孫曉莉，王家文，李勝君，刁登航，程俊明

（新泰（遼寧）精密設(shè)備有限公司，遼寧營(yíng)口 115009）

我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入大電網(wǎng)、大機(jī)組、高電壓、高自動(dòng)化的發(fā)展時(shí)期。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力需求也在快速增長(zhǎng)，特高壓輸電逐漸進(jìn)入到我國(guó)電力建設(shè)當(dāng)中[1]。而對(duì)于高壓電氣行業(yè)制造商，特別是具備制造百萬(wàn)伏、特高壓電氣產(chǎn)品能力的廠商來(lái)說(shuō)，為了順應(yīng)日漸嚴(yán)苛的市場(chǎng)需求，實(shí)現(xiàn)大批量、高質(zhì)量、高效率、低成本的生產(chǎn)目標(biāo)，產(chǎn)品生產(chǎn)的方式方法及工藝要求的創(chuàng)新與改進(jìn)就顯得尤為重要。

本文以特高壓800kV產(chǎn)品中的一種法蘭為例，論述了厚大法蘭類鋁合金鑄件的工藝改進(jìn)及取得的令人滿意的結(jié)果。

圖1 法蘭局部機(jī)加圖

圖1 為法蘭局部機(jī)加圖。該法蘭是高壓電氣產(chǎn)品800kV中的重要部件，鑄件外圓直徑850mm，里口直徑680mm，法蘭厚66.6mm，法蘭雙面均有密封槽，材質(zhì)：AlSi7Mg，鑄件質(zhì)量50kg，是典型的厚大法蘭類鑄件。該法蘭鑄件要求外表面全部加工，不允許有夾渣、針孔、縮松等缺陷存在，因此對(duì)毛坯質(zhì)量要求很高。

在制定該鑄件的鑄造工藝時(shí)，原工藝考慮到用金屬型生產(chǎn)的鑄件，具有高強(qiáng)度、高硬度、高致密性、高耐腐蝕性等，且鑄件尺寸精度和表面粗糙度優(yōu)于普通砂型鑄造鑄件[2]，正好符合該鑄件外表全加工的要求。所以采用簡(jiǎn)易模式金屬型重力鑄造生產(chǎn)該鑄件。

1 簡(jiǎn)易模式金屬型重力鑄造

圖2 簡(jiǎn)易模式金屬型重力鑄造工藝方案

圖3 簡(jiǎn)易模式金屬型重力鑄造工藝方案模擬示意圖

如圖2所示，此工藝方案在鑄件內(nèi)部設(shè)置澆注系統(tǒng)，4個(gè)冒口平均分布在內(nèi)徑位置，鑄件內(nèi)徑其余部分用冷鐵達(dá)到激冷的效果。

該方案的優(yōu)點(diǎn)：（1）不使用低壓鑄造機(jī)，傾轉(zhuǎn)鑄造機(jī)等設(shè)備，降低了生產(chǎn)成本；（2）模具設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單；（3）鑄件后續(xù)清理打磨比較容易。

為了更直觀的驗(yàn)證此次方案設(shè)定的可行性，還進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真模擬，模擬結(jié)果如圖3所示。

經(jīng)過(guò)此次模擬驗(yàn)證，方案可行。故進(jìn)行了小批量試制生產(chǎn)。

使用該工藝方案生產(chǎn)的鑄件在機(jī)加工后，鑄件的端面容易出現(xiàn)夾渣缺陷，內(nèi)徑部分內(nèi)澆道處加工易出現(xiàn)縮松缺陷。

