特高壓產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）

我國已經進入大電網、大機組、高電壓、高自動化的發展時期。隨著經濟的快速發展，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制造商，特別是具備制造百萬伏、特高壓電氣產品能力的廠商來說，為了順應日漸嚴苛的市場需求，實現大批量、高質量、高效率、低成本的生產目標，產品生產的方式方法及工藝要求的創新與改進就顯得尤為重要。

本文以特高壓800kV產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：AlSi7Mg，鑄件質量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部設置澆注系統，4個冒口平均分布在內徑位置，鑄件內徑其余部分用冷鐵達到激冷的效果。

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

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，模擬結果如圖3所示。

經過此次模擬驗證，方案可行。故進行了小批量試制生產。

使用該工藝方案生產的鑄件在機加工后，鑄件的端面容易出現夾渣缺陷，內徑部分內澆道處加工易出現縮松缺陷。

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驗。澆注速度快，鋁液在型腔內流動不平穩，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，澆注系統設置在砂芯內部，合模時容易掉砂，且砂芯若烘烤不到位，會產生氣體，澆注時易裹氣，鑄件內部容易進渣或產生氣孔。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 傾轉式金屬型重力鑄造

方案1在生產實踐過程中，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7件左右。生產效率與產品合格率的過低，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——傾轉式金屬型重力鑄造。具體方案如圖4所示。

圖4 傾轉式金屬型重力鑄造工藝方案示意圖

此方案的優點：（1）整個鑄件在澆注過程中隨著傾轉設備由水平逐漸轉為豎直，保證了鑄件平穩充型，利于模具型腔內氣體排出，避免了鑄件夾雜缺陷。（2）省去了砂芯（即節省了樹脂、固化劑等輔助材料），降低了生產成本，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，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定正確操作都能生產出合格產品，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，現只需要切掉1個冒口。

圖5 傾轉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。模擬結果如圖5所示。

生產驗證：該鑄件首件試制，一次合格，尺寸經過檢測，完全符合圖紙要求。經過X射線無損探傷檢測，內部無任何鑄造缺陷。目前，該工藝方案已經連續生產1000多件，不合格的產品只有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 結語

在正確使用金屬型重力傾轉鑄造設備，合理制定工藝方案的前提下，采用此種工藝生產厚大法蘭類鑄件，既可以提高鑄件內部質量，又可以大大提高鑄件的生產效率，還大幅度地降低了生產成本，是比較理想的工藝方法，值得推廣。