CN102941333B - V法、低压生产超高压开关承压铝合金罐体的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了真空铸造技术领域的一种用V法、低压生产超高压开关承压铝合金罐体的方法，其中包括以下工艺步骤：工装制造、制作低压浇注系统、上箱造型、下箱造型、下芯合箱、浇注、撤压取件。该方法解决现有真空造型重力浇注工艺引起铸型受金属液体强烈冲刷导致铸件夹渣、气孔、针孔等铸造缺陷，同时可解决重力浇注系统占用金属液过多，尤其对壁厚较薄、体积较大的铸件工艺出品率低的问题。

Description

V法、低压生产超高压开关承压铝合金罐体的方法

技术领域

本发明属于铝合金罐体铸造技术领域，具体涉及一种超高压开关承压铝合金罐体的真空造型（V法）与低压浇注结合的工艺方法。

背景技术

法铸造是真空密封造型或负压造型铸造工艺的简称，其原理是利用塑料薄膜覆模造型并密封砂箱,依靠真空泵抽出型内空气,造成型内箱外压力差，使干砂紧实，形成所需型腔。型砂不使用粘结剂，落砂简便，使造型材料的耗量降到最低限度，减少废砂，改善了劳动条件。其干砂回用率高达95%以上，而且铸件表面品质和尺寸精度大大提高，降低了铸件的生产能耗，是一种绿色环保铸造工艺。

低压铸造是采用气压充型并在压力下结晶的铸造方法。是介于压力铸造与重力铸造之间的一种铸造方法。该方法，金属液充型平稳，充型速度可根据铸件的不同结构进行调整，金属在压力下充型，流动性增加，便于浇注复杂薄壁铸件，金属液用容器底部进入，可减少氧化夹渣，铸件在压力下结晶凝固，固铸件组织致密，力学性能高，铸件质量好。

目前国内企业真空铸造工艺方法使用很广泛。然而其使用范围大多是生产铸钢和铸铁零件，对表面质量要求较高的铝合金铸件，及一些复杂的结构件以及有一定抗压要求的铸件还没有达到相应的技术要求。

该超高压开关承压铝合金罐体是高压输变电装备关键部件，耐压铝合金罐体铸件整体品质要求高。由于高压输变电器设备要求15年不检修，故技术规定要对铸件逐件进行水压、气压强度试验和SF6气密性检漏试验。该种零件材质为铝合金ZL101A-T6。壁厚在10-14mm之间，体积为1800×1500×800之间，属于大型薄壁件，工作时里面充满SF6气体，故其外在内在组织不允许有缺陷，尤其法兰密封面连小于φ0.1mm的针孔都不允许存在。

现有的真空铸造工艺方法其浇注过程为传统重力浇注方式，该方式是指金属液在地球重力作用下注入铸型的工艺，也称浇铸。该方式需要一套体积庞大的浇注系统，铸件厚大部位需要冒口进行步缩。该浇注方式对一些体积较大、结构简单、力学性能要求不高的铸件较为有效。在传统重力浇注方式中，金属液体对真空铸造工艺中的铸型产生较大的冲刷力，并带来铸件内部夹渣、气孔、针孔等缺陷，尤其是超高压开关承压铝合金罐体的法兰密封面的针孔问题较难解决。同时由于冒口的排布，使得体积较大，壁厚较薄的一些铸件工艺出品率低下，严重制约生产效率提高及能源节约。

发明内容

本发明的目的在于提供一种V法、低压生产超高压开关承压铝合金罐体的方法。该方法解决现有真空造型重力浇注工艺引起铸型受金属液体强烈冲刷导致铸件夹渣、气孔、针孔等铸造缺陷，同时可解决重力浇注系统占用金属液过多，尤其对壁厚较薄、体积较大的铸件工艺出品率低的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案：用V法、低压生产超高压开关承压铝合金罐体的方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

