高壓電氣產品鋁合金屏蔽環類鑄件的工藝探討

孫曉莉，王家文，姜 麗，李勝君，于 程

（新程（營口）精密設備有限公司，遼寧營口 115009）

屏蔽環是高壓開關上的重要零件，它可以調整絕緣結構的電氣強度，均衡絕緣結構電場及限制高壓電極附近的電場強度[1]，從而使高壓開關上不出現可見電暈。近年來我國高壓電氣行業對屏蔽環類鑄件需求量較大，且質量要求極高。為了滿足日漸嚴苛的市場需求，筆者就國內某知名高壓電氣廠商一種小型化產品上極其重要的鋁合金屏蔽環鑄件為例，探究鑄件從金屬型傾轉重力鑄造改為金屬型低壓鑄造的工藝優化。

1 鑄件結構及要求

此鑄件形狀簡單，僅為一個圓環形，結構簡圖如圖1 所示，材質為：ZL101A-T6。由于該鑄件在整個高壓開關產品運行中起關鍵性作用，因此對該鑄件的質量要求極高。不僅要求所有表面粗糙度達到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部組織更致密，強度、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，對鑄件有較強的激冷效果，鑄件晶粒細化，組織致密，因此筆者首先考慮金屬型鑄造方式生產。金屬型又分為金屬型簡易模具重力澆注、金屬型傾轉式重力澆注及金屬型低壓澆注等幾種主要生產方式。

傾轉式澆注機是一種采用液壓傳動機構室使模具開合模、開合模力大、動作平穩、生產效率高、經濟實用的鑄造機，易實現機械化和自動化[2]，因此筆者決定采用金屬型傾轉鑄造方式生產。

2.1 方案一

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

圖2 傾轉一模兩件工藝方案及鑄件成品圖

生產驗證：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重，無法滿足產品使用需求。鑄造缺陷如圖3 所示。

圖3 加工后鑄件缺陷圖片

根據鑄件缺陷筆者進行了分析，該鑄件傾轉前后高度差較大，傾轉過程中，金屬液經澆注系統本應平穩注入型腔，不應有沖擊、渦流、飛濺，可以有效阻止金屬液的二次氧化。但此鑄件屬環形且橫截面較小，在金屬液經澆注系統后會“兵分兩路”同時進入腔底，造成鋁液在型腔內飛濺，導致鑄件二次造渣。又由于該鑄件的凝固截面很小，熱量傳導較快，因此很難實現順序凝固而導致縮松。迫于巨大的交貨壓力，更改工藝，提高產品合格率已經迫在眉睫。如何制定一種既能實現順序凝固，還能提高產品生產效率的工藝方案是唯一有效的解決辦法。

2.2 方案二

低壓鑄造的優點是經濟性好、充型能力強、平穩可控等，因此在大型機械、汽車和飛機的鋁合金鑄件，尤其是在復雜薄壁、優質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柱形環，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，會由上向下凝固，符合順序凝固的原則。考慮到一層澆注系統所能補縮的距離，我們將高度設置為5 件疊加（預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算機數值模擬技術對此工藝方案進行模擬（圖5）。通過模擬結果反映出，鑄件沒有出現縮松、縮孔現象，達到了工藝方案預期效果。

圖5 計算機數值模擬

圖6 金屬型低壓鑄造生產的毛坯及鑄件成品

生產驗證：該鑄件首批生產10 件，探傷全部合格。加工驗證其表面沒有任何鑄造缺陷；而且由于該鑄件是5 件疊加，因此機加工效率也比較高，一次裝卡，節省了對刀工序，可以一次性生產5 個產品。該產品至今已經生產800 余件，合格率達到了99%以上。

3 結論

通過更改工藝，由金屬型傾轉鑄造一模兩件改為低壓鑄造一模五件，使鑄件實現了順序凝固。不僅提高了產品質量，也大幅提高了生產效率和工藝出品率，更降低了生產成本。