間隔棒框架低壓鑄造工藝研究

黃?？? 梅劍 雍丹萍

摘 要：為了提高間隔棒框架的強度，對低壓鑄造間隔棒框架工藝及熱處理進行了研究，解決了低壓鑄造間隔棒框架易形成冷隔、澆不滿、匯流等鑄造缺陷的難題，滿足了國網(wǎng)特高壓線路工程對間隔棒的更高要求。

關(guān)鍵詞：電力金具;低壓鑄造;熱處理

0 引言

國網(wǎng)特高壓工程經(jīng)過多年的研究、生產(chǎn)及運行已取得了巨大的成就，解決了我國能源結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方式之間的巨大矛盾，為中國跨越式發(fā)展提供了新的動能。間隔棒是使架空輸電線路一相（極）分裂的多根子導(dǎo)線保持一定相對間距的機械防護金具，主要起到保持子導(dǎo)線相對固定位置的作用，保證不會由于風(fēng)、冰等使得子導(dǎo)線纏絞和碰撞，避免了子導(dǎo)線之間有短路電流通過時引起的鞭擊。為了保證質(zhì)量、生產(chǎn)進度及經(jīng)濟性，結(jié)合工程要求，我公司間隔棒框架一直采用ZL104壓鑄工藝生產(chǎn)。目前特高壓直流工程大量應(yīng)用的是1 250 mm2大截面導(dǎo)線，它具有傳輸能力強、經(jīng)濟性好的特點;同時還具有性能要求高，力學(xué)強度大的顯著特征，對配套金具的質(zhì)量可靠性提出了更高要求。為滿足特高壓工程對間隔棒的更高要求，我公司提出研究應(yīng)用低壓鑄造生產(chǎn)間隔棒框架工藝。

導(dǎo)線間隔棒FJZ-650/48DG框架（圖1）具有分型面大，壁薄，過渡處圓角小，壁厚不均勻，中間孔洞多，易形成冷隔、澆不滿、匯流缺陷等問題。用砂模生產(chǎn)，表面質(zhì)量粗糙，砂模生產(chǎn)慢，費工費時;用金屬模生產(chǎn)，模具大，開模難，成品率低。壓力鑄造是液體金屬在高壓和高速下充填型腔，并在壓力下快速凝固的鑄造方法，可以成型壁薄、形狀復(fù)雜、輪廓清晰的鑄件，亦可壓制出螺紋及圖案。鑄件具有較高的強度和硬度，加工余量少，金屬利用率和生產(chǎn)效率高，壓力鑄造是大批量生產(chǎn)鋁合金精密鑄件的有效方法;速度120片/h，表面質(zhì)量好;但壓鑄生產(chǎn)易出現(xiàn)氣孔，不能進行T6熱處理。低壓鑄造效率較高，速度12片/h，成品致密性好，表面質(zhì)量好，內(nèi)部無氣孔，可以進行T6熱處理，經(jīng)熱處理后產(chǎn)品各項機械性能都大大提高。

1 低壓鑄造工藝流程

低壓鑄造是使液體金屬在壓力作用下充填型腔以形成鑄件的一種方法，由于所用的壓力較低，所以叫作低壓鑄造。其工藝過程如下：在密封的坩堝（或密封罐）中通入干燥的壓縮空氣，金屬液在氣體壓力的作用下沿升液管上升，通過澆口平穩(wěn)地進入型腔，并保持坩堝內(nèi)液面上的氣體壓力，一直到鑄件完全凝固為止;然后解除液面上的氣體壓力，使升液管中未凝固的金屬液流回坩堝，再由氣缸開型并推出鑄件。低壓鑄造產(chǎn)品內(nèi)部致密，沒有氣體等夾雜，具有勞動條件好，操作簡單，易實現(xiàn)機械化和自動化批量生產(chǎn)的優(yōu)點。

2 間隔棒框架模具改進

由于導(dǎo)線間隔棒FJZ-650/48DG框架分型面大，壁薄，過渡處圓角小，壁厚不均勻，中間孔洞多，且ZL104流動性差，因此模具設(shè)計應(yīng)充分考慮鑄件整體的方向性凝固及澆口位置、大小和數(shù)量等因素。澆口的位置應(yīng)該是鑄件整體的最大壁厚部位，并且要設(shè)在從熔湯前方和上方可能達到方向性凝固的部位。

模具內(nèi)部的空氣需要充分考慮分型方法和排氣道等，應(yīng)該在盡量減少隨著熔湯充填而產(chǎn)生背壓的情況下排出去。如果背壓高到影響加壓速度，會產(chǎn)生熔湯流動不良、表面縮孔等問題，因此希望背壓控制在0.002 MPa以下。

關(guān)于凸臺、加強筋等部位，可以考慮將嵌入式排氣孔插入模具。在分型面和平面部位設(shè)計排氣槽，再加上排氣孔等手段，盡量做到排氣良好的設(shè)計。