1、工装制造：制作带有抽气箱和抽气孔且上面带有零件外形的上、下真空箱和具有零件内形带有抽气孔的芯盒，再用金属制做上下“V法”砂箱；

2、制作低压浇注系统：用树脂砂制造低压浇注系统，包括直浇道、横浇道、内浇道，直浇道的形状及尺寸对齐低压浇注设备的升液管内径尺寸，横浇道和内浇道的面积逐次减少，以满足铸件顺序凝固的条件，整个浇注系统的高度尺寸应与砂箱高度相匹配；

3、上箱造型：上箱造型采用真空造型，其步骤同重力浇注“V法”造型步骤。具体包括：薄膜加热，薄膜成型（吸膜），在气体不易排出的部位放排气孔，喷涂料，放砂箱，加砂震实，覆背膜；

4、下箱造型：下箱造型采用真空造型，具体包括：薄膜加热，薄膜成型（吸膜），在覆膜并喷涂料后将制作好的低压浇注系统放入，放上真空造型砂箱，并向砂箱内充填干砂，待填充到与砂箱平时，开启震动台，借微震使砂紧实后刮去多余沙子；覆上密封薄膜，然后打开砂箱阀门抽去型砂内空气，使铸型内外存在压力差，在直浇道上放置石棉密封垫，盖底板并与砂箱固定，关闭真空箱内的真空，起模；

5、下芯合箱：将下模型腔翻转180度，放置在低压浇注设备工作台面上，并使直浇道对准升液管口，后把制好的树脂砂内芯放置在下模型腔内，将上模型腔与下模型腔合在一起，并紧固；

6、浇注：根据零件形状和尺寸确定合理的低压浇注工艺参数，它包括：a、升液阶段:升液速度应慢些，以保证合金液平稳上升，对于铝合金壳体类薄壁件取5-10cm/s；b、充型阶段:充型阶段的充型速度要避免金属液产生涡流，一般控制在7-10cm/s；c、结壳阶段：为避免铸型损坏，必须有10-15秒的结壳时间；d、增压、凝固阶段:为使铸件组织致密、增加补缩效果，需增大压力，增压压力为充型压力的1.2-1.6倍；e、保压阶段：以升液管口残留程度20-50mm为宜，保压时间为1200-1500秒；

7、撤压取件：待浇注完毕，铝液压力撤除后，保温30分钟时间，解除上述造型砂箱的负压状态，将铸件取出。

本发明方法的有益效果：首创了真空造型（“V法”）和低压浇注相结合的铸造工艺，拓展了低压铸造的铸型范围，扩大了真空造型的铸造范围。铸造过程中，进入铸型型腔的金属液的纯净程度直接关系着铸件的最终质量。气体的夹杂物、气体对铸件的机械性能有很大影响，因渣孔和气孔报废的铸件约占50%，而且多数是在机械加工后发现的，因此提高进入工作型腔的纯净度，一直是铸造工作者十分关心的问题。“V法”造型一般采用的是重力铸造，重力铸造铝液从容器上部靠重力进入型腔，上部的铝液渣多且易氧化，铸件易产生渣孔、气孔、冷隔、针孔等铸造缺陷。

低压铸造金属液是靠空气压力由升液管将容器底部的纯净铝液压入，可减少氧化夹渣。因其在压力下结晶凝固，可以得到充分的补缩，固铸件组织致密，力学性能高。资料显示砂型重力铸造铝壳体热处理后抗拉强度为275Mpa，延伸率为2%，而砂型低压铸造铝壳体热处理后抗拉强度能达到300Mpa，延伸率为3%。低压铸造的浇注系统比较简单，可减少或省去冒口，尚未凝固的铝液可流回坩埚，减少了铝液的损耗，故工艺出品率高。重力铸造的需要庞大的浇注系统，砂型重力铸造的工艺出品率为50～70%，而砂型低压铸造的工艺出品率可达到80～95%。使用低压浇注工艺方法实现真空铸造浇注过程得到平稳的金属液流动，减小浇注过程中金属液对型腔内壁的冲刷力，避免因冲刷而引起的金属液夹渣以及快速流动造成的金属液体卷气（特别是铝合金等一类易吸气金属液体）等工艺缺陷，结合使用的排气冒口，引导型腔气体顺利排出，较小的冒口断面使金属液体充满后易快速冷却形成固体，提高铸件的出品率；本方法可以广泛应用于真空铸造工艺，操作简单，过程易控制，铸造成本相对较低。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施例做进一步详细的阐述。

