斷路器傳動箱低壓鑄造工藝的試驗研究

鄭繼剛，王克斌，曹振升，康敬樂，郝連濤

（1.山東泰開機械有限公司，山東泰安 271000;2.濟南鑄造鍛壓機械研究所有限公司，山東濟南 250022）

1 鑄件結構分析

8TK.357.002 傳動箱為輸配電系統11 萬伏斷路器用傳動箱，鑄造鋁合金材質，要求強度高、密封性好，鑄件結構復雜，有2 處孤立熱節，6 個密封面粗糙度Ra1.6 以下，無鑄造缺陷，內腔結構復雜。鑄件結構如圖1。

圖1 鑄件結構圖

該件為箱型鑄件，毛坯重量16.6kg；毛坯法蘭厚度30mm，法蘭有18mm×4.2mm 密封槽，2-?72mm軸孔為軸向密封，2-?60mm 閥座為端面密封，?150mm 為端面密封；毛坯壁厚10mm，兩閥座厚度28mm，屬于孤立熱節。

2 鑄造工藝設計

考慮該件的結構、強度要求、重量等因素，設計采用低壓鑄造工藝。

（1）材質選用ZL101A，低壓鑄造升液管采用碳化硅材質，以減少鋁液增鐵。

（2）鋁液由方形法蘭端面引入，兩閥座、吸附筒密封面置于邊模，便于鋁液雜質上浮，保證密封面加工質量。

（3）內腔采用樹脂砂芯，毛坯厚大處（閥座、吸附筒安裝位置）放置20mm 厚冷鐵激冷，以防止內腔縮松，造成漏氣。

（4）2-?72mm 軸孔采用鋼芯鑄出，單邊斜度3°。

3 模具設計

模具采用左右開模，鋁液由90mm×110mm 腰孔的砂芯引入，防止澆道縮松造成密封面縮松報廢；毛坯頂端設置集渣包，用于集氣、集渣及毛坯吊裝脫模；毛坯兩閥座厚度28mm，屬于孤立熱節，在邊模設計循環水激冷包，抑制縮孔的產生；毛坯加工量：330mm×350mm 法蘭取3mm，其余位置按2mm。模具設計泡沫陶瓷過濾器，這種過濾器孔洞曲折，能有效阻止非金屬夾雜物流過[1]。

鑄件澆注工藝方案如圖2。

圖2 鑄件澆注工藝方案圖

4 澆注工藝

澆注重量18kg，低速升液充型，排空氣體，快速增壓補縮，以提高鑄件的致密度，防止鑄件澆口遠端出現縮孔[2]。

毛坯澆注工藝參數（澆注壓力、澆注速度、澆注時間）如圖3 所示。

圖3 毛坯澆注工藝參數

5 工藝驗證

模具加工后，進行澆注試驗，發現以下問題。澆注3～5 件以后，毛坯遠離澆口端出現窩氣造成澆不足；軸孔加工后內側出現縮孔；兩閥座的通氣孔有縮松；毛坯內腔軸孔上端有縮松。經工藝分析，原因如下：

（1）澆不足原因為呋喃樹脂發氣量大，集渣包集氣、集渣效果不理想；

（2）軸孔內側加工量大（單邊7mm），鋼芯受熱后激冷不足造成；

（3）閥座厚大，紫銅塊激冷不足，加工?10mm 通孔位于孤立熱節中心，有縮松。

（4）毛坯內腔縮松是由于軸孔與筒壁交界位置較厚，補縮不足造成。

（5）?90mm 外側有縮松，造成鉆絲孔后漏氣。

根據以上分析，采取如下工藝措施：

（1）模具增加負壓抽氣裝置。在模具?90mm 處設計排氣塞與負壓抽氣裝置相連，澆注過程中打開，將呋喃樹脂受熱產生的氣體強制排出模具型腔。

（2）軸孔鋼芯增加循環水激冷，解決該處激冷不足。

（3）閥座激冷紫銅塊改為鋼芯循環水激冷，?10mm 通孔通過鋼芯鑄出。

（4）為消除毛坯軸孔上端縮松，將該處壁厚增加至18mm，形成補縮通道[3]。

（5）在?90mm 外側縮松區域，砂芯放置15mm厚環形冷鐵激冷厚大部位（見圖1）。

6 技術效果分析

工藝調整后，該鑄件選型在濟南鑄造鍛壓機械研究所生產的J454 型低壓鑄造機上生產；試生產的鑄件經鑄造—探傷—加工—水壓檢漏—SF6 氣體檢漏，達到以下效果：

（1）檢漏一次合格率達95%；綜合出品率達到92%。

（2）毛坯材質致密，探傷無縮松缺陷。

（3）提高鑄件外觀質量，鑄件輪廓清晰，尺寸精度高。

（4）生產效率高，班產量達到22 件。

（5）工藝出品率高，該件毛坯凈重16.6kg，澆冒口重量1.4kg，工藝成品率92.4%。

7 結論

（1）負壓抽氣裝置，強制排出型腔內氣體，提高鋁液的充型能力，對樹脂砂芯鑄件尤為有利。

（2）低壓鑄造充型平穩，模具鋁液引入從毛坯最低端，杜絕密封面微渣孔的產生。

（3）陶瓷過濾器應用在低壓鑄造工藝中，可有效減少、消除夾渣缺陷。

[1]王文清.鑄造工藝學[M].北京：機械工業出版社,1998.288.

[2]班文紅.快速補壓工藝在砂型差壓鑄造種的應用[J].特種鑄造及有色金屬,1998,增刊：31-32.

[3]陳國楨.鑄件缺陷和對策手冊[M].北京：機械工業出版社,2002.469.