特高壓產(chǎn)品厚大法蘭類鋁合金鑄件的工藝研究

孫曉莉，王家文，李勝君，刁登航，程俊明

（新泰（遼寧）精密設備有限公司，遼寧營口 115009）

我國已經(jīng)進入大電網(wǎng)、大機組、高電壓、高自動化的發(fā)展時期。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，電力需求也在快速增長，特高壓輸電逐漸進入到我國電力建設當中[1]。而對于高壓電氣行業(yè)制造商，特別是具備制造百萬伏、特高壓電氣產(chǎn)品能力的廠商來說，為了順應日漸嚴苛的市場需求，實現(xiàn)大批量、高質(zhì)量、高效率、低成本的生產(chǎn)目標，產(chǎn)品生產(chǎn)的方式方法及工藝要求的創(chuàng)新與改進就顯得尤為重要。

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及取得的令人滿意的結(jié)果。

圖1 法蘭局部機加圖

圖1 為法蘭局部機加圖。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，因此對毛坯質(zhì)量要求很高。

在制定該鑄件的鑄造工藝時，原工藝考慮到用金屬型生產(chǎn)的鑄件，具有高強度、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。所以采用簡易模式金屬型重力鑄造生產(chǎn)該鑄件。

1 簡易模式金屬型重力鑄造

圖2 簡易模式金屬型重力鑄造工藝方案

圖3 簡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)部設置澆注系統(tǒng)，4個冒口平均分布在內(nèi)徑位置，鑄件內(nèi)徑其余部分用冷鐵達到激冷的效果。

該方案的優(yōu)點：（1）不使用低壓鑄造機，傾轉(zhuǎn)鑄造機等設備，降低了生產(chǎn)成本；（2）模具設計簡單；（3）鑄件后續(xù)清理打磨比較容易。

為了更直觀的驗證此次方案設定的可行性，還進行了計算機仿真模擬，模擬結(jié)果如圖3所示。

經(jīng)過此次模擬驗證，方案可行。故進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，分散在整個法蘭的上表面，無法通過冒口浮渣，導致整個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。澆注速度快，鋁液在型腔內(nèi)流動不平穩(wěn)，導致鋁液二次造渣；模具或鋁液溫度低，澆注過慢，又會導致澆不成功。再者，澆注系統(tǒng)設置在砂芯內(nèi)部，合模時容易掉砂，且砂芯若烘烤不到位，會產(chǎn)生氣體，澆注時易裹氣，鑄件內(nèi)部容易進渣或產(chǎn)生氣孔。況且在開模取件時，工人只能依靠氣錘來向下敲打冒口取件，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)實踐過程中，由于以上幾種原因，導致鑄件成品率只有40%，且每天只能生產(chǎn)7件左右。生產(chǎn)效率與產(chǎn)品合格率的過低，導致無法正常供貨，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：（1）整個鑄件在澆注過程中隨著傾轉(zhuǎn)設備由水平逐漸轉(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）澆注的速度可以設定具體參數(shù)，由設備自動控制，增加了可控性，避免了人為的隨意性。無論員工的操作技能水平是否高超，只要嚴格按照工藝卡片規(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置了頂料桿，保證鑄件開模取件時不易變形。（5）減輕了清理打磨人員的工作，由原來的需要清理掉4個冒口，現(xiàn)只需要切掉1個冒口。

圖5 傾轉(zhuǎn)式金屬型重力鑄造工藝方案模擬示意圖

筆者同樣進行了模擬，來驗證此工藝方案的可行性。模擬結(jié)果如圖5所示。

生產(chǎn)驗證：該鑄件首件試制，一次合格，尺寸經(jīng)過檢測，完全符合圖紙要求。經(jīng)過X射線無損探傷檢測，內(nèi)部無任何鑄造缺陷。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，合格率達到了99%以上。圖6是該鑄件機加工后的成品圖。

圖6 2269法蘭鑄件加工成品圖

3 結(jié)語

在正確使用金屬型重力傾轉(zhuǎn)鑄造設備，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。