高壓電氣產品鋁合金支架鑄件的工藝優化

姜 麗，程俊明，李勝君，王家文，孫曉莉，于 程，劉 寧，趙娜娜

（新程（營口）精密設備有限公司，遼寧營口 115009）

隨著中國國民經濟的迅速發展，工業、農業和人民生活對電力的需求量越來越大，對輸變電設備提出了更高的要求。對于與之配套的高壓電氣產品中的鋁合金鑄件質量要求也隨之提高，以滿足產品銷售市場（國內外）的需求[1]。本文針對鋁合金支架鑄件工藝進行深入研究，從開始的金屬型樹脂砂芯一模一件傾轉重力鑄造模具，改為金屬型一模八件的低壓鑄造模具。通過計算機模擬，完全符合鑄件順序凝固原理，生產出了高效優質的產品。

1 鑄件結構

該支架為國內某高壓電氣配套智能化145kV產品的重要部件，鑄件外觀尺寸204.77mm×104.68mm×129.5mm，單重為0.9kg，材質為ZL101A，熱處理要求：T6。

2 工藝方案

2.1 方案一：金屬型傾轉鑄造(鐵模砂芯)

傾轉式澆注機采用液壓傳動機構室使模具開合模，其開合模力大，動作平穩，生產效率高且經濟實用[2]。根據鑄件結構，設計鑄造工藝如圖2、3所示。傾轉模具如圖4所示。該工藝生產的鑄件比較穩定，合格率在90%左右，每天的產量大約30件左右。對于以前客戶需求量比較小的時候，完全可以達到供貨無壓力。

隨著訂單激增，該鑄件的需求量也在增長。原來的生產方式已經滿足不了客戶的需求量，公司交貨壓力很大，為了緩和交貨壓力，更改生產方式，實現高效率、高質量的工藝改進勢在必行。

2.2 方案二：金屬型低壓鑄造

經過對該鑄件機構的認真分析，認為如果能去除樹脂砂芯，采用金屬型、金屬芯，避免由于樹脂砂芯引起的掉砂、窩氣等缺陷。該鑄件結構相對比較簡單，使用鐵模鐵芯可以生產，因此考慮使用低壓鑄造的生產方式。但是一模一件仍然滿足不了客戶的需求量，如果采用一模多件的生產方式，可以大幅度提高生產效率。根據本公司的低壓鑄造平臺尺寸大小，確定用一模八件鐵模低壓鑄造工藝生產該鑄件。工藝方案如圖5所示。

2.3 數值模擬

采用計算機數值模擬技術對金屬型低壓鑄造工藝方案進行模擬（見圖6）。5s時鑄件末端開始凝固，10s時鑄件中部開始凝固，15s時整個鑄件已經全部凝固，只有澆道還未凝固，驗證了此鑄件順序凝固的全過程，證明此工藝方案可行。

圖1 支架簡圖

圖2 金屬型傾轉工藝

圖3 金屬型傾轉工藝（帶砂芯）

圖4 金屬型傾轉重力鑄造模具

圖6 計算機模擬數值

2.4 生產驗證

首件一次實驗成功，該鑄件通過X射線探傷全部合格，機加工后無任何缺陷，鑄件機械性能非常高，表面光潔度好，小批量生產也沒發生任何問題。目前已批量生產8000余件，合格率達99%以上。批量生產如圖7所示。

3 兩種方案對比

（1）生產效率對比

方案一：每班生產30件；

圖7 批量生產的鑄件加工圖

方案二：每班生產20箱次，共計160件。

（2）工藝出品率對比

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

方案二：鑄件重量/（鑄件+冒口重量），即7.2kg/10kg=72%。

（3）合格率對比

方案一：生產190件，合格173件，合格率為91%；

方案二：生產305件，合格303件，合格率為99.3%。

綜上所述，通過兩種生產方式對比：生產效率比原工藝提高5倍以上，而且使用鐵模鐵芯生產減少打磨量，為公司解決了一大難題；工藝出品率比原來提高了20%，而且沒有砂芯，節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適合該鑄件的生產方式。

4 結論

采用一模八件金屬型低壓鑄造生產方式生產鋁合金鑄件支架，大大地提高了生產效率，滿足了客戶的需求量；同時節省砂芯，減少該鑄件的打芯工序，以及減少打磨量；大幅度提升了工藝出品率；為公司降低了成本，同時也提高了鑄件的合格率。