原因分析：此方案中鑄件水平放置，凝固的溫度梯度不明顯，且鋁液與空氣接觸后產(chǎn)生氧化夾雜物，分散在整個(gè)法蘭的上表面，無(wú)法通過(guò)冒口浮渣，導(dǎo)致整個(gè)法蘭上表面多處夾雜。該方案所有操作完全由工人手工控制，所以澆注速度的快慢和模具溫度的控制，很大程度上取決于操作者的操作技能水平與經(jīng)驗(yàn)。澆注速度快，鋁液在型腔內(nèi)流動(dòng)不平穩(wěn)，導(dǎo)致鋁液二次造渣；模具或鋁液溫度低，澆注過(guò)慢，又會(huì)導(dǎo)致澆不成功。再者，澆注系統(tǒng)設(shè)置在砂芯內(nèi)部，合模時(shí)容易掉砂，且砂芯若烘烤不到位，會(huì)產(chǎn)生氣體，澆注時(shí)易裹氣，鑄件內(nèi)部容易進(jìn)渣或產(chǎn)生氣孔。況且在開(kāi)模取件時(shí)，工人只能依靠氣錘來(lái)向下敲打冒口取件，極易造成鑄件變形。

2 傾轉(zhuǎn)式金屬型重力鑄造

方案1在生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，由于以上幾種原因，導(dǎo)致鑄件成品率只有40%，且每天只能生產(chǎn)7件左右。生產(chǎn)效率與產(chǎn)品合格率的過(guò)低，導(dǎo)致無(wú)法正常供貨，給公司造成很大困擾，故擬定新的工藝方案迫在眉睫。筆者經(jīng)對(duì)鑄件凝固理論深入理解，多次模擬，改變鑄件水平放置采取傾斜理念，又重新擬定了新的工藝方案——傾轉(zhuǎn)式金屬型重力鑄造。具體方案如圖4所示。

圖4 傾轉(zhuǎn)式金屬型重力鑄造工藝方案示意圖

此方案的優(yōu)點(diǎn)：（1）整個(gè)鑄件在澆注過(guò)程中隨著傾轉(zhuǎn)設(shè)備由水平逐漸轉(zhuǎn)為豎直，保證了鑄件平穩(wěn)充型，利于模具型腔內(nèi)氣體排出，避免了鑄件夾雜缺陷。（2）省去了砂芯（即節(jié)省了樹(shù)脂、固化劑等輔助材料），降低了生產(chǎn)成本，且大大提高了鑄件的工藝出品率。（3）澆注的速度可以設(shè)定具體參數(shù)，由設(shè)備自動(dòng)控制，增加了可控性，避免了人為的隨意性。無(wú)論員工的操作技能水平是否高超，只要嚴(yán)格按照工藝卡片規(guī)定正確操作都能生產(chǎn)出合格產(chǎn)品，大幅度提高了鑄件合格率。（4）模具的冒口及鑄件處均勻設(shè)置了頂料桿，保證鑄件開(kāi)模取件時(shí)不易變形。（5）減輕了清理打磨人員的工作，由原來(lái)的需要清理掉4個(gè)冒口，現(xiàn)只需要切掉1個(gè)冒口。

圖5 傾轉(zhuǎn)式金屬型重力鑄造工藝方案模擬示意圖

筆者同樣進(jìn)行了模擬，來(lái)驗(yàn)證此工藝方案的可行性。模擬結(jié)果如圖5所示。

生產(chǎn)驗(yàn)證：該鑄件首件試制，一次合格，尺寸經(jīng)過(guò)檢測(cè)，完全符合圖紙要求。經(jīng)過(guò)X射線無(wú)損探傷檢測(cè)，內(nèi)部無(wú)任何鑄造缺陷。目前，該工藝方案已經(jīng)連續(xù)生產(chǎn)1000多件，不合格的產(chǎn)品只有10件，合格率達(dá)到了99%以上。圖6是該鑄件機(jī)加工后的成品圖。

圖6 2269法蘭鑄件加工成品圖

3 結(jié)語(yǔ)

在正確使用金屬型重力傾轉(zhuǎn)鑄造設(shè)備，合理制定工藝方案的前提下，采用此種工藝生產(chǎn)厚大法蘭類鑄件，既可以提高鑄件內(nèi)部質(zhì)量，又可以大大提高鑄件的生產(chǎn)效率，還大幅度地降低了生產(chǎn)成本，是比較理想的工藝方法，值得推廣。