高压电气产品铝合金支架铸件的工艺优化

姜 丽，程俊明，李胜君，王家文，孙晓莉，于 程，刘 宁，赵娜娜

（新程（营口）精密设备有限公司，辽宁营口 115009）

随着中国国民经济的迅速发展，工业、农业和人民生活对电力的需求量越来越大，对输变电设备提出了更高的要求。对于与之配套的高压电气产品中的铝合金铸件质量要求也随之提高，以满足产品销售市场（国内外）的需求[1]。本文针对铝合金支架铸件工艺进行深入研究，从开始的金属型树脂砂芯一模一件倾转重力铸造模具，改为金属型一模八件的低压铸造模具。通过计算机模拟，完全符合铸件顺序凝固原理，生产出了高效优质的产品。

1 铸件结构

该支架为国内某高压电气配套智能化145kV产品的重要部件，铸件外观尺寸204.77mm×104.68mm×129.5mm，单重为0.9kg，材质为ZL101A，热处理要求：T6。

2 工艺方案

2.1 方案一：金属型倾转铸造(铁模砂芯)

倾转式浇注机采用液压传动机构室使模具开合模，其开合模力大，动作平稳，生产效率高且经济实用[2]。根据铸件结构，设计铸造工艺如图2、3所示。倾转模具如图4所示。该工艺生产的铸件比较稳定，合格率在90%左右，每天的产量大约30件左右。对于以前客户需求量比较小的时候，完全可以达到供货无压力。

随着订单激增，该铸件的需求量也在增长。原来的生产方式已经满足不了客户的需求量，公司交货压力很大，为了缓和交货压力，更改生产方式，实现高效率、高质量的工艺改进势在必行。

2.2 方案二：金属型低压铸造

经过对该铸件机构的认真分析，认为如果能去除树脂砂芯，采用金属型、金属芯，避免由于树脂砂芯引起的掉砂、窝气等缺陷。该铸件结构相对比较简单，使用铁模铁芯可以生产，因此考虑使用低压铸造的生产方式。但是一模一件仍然满足不了客户的需求量，如果采用一模多件的生产方式，可以大幅度提高生产效率。根据本公司的低压铸造平台尺寸大小，确定用一模八件铁模低压铸造工艺生产该铸件。工艺方案如图5所示。

2.3 数值模拟

采用计算机数值模拟技术对金属型低压铸造工艺方案进行模拟（见图6）。5s时铸件末端开始凝固，10s时铸件中部开始凝固，15s时整个铸件已经全部凝固，只有浇道还未凝固，验证了此铸件顺序凝固的全过程，证明此工艺方案可行。

图1 支架简图

图2 金属型倾转工艺

图3 金属型倾转工艺（带砂芯）

图4 金属型倾转重力铸造模具

图6 计算机模拟数值

2.4 生产验证

首件一次实验成功，该铸件通过X射线探伤全部合格，机加工后无任何缺陷，铸件机械性能非常高，表面光洁度好，小批量生产也没发生任何问题。目前已批量生产8000余件，合格率达99%以上。批量生产如图7所示。

3 两种方案对比

（1）生产效率对比

方案一：每班生产30件；

图7 批量生产的铸件加工图

方案二：每班生产20箱次，共计160件。

（2）工艺出品率对比

方案一：铸件重量/（铸件+冒口重量），即0.9kg/（0.9+0.9）kg=50%；

方案二：铸件重量/（铸件+冒口重量），即7.2kg/10kg=72%。

（3）合格率对比

方案一：生产190件，合格173件，合格率为91%；

方案二：生产305件，合格303件，合格率为99.3%。

综上所述，通过两种生产方式对比：生产效率比原工艺提高5倍以上，而且使用铁模铁芯生产减少打磨量，为公司解决了一大难题；工艺出品率比原来提高了20%，而且没有砂芯，节省了大量的人力物力；方案二的合格率高于方案一的合格率，因此方案二是比方案一更加适合该铸件的生产方式。

4 结论

采用一模八件金属型低压铸造生产方式生产铝合金铸件支架，大大地提高了生产效率，满足了客户的需求量；同时节省砂芯，减少该铸件的打芯工序，以及减少打磨量；大幅度提升了工艺出品率；为公司降低了成本，同时也提高了铸件的合格率。