特高压产品厚大法兰类铝合金铸件的工艺研究

2019-06-18孙晓莉王家文李胜君刁登航程俊明

中国铸造装备与技术 2019年3期

孙晓莉，王家文，李胜君，刁登航，程俊明

（新泰（辽宁）精密设备有限公司，辽宁营口 115009）

我国已经进入大电网、大机组、高电压、高自动化的发展时期。随着经济的快速发展，电力需求也在快速增长，特高压输电逐渐进入到我国电力建设当中[1]。而对于高压电气行业制造商，特别是具备制造百万伏、特高压电气产品能力的厂商来说，为了顺应日渐严苛的市场需求，实现大批量、高质量、高效率、低成本的生产目标，产品生产的方式方法及工艺要求的创新与改进就显得尤为重要。

本文以特高压800kV产品中的一种法兰为例，论述了厚大法兰类铝合金铸件的工艺改进及取得的令人满意的结果。

图1 法兰局部机加图

图1 为法兰局部机加图。该法兰是高压电气产品800kV中的重要部件，铸件外圆直径850mm，里口直径680mm，法兰厚66.6mm，法兰双面均有密封槽，材质：AlSi7Mg，铸件质量50kg，是典型的厚大法兰类铸件。该法兰铸件要求外表面全部加工，不允许有夹渣、针孔、缩松等缺陷存在，因此对毛坯质量要求很高。

在制定该铸件的铸造工艺时，原工艺考虑到用金属型生产的铸件，具有高强度、高硬度、高致密性、高耐腐蚀性等，且铸件尺寸精度和表面粗糙度优于普通砂型铸造铸件[2]，正好符合该铸件外表全加工的要求。所以采用简易模式金属型重力铸造生产该铸件。

1 简易模式金属型重力铸造

图2 简易模式金属型重力铸造工艺方案

图3 简易模式金属型重力铸造工艺方案模拟示意图

如图2所示，此工艺方案在铸件内部设置浇注系统，4个冒口平均分布在内径位置，铸件内径其余部分用冷铁达到激冷的效果。

该方案的优点：（1）不使用低压铸造机，倾转铸造机等设备，降低了生产成本；（2）模具设计简单；（3）铸件后续清理打磨比较容易。

为了更直观的验证此次方案设定的可行性，还进行了计算机仿真模拟，模拟结果如图3所示。

经过此次模拟验证，方案可行。故进行了小批量试制生产。

使用该工艺方案生产的铸件在机加工后，铸件的端面容易出现夹渣缺陷，内径部分内浇道处加工易出现缩松缺陷。

原因分析：此方案中铸件水平放置，凝固的温度梯度不明显，且铝液与空气接触后产生氧化夹杂物，分散在整个法兰的上表面，无法通过冒口浮渣，导致整个法兰上表面多处夹杂。该方案所有操作完全由工人手工控制，所以浇注速度的快慢和模具温度的控制，很大程度上取决于操作者的操作技能水平与经验。浇注速度快，铝液在型腔内流动不平稳，导致铝液二次造渣；模具或铝液温度低，浇注过慢，又会导致浇不成功。再者，浇注系统设置在砂芯内部，合模时容易掉砂，且砂芯若烘烤不到位，会产生气体，浇注时易裹气，铸件内部容易进渣或产生气孔。况且在开模取件时，工人只能依靠气锤来向下敲打冒口取件，极易造成铸件变形。

2 倾转式金属型重力铸造

方案1在生产实践过程中，由于以上几种原因，导致铸件成品率只有40%，且每天只能生产7件左右。生产效率与产品合格率的过低，导致无法正常供货，给公司造成很大困扰，故拟定新的工艺方案迫在眉睫。笔者经对铸件凝固理论深入理解，多次模拟，改变铸件水平放置采取倾斜理念，又重新拟定了新的工艺方案——倾转式金属型重力铸造。具体方案如图4所示。

图4 倾转式金属型重力铸造工艺方案示意图

此方案的优点：（1）整个铸件在浇注过程中随着倾转设备由水平逐渐转为竖直，保证了铸件平稳充型，利于模具型腔内气体排出，避免了铸件夹杂缺陷。（2）省去了砂芯（即节省了树脂、固化剂等辅助材料），降低了生产成本，且大大提高了铸件的工艺出品率。（3）浇注的速度可以设定具体参数，由设备自动控制，增加了可控性，避免了人为的随意性。无论员工的操作技能水平是否高超，只要严格按照工艺卡片规定正确操作都能生产出合格产品，大幅度提高了铸件合格率。（4）模具的冒口及铸件处均匀设置了顶料杆，保证铸件开模取件时不易变形。（5）减轻了清理打磨人员的工作，由原来的需要清理掉4个冒口，现只需要切掉1个冒口。