。根據拔口預割孔縱向半徑公式計算為2R－（πR）/2+d/2+T-（πT）/4-H（式中各字母如圖4所示）。
計算拔口處過渡圓弧半徑為23mm拔口預割孔縱向半徑為112.6mm；拔口處過渡圓弧半徑為15mm拔口預割孔縱向半徑為109.2mm。為保證拔口過程中上模與預割孔邊緣實現上下同時接觸和在銑削拔口端面時餘量足夠，要選擇相對較小的尺寸再加上5mm餘量（使預割孔的孔徑變小些，以確保拔口後平拔口端面時期餘量充足）即109.2－5=104.2（mm），其直徑為104.2×2=208.4（mm）。
拔口預割孔橫向半徑計算公式為2π2(D-T) =64.4mm，同樣使其半徑變小5m m，即64.4-5=59.4（mm），其直徑為59.4×2=118.8（mm）。斜拔口預割孔為長徑208.4mm、短徑118.8mm橢圓孔。由於拔口後其中心距會發生收縮，根據經驗可將圖1中943mm孔心距在劃線時調整為946mm。
圖4 筒體拔口計算公式中的字符闡釋
將筒體拔口處預割孔後，先打磨乾淨切割面，對孔口內側邊緣做適當的倒角修磨和加熱，以防止在拔口過程中孔口邊緣發生開裂；然後將筒體安置在下模的圓弧槽中，使其端面頂在下模的定位擋板上，將筒體外圓的軸心線和下模圓弧槽端面的軸心線對正，對筒體斜拔口進行衝壓即可，筒體在衝壓過程中會自動靠實定位擋板，具有被上模鎖緊在下模中的作用，使筒體在拔口衝壓過程中保持穩定；在筒體鉚焊主法蘭後再按照圖樣尺寸鏜平拔口端面。如果筒體拔口的壁厚較薄或拔口的直徑較小或拔口的高度較低，可不用對筒體和模具加熱而採用冷衝壓的方式。
4. 結語
該拔口衝壓模具的設制與應用開闢了高壓開關站殼體的筒體斜拔口的新領域，特別是該模具的上模設計應用，其思路非常新穎，完全克服了以往斜拔口過程中所發生的各種問題。該模具具有對拔口筒體擠壓鎖緊和自動定位的作用，有很好的推廣前景，值得在業內類似產品製造過程中參考借鑑。
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