高壓電氣產(chǎn)品鋁合金屏蔽環(huán)類鑄件的工藝探討

孫曉莉，王家文，姜 麗，李勝君，于 程

（新程（營口）精密設(shè)備有限公司，遼寧營口 115009）

屏蔽環(huán)是高壓開關(guān)上的重要零件，它可以調(diào)整絕緣結(jié)構(gòu)的電氣強(qiáng)度，均衡絕緣結(jié)構(gòu)電場及限制高壓電極附近的電場強(qiáng)度[1]，從而使高壓開關(guān)上不出現(xiàn)可見電暈。近年來我國高壓電氣行業(yè)對屏蔽環(huán)類鑄件需求量較大，且質(zhì)量要求極高。為了滿足日漸嚴(yán)苛的市場需求，筆者就國內(nèi)某知名高壓電氣廠商一種小型化產(chǎn)品上極其重要的鋁合金屏蔽環(huán)鑄件為例，探究鑄件從金屬型傾轉(zhuǎn)重力鑄造改為金屬型低壓鑄造的工藝優(yōu)化。

1 鑄件結(jié)構(gòu)及要求

此鑄件形狀簡單，僅為一個(gè)圓環(huán)形，結(jié)構(gòu)簡圖如圖1 所示，材質(zhì)為：ZL101A-T6。由于該鑄件在整個(gè)高壓開關(guān)產(chǎn)品運(yùn)行中起關(guān)鍵性作用，因此對該鑄件的質(zhì)量要求極高。不僅要求所有表面粗糙度達(dá)到Ra3.2，而且不允許有任何縮松、夾渣、針孔等鑄造缺陷。因此只能依靠全加工的方法來保證鑄件表面粗糙度與尺寸精度。而由于鑄件表皮相對于其內(nèi)部組織更致密，強(qiáng)度、硬度會更好，若全加工，則更容易暴露鑄件疏松組織而滿足不了鑄件粗糙度要求，給制定鑄件工藝方案增加難度。

圖1 鑄件簡圖

2 工藝方法制定

由于該鑄件表面質(zhì)量與尺寸精度要求極高，需求量又大，金屬型冷卻速度快，對鑄件有較強(qiáng)的激冷效果，鑄件晶粒細(xì)化，組織致密，因此筆者首先考慮金屬型鑄造方式生產(chǎn)。金屬型又分為金屬型簡易模具重力澆注、金屬型傾轉(zhuǎn)式重力澆注及金屬型低壓澆注等幾種主要生產(chǎn)方式。

傾轉(zhuǎn)式澆注機(jī)是一種采用液壓傳動機(jī)構(gòu)室使模具開合模、開合模力大、動作平穩(wěn)、生產(chǎn)效率高、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的鑄造機(jī)，易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動化[2]，因此筆者決定采用金屬型傾轉(zhuǎn)鑄造方式生產(chǎn)。

2.1 方案一

考慮到生產(chǎn)效率及裝配需求量，筆者決定采用一模兩件的傾轉(zhuǎn)工藝方案生產(chǎn)，具體工藝方案如圖2 所示。

圖2 傾轉(zhuǎn)一模兩件工藝方案及鑄件成品圖

生產(chǎn)驗(yàn)證：通過首批試制，鑄件尺寸合格，但是加工后很多鑄件外表面夾渣縮松嚴(yán)重，無法滿足產(chǎn)品使用需求。鑄造缺陷如圖3 所示。

圖3 加工后鑄件缺陷圖片

根據(jù)鑄件缺陷筆者進(jìn)行了分析，該鑄件傾轉(zhuǎn)前后高度差較大，傾轉(zhuǎn)過程中，金屬液經(jīng)澆注系統(tǒng)本應(yīng)平穩(wěn)注入型腔，不應(yīng)有沖擊、渦流、飛濺，可以有效阻止金屬液的二次氧化。但此鑄件屬環(huán)形且橫截面較小，在金屬液經(jīng)澆注系統(tǒng)后會“兵分兩路”同時(shí)進(jìn)入腔底，造成鋁液在型腔內(nèi)飛濺，導(dǎo)致鑄件二次造渣。又由于該鑄件的凝固截面很小，熱量傳導(dǎo)較快，因此很難實(shí)現(xiàn)順序凝固而導(dǎo)致縮松。迫于巨大的交貨壓力，更改工藝，提高產(chǎn)品合格率已經(jīng)迫在眉睫。如何制定一種既能實(shí)現(xiàn)順序凝固，還能提高產(chǎn)品生產(chǎn)效率的工藝方案是唯一有效的解決辦法。

2.2 方案二

低壓鑄造的優(yōu)點(diǎn)是經(jīng)濟(jì)性好、充型能力強(qiáng)、平穩(wěn)可控等，因此在大型機(jī)械、汽車和飛機(jī)的鋁合金鑄件，尤其是在復(fù)雜薄壁、優(yōu)質(zhì)鋁合金鑄件上一般都采用低壓鑄造[3]。由于該鑄件的凝固截面小，因此考慮將該鑄件做成一個(gè)柱形環(huán)，型腔由鐵芯鑄出，由于存在拔模斜度，鑄件壁厚由上至下逐漸變厚，因此鋁液充滿型腔凝固時(shí)，會由上向下凝固，符合順序凝固的原則?？紤]到一層澆注系統(tǒng)所能補(bǔ)縮的距離，我們將高度設(shè)置為5 件疊加（預(yù)留出每件鑄件的加工切割量）。工藝方案如圖4 所示。

圖4 金屬型低壓鑄造方案

采用鑄造凝固過程計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬技術(shù)對此工藝方案進(jìn)行模擬（圖5）。通過模擬結(jié)果反映出，鑄件沒有出現(xiàn)縮松、縮孔現(xiàn)象，達(dá)到了工藝方案預(yù)期效果。

圖5 計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬

圖6 金屬型低壓鑄造生產(chǎn)的毛坯及鑄件成品

生產(chǎn)驗(yàn)證：該鑄件首批生產(chǎn)10 件，探傷全部合格。加工驗(yàn)證其表面沒有任何鑄造缺陷；而且由于該鑄件是5 件疊加，因此機(jī)加工效率也比較高，一次裝卡，節(jié)省了對刀工序，可以一次性生產(chǎn)5 個(gè)產(chǎn)品。該產(chǎn)品至今已經(jīng)生產(chǎn)800 余件，合格率達(dá)到了99%以上。

3 結(jié)論

通過更改工藝，由金屬型傾轉(zhuǎn)鑄造一模兩件改為低壓鑄造一模五件，使鑄件實(shí)現(xiàn)了順序凝固。不僅提高了產(chǎn)品質(zhì)量，也大幅提高了生產(chǎn)效率和工藝出品率，更降低了生產(chǎn)成本。