图1为本发明耐压罐体的浇注示意图。

其中：1、排气孔  2、上箱 3、冷铁 4、铸件 5、下箱 6、浇口垫 7、低压浇注系统 8、石棉密封垫 9、底板 10、工作台 11、升液管 12、铝液

具体实施方式

如图１所示，本发明制作铸件4（超高压开关承压铝合金罐体）的工艺系统是由分型面将系统分为上箱2和下箱5，所述上箱2内设置排气孔1；下箱5内设置浇口垫6将铸型与低压浇注系统7连接，低压浇注系统7的出口设有石棉密封垫8，为防止砂子落在工作台10上，将底板10盖于砂箱顶面并与砂箱固定；对应罐体的法兰密封面位置放置铸铁冷铁3，目的是激冷并防止针孔产生；上箱2和下箱5合箱固定后放置在工作台10，铝液12通过升液管11连通低压浇注系统7，进入铸型。

具体制作步骤如下：

 1、工装制造：用木材或轻金属制作带有抽气箱和抽气孔且上面带有零件外形的上、下真空箱和具有零件内形带有抽气孔的芯盒，再用钢板制做上下“V法”砂箱。

、制作低压浇注系统7：超高压开关承压铝合金罐体形状一般为十字交叉的圆形罐体，端部带有法兰面形状，此类罐体铸件轮廓尺寸较大，型腔壁厚和法兰壁厚差异较大，其法兰面属于厚大部位。根据低压浇注的特点，低压浇注要从各个法兰面进料，由浇道对各个法兰面进行补缩。传统的砂型低压铸造是三箱造型，中间箱上下两面都是分型面，第三箱是浇注系统。“V法”造型由于工艺限制，只能是两箱造型，因此要进行低压浇注，就必须要用树脂砂制造低压浇注系统。低压浇注系统7是由树脂砂制作内浇道、横浇道、和直浇道的组合体，直浇道的形状及尺寸对齐低压浇注设备的升液管内径尺寸，横浇道和内浇道的面积逐次减少，以满足铸件顺序凝固的条件，整个浇注系统的高度尺寸应与砂箱高度相匹配；制作好的低压浇注系统组合体用薄膜包裹，并在造下真空箱时将该系统放入。

、上箱造型：上箱2的造型采用真空造型，具体包括：在模型法兰面放冷铁3；薄膜加热；薄膜成型（吸膜）；在气体不易排出的部位放排气孔，排气孔1材质为金属，内腔为S形结构，可减少铝液排出，排气孔使用负压造型用薄膜包裹起来，在制造上箱2时将其安放在型腔顶部；喷涂料、放砂箱、加砂震实、覆背膜。

、下箱造型：下箱5造型采用真空造型，其前面步骤同重力浇注“V法”造型步骤，其中在覆膜并喷涂料后增加以下步骤：a: 在下箱造型的法兰顶部放置与内浇道相连的浇口垫6，浇口垫6外形及尺寸与低压浇注系统7内浇道外形和尺寸一致，浇口垫6用树脂砂制成；b: 将预制好的树脂砂低压浇注系统7外壁用负压造型的薄膜紧紧包裹；c: 将薄膜包裹好的树脂砂浇注系统7的内浇道放置在法兰顶部的浇口垫7上，用透明胶布将树脂砂内浇道外壁的薄膜与覆盖在模样上的薄膜紧密贴合；d: 将在已覆盖薄膜的模样上放上真空造型砂箱，并向砂箱内充填干砂，待填充到与砂箱平时，开启震动台，借微震使砂紧实后刮去多余沙子；覆上密封薄膜，然后打开砂箱阀门抽去型砂内空气，使铸型内外存在压力差；e:在直浇道上放置石棉密封垫8；f: 将底板9放在真空造型砂箱顶面并与砂箱固定；g：关闭真空箱内的真空，起模。

