断路器传动箱低压铸造工艺的试验研究

郑继刚，王克斌，曹振升，康敬乐，郝连涛

（1.山东泰开机械有限公司，山东泰安 271000;2.济南铸造锻压机械研究所有限公司，山东济南 250022）

1 铸件结构分析

8TK.357.002 传动箱为输配电系统11 万伏断路器用传动箱，铸造铝合金材质，要求强度高、密封性好，铸件结构复杂，有2 处孤立热节，6 个密封面粗糙度Ra1.6 以下，无铸造缺陷，内腔结构复杂。铸件结构如图1。

图1 铸件结构图

该件为箱型铸件，毛坯重量16.6kg；毛坯法兰厚度30mm，法兰有18mm×4.2mm 密封槽，2-ø72mm轴孔为轴向密封，2-ø60mm 阀座为端面密封，ø150mm 为端面密封；毛坯壁厚10mm，两阀座厚度28mm，属于孤立热节。

2 铸造工艺设计

考虑该件的结构、强度要求、重量等因素，设计采用低压铸造工艺。

（1）材质选用ZL101A，低压铸造升液管采用碳化硅材质，以减少铝液增铁。

（2）铝液由方形法兰端面引入，两阀座、吸附筒密封面置于边模，便于铝液杂质上浮，保证密封面加工质量。

（3）内腔采用树脂砂芯，毛坯厚大处（阀座、吸附筒安装位置）放置20mm 厚冷铁激冷，以防止内腔缩松，造成漏气。

（4）2-ø72mm 轴孔采用钢芯铸出，单边斜度3°。

3 模具设计

模具采用左右开模，铝液由90mm×110mm 腰孔的砂芯引入，防止浇道缩松造成密封面缩松报废；毛坯顶端设置集渣包，用于集气、集渣及毛坯吊装脱模；毛坯两阀座厚度28mm，属于孤立热节，在边模设计循环水激冷包，抑制缩孔的产生；毛坯加工量：330mm×350mm 法兰取3mm，其余位置按2mm。模具设计泡沫陶瓷过滤器，这种过滤器孔洞曲折，能有效阻止非金属夹杂物流过[1]。

铸件浇注工艺方案如图2。

图2 铸件浇注工艺方案图

4 浇注工艺

浇注重量18kg，低速升液充型，排空气体，快速增压补缩，以提高铸件的致密度，防止铸件浇口远端出现缩孔[2]。

毛坯浇注工艺参数（浇注压力、浇注速度、浇注时间）如图3 所示。

图3 毛坯浇注工艺参数

5 工艺验证

模具加工后，进行浇注试验，发现以下问题。浇注3～5 件以后，毛坯远离浇口端出现窝气造成浇不足；轴孔加工后内侧出现缩孔；两阀座的通气孔有缩松；毛坯内腔轴孔上端有缩松。经工艺分析，原因如下：

（1）浇不足原因为呋喃树脂发气量大，集渣包集气、集渣效果不理想；

（2）轴孔内侧加工量大（单边7mm），钢芯受热后激冷不足造成；

（3）阀座厚大，紫铜块激冷不足，加工ø10mm 通孔位于孤立热节中心，有缩松。

（4）毛坯内腔缩松是由于轴孔与筒壁交界位置较厚，补缩不足造成。

（5）ø90mm 外侧有缩松，造成钻丝孔后漏气。

根据以上分析，采取如下工艺措施：

（1）模具增加负压抽气装置。在模具ø90mm 处设计排气塞与负压抽气装置相连，浇注过程中打开，将呋喃树脂受热产生的气体强制排出模具型腔。

（2）轴孔钢芯增加循环水激冷，解决该处激冷不足。

（3）阀座激冷紫铜块改为钢芯循环水激冷，ø10mm 通孔通过钢芯铸出。

（4）为消除毛坯轴孔上端缩松，将该处壁厚增加至18mm，形成补缩通道[3]。

（5）在ø90mm 外侧缩松区域，砂芯放置15mm厚环形冷铁激冷厚大部位（见图1）。

6 技术效果分析

工艺调整后，该铸件选型在济南铸造锻压机械研究所生产的J454 型低压铸造机上生产；试生产的铸件经铸造—探伤—加工—水压检漏—SF6 气体检漏，达到以下效果：

（1）检漏一次合格率达95%；综合出品率达到92%。

（2）毛坯材质致密，探伤无缩松缺陷。

（3）提高铸件外观质量，铸件轮廓清晰，尺寸精度高。

（4）生产效率高，班产量达到22 件。

（5）工艺出品率高，该件毛坯净重16.6kg，浇冒口重量1.4kg，工艺成品率92.4%。

7 结论

（1）负压抽气装置，强制排出型腔内气体，提高铝液的充型能力，对树脂砂芯铸件尤为有利。

（2）低压铸造充型平稳，模具铝液引入从毛坯最低端，杜绝密封面微渣孔的产生。

（3）陶瓷过滤器应用在低压铸造工艺中，可有效减少、消除夹渣缺陷。

[1]王文清.铸造工艺学[M].北京：机械工业出版社,1998.288.

[2]班文红.快速补压工艺在砂型差压铸造种的应用[J].特种铸造及有色金属,1998,增刊：31-32.

[3]陈国桢.铸件缺陷和对策手册[M].北京：机械工业出版社,2002.469.