根據(jù)導(dǎo)線間隔棒FJZ-650/48DG框架產(chǎn)品圖紙設(shè)計模具并試模，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品上的10個腰形孔的存在增加了開模力，減緩了鋁液流動速度，增加了鋁液形成匯流的概率，在腰形孔外側(cè)出現(xiàn)了澆不滿的缺陷。試模、試制產(chǎn)品如圖2所示。為此改進了澆道，與設(shè)計人員商量去除了減輕孔，合格品如圖3所示。

3 澆冒口的去除方法

間隔棒框架澆口在框架本體的中間，應(yīng)用傳統(tǒng)的立式帶鋸床無法去除澆冒口。經(jīng)研究討論，決定采用手持等離子設(shè)備火焰切割去除（圖4），或者用圓盤鋸去除（圖5）。手持等離子設(shè)備火焰切割工裝為可旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤使?jié)裁翱谂c框架連接處框架直線段與等離子焊槍滑軌平行，等離子點火，向前推動，切除澆冒口。采用圓盤鋸去除澆冒口工裝，抬起圓盤鋸，使?jié)裁翱谂c框架連接處框架直線段與鋸片平行，對準(zhǔn)連接處，放下圓盤鋸切割澆冒口。在使用過程中發(fā)現(xiàn)，用等離子設(shè)備火焰切割去除澆冒口，由于火焰溫度高，切口變得很硬，不易打磨，最終決定采用第二種方法。

4 熱處理

間隔棒框架鑄造材料為鑄鋁ZL104，其具有良好的鑄造性能及較高的綜合機械性能，廣泛應(yīng)用于電力金具生產(chǎn)。熱處理目的在于使固溶加熱時已溶解于α相中的非平衡相，時效時以高度彌散析出強化相Mg2Si，從而獲得較高的機械性能。ZL104熱處理工藝參數(shù)如表1所示，ZL104各狀態(tài)的機械性能如表2所示。

從表2可以看出，ZL104經(jīng)T6（固溶+時效）熱處理后，抗拉強度和硬度都有顯著提高，延伸率保持不變?？梢?，若間隔棒采用T6熱處理工藝加工，可顯著提高其機械性能。

5 機械性能試驗

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《間隔棒技術(shù)條件和試驗方法》（DL/T 1098—2016），對間隔棒進行了機械性能對比試驗研究。間隔棒（圖6）主要由夾頭和框板組成。夾頭除承受向心力、水平拉壓力外，還要握住導(dǎo)線，不能順導(dǎo)線滑移、扭轉(zhuǎn)。間隔棒主要試驗項目包括向心力試驗，水平、垂直拉壓力試驗，順線握力試驗，扭握力試驗等。其中，向心力和水平、垂直拉壓力兩個試驗是考核產(chǎn)品設(shè)計、材料強度和工藝性能的主要檢驗方法，在此也僅介紹與間隔棒框架相關(guān)的向心力和水平壓力兩個試驗的試驗情況。

為了掌握間隔棒框架低壓鑄造加T6熱處理后的機械性能提升情況，將一部分間隔棒框板進行了熱處理，一部分不做熱處理。各組裝6套進行間隔棒向心力、水平壓力試驗，表3為間隔棒向心力試驗結(jié)果對照表，表4為間隔棒水平壓力試驗結(jié)果對照表。

由表3可以發(fā)現(xiàn)，T6熱處理后間隔棒承受向心力的能力較熱處理前提高了近50%。

由表4可以發(fā)現(xiàn)，T6熱處理后間隔棒承受水平壓力的能力較熱處理前提高了約40%。

6 結(jié)論

（1）間隔棒采用低壓鑄造+T6熱處理工藝方式生產(chǎn)，解決了壓力鑄造+T1熱處理工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品強度達不到要求的問題，充分發(fā)揮了ZL104材料力學(xué)性能。

（2）與傳統(tǒng)的壓力鑄造+T1熱處理工藝相比，間隔棒采用低壓鑄造+T6熱處理工藝，其機械性能可提高約40%。

（3）間隔棒框架在采用ZL104材料壓力鑄造+T1熱處理工藝時，強度如能達到工程要求，應(yīng)采用壓力鑄造，壓力鑄造的效率高，是低壓鑄造的10倍，且壓力鑄造產(chǎn)品后道加工工序少;而低壓鑄造要去除澆冒口、打磨，熱處理時間也較長。

[參考文獻]

[1] 王再友，王澤華.鑄造工藝設(shè)計及應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社，2016.

[2] 余曉東.電力金具設(shè)計[M].北京：中國電力出版社，2019.

[3] 間隔棒技術(shù)條件和試驗方法：DL/T 1098—2016[S].

收稿日期：2021-03-26

作者簡介：黃海?。?974—），男，江蘇如皋人，高級工程師，主要從事電力金具設(shè)計及生產(chǎn)工藝研究工作。

梅劍（1987—），男，江蘇海安人，助理工程師，主要從事電力金具生產(chǎn)工藝研究工作。

雍丹萍（1986—），女，江蘇鎮(zhèn)江人，高級工程師，主要從事電力金具設(shè)計及生產(chǎn)工藝研究工作。