、下芯合箱：将下模型腔翻转180度，放置在低压浇注设备工作台面10上，并使直浇道对准升液管11的管口，在升液管周围的下箱底板9和工作台面间加密封垫8，把制好的树脂砂内芯放置在下箱5的型腔内，将上箱2与下箱5合在一起，并紧固。

、浇注：根据该零件形状和尺寸确定低压浇注工艺参数，升液压力为30000Pa, 升液速度应慢些，升液时间为15-20秒，以保证合金液平稳上升，对于铝合金壳体类薄壁件取5-10cm/s，充型阶段的充型速度要避免金属液产生涡流，一般控制在7-10cm/s，充型压力51000-53000Pa，充型时间为10-15秒，为避免铸型损坏，必须有10-15秒的结壳时间；为使铸件组织致密、增加补缩效果，需增大压力，增压压力为充型压力的1.2-1.6倍，增压时间为8-10秒，增压压力75000-80000Pa，以升液管口残留程度20-50mm为宜，保压时间为1200-1500秒。

、撤压取件：保压完毕后，撤除铝液12压力，保温30分钟，解除砂箱的负压状态，将铸件5取出。

本发明为真空造型（“V法”）和低压浇注相结合的铸造工艺，拓展了低压铸造的铸型范围，扩大了真空造型的铸造范围。可以广泛应用于真空铸造工艺，操作简单，过程易控制，铸造成本相对较低。

Claims (1)

1.一种用V法、低压生产超高压开关承压铝合金罐体的方法，其特征在于包括以下工艺步骤：

（1）、工装制造：制作带有抽气箱和抽气孔且上面带有零件外形的上、下真空箱和具有零件内形带有抽气孔的芯盒，再用金属制做上下“V法”砂箱；

（2）、制作低压浇注系统：用树脂砂制造低压浇注系统，包括直浇道、横浇道、内浇道，直浇道的形状及尺寸对齐低压浇注设备的升液管内径尺寸，横浇道和内浇道的面积逐次减少，以满足铸件顺序凝固的条件，整个浇注系统的高度尺寸应与砂箱高度相匹配；

（3）、上箱造型：上箱造型采用真空造型，其步骤同重力浇注“V法” 造型步骤，具体包括：薄膜加热，薄膜成型，在气体不易排出的部位放排气孔，喷涂料，放砂箱，加砂震实，覆背膜；

（4）、下箱造型：下箱造型采用真空造型，具体包括：薄膜加热，薄膜成型，在覆膜并喷涂料后将制作好的低压浇注系统放入，放上真空造型砂箱，并向砂箱内充填干砂，待填充到与砂箱平时，开启震动台，借微震使砂紧实后刮去多余砂子；覆上密封薄膜，然后打开砂箱阀门抽去型砂内空气，使铸型内外存在压力差，在直浇道上放置石棉密封垫，盖底板并与砂箱固定，关闭真空箱内的真空，起模；

（5）、下芯合箱：将下模型腔翻转180度，放置在低压浇注设备工作台面上，并使直浇道对准升液管口，后把制好的树脂砂内芯放置在下模型腔内，将上模型腔与下模型腔合在一起，并紧固；

（6）、浇注：根据零件形状和尺寸确定合理的低压浇注工艺参数，包括：a、升液阶段: 升液压力为30000Pa,升液时间为15-20秒，对于铝合金壳体类薄壁件取5-10cm/s；b、充型阶段:充型速度7-10cm/s，充型压力51000-53000Pa，充型时间为10-15秒；c、结壳阶段：结壳时间10-15秒；d、增压、凝固阶段: 增压压力75000-80000Pa，增压时间为8-10秒；e、保压阶段：以升液管口残留程度20-50mm为宜，保压时间为1200-1500秒；

（7）、撤压取件：待浇注完毕，铝液压力撤除后，保温30分钟时间，解除上述造型砂箱的负压状态，将铸件取出。