CN104785752A - 用于特高压gis开关设备大型耐压铝合金90°弯管壳体的铸造装置及其铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于特高压GIS开关设备大型耐压铝合金90°弯管壳体的铸造装置及其铸造工艺。弯管壳体为90°弯管结构，两端部设置法兰，包括砂芯吊装结构、芯盒；所述砂芯吊装结构包括吊钩、和吊钩连接的埋入支架，以及连接吊钩和埋入支架的厚螺母；所述芯盒上具有容置砂芯的容置槽和容置所述吊钩的开槽，以及连通容置槽和开槽的通孔；所述砂芯吊装结构的埋入支架下端为十字型结构，所述十字型结构分别对砂芯的两法兰部进行定位，所述吊钩实现对砂芯两法兰之间上部正中心部进行定位；所述砂芯的内浇道包括若干立筒，所述立筒上连接有横浇道和浇口。本发明提供了一种装置和工艺，以提高该零件的铸造质量，保证该零件达到水压破坏性试验要求的压力。

Description

用于特高压GIS开关设备大型耐压铝合金90°弯管壳体的铸造装置及其铸造工艺

技术领域

本发明涉及一种铝合金铸件低压铸造装置及其工艺，尤其是涉及一种应用于制造特高压GIS开关设备关键零件大型耐压铝合金铸造壳体的低压铸造工艺。

背景技术

特高压电网具有大容量、长距离和低损耗送电的特点，能大大提升我国电网的输送能力，特高压GIS开关设备是国家重点开发项目，本发明涉及的铝合金铸造壳体是该产品的关键零件之一，该种零件均是大型的壳体类铸件，目前制造方法多采用重力铸造工艺，采用的材料又是具有氧化和针孔倾向较大的铸造铝合金ZL101A，因而铸造工艺的难度很大，为此进行该类耐压铝合金铸造壳体先进制造技术的研究很有必要。

如图1所示，某特高压开关设备用大型耐压铝合金铸造壳体，其毛坯外形尺寸1360 mm×1360mm×1204mm，且为弯管，毛坯重量400Kg，法兰厚度达68mm，壳体壁厚为30mm，且要进行水压、气压强度及气密性试验，气密性试验压力为0.65MPa，例行水压试验压力为1.3MPa，且要通过3.25MPa 压力的水压破坏性试验。

该零件目前采用的铸造工艺是重力铸造，为了保证造型、起模、合箱等过程不塌箱，铸型材料选择树脂自硬砂。该工艺的浇注系统包括两个浇口YJ01、YJ02和14个冒口YM01～YM14。为了保证铝水的充填、排气与排渣，两个浇口YJ01、YJ02采用缝隙式浇注系统，但在浇注时要在两个浇口YJ01、YJ02同时浇注，操作不方便，且两个浇口的浇注速度不能保持一致，会导致铸造质量差的问题；对于该工艺而言，浇口底部必须设计过滤网，但过滤网的放置很困难；同时，该工艺芯头设计通过加大加长芯头的方式来解决弯管状芯子主芯不稳，下芯后容易偏皮的问题，但未考虑砂芯的吊装问题。对生产的铸件进行了各方面检测，主要问题是水压破坏性试验压力达不到设计要求。

本发明所涉及的大型耐压铝合金90°弯管铸造壳体，与图1所揭示的壳体形状极为相似，毛坯外形尺寸略小，法兰厚度为35mm，而壳体壁厚仅为12mm，壁厚减小很多，毛坯重量同步减轻为200Kg，由于壁厚太薄，铸造难度比图1所揭示的壳体更大，且要通过4MPa 压力的水压破坏性试验，对该零件的铸造质量要求也更高。

因此，为了保证和提高该零件的质量，有必要提供一种更好的铸造工艺方法，所以我们考虑到了低压铸造工艺，以改善零件的铸造质量和满足特高压开关设备的综合使用要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造大型耐压铝合金壳体的低压铸造工艺，以提高该零件的铸造质量，保证该零件达到水压破坏性试验要求的压力。

为此本发明采用的技术方案是：本发明的弯管壳体为90°弯管结构，两端部设置法兰，包括砂芯吊装结构、芯盒；

所述砂芯吊装结构包括吊钩、和吊钩连接的埋入支架，以及连接吊钩和埋入支架的厚螺母；

所述芯盒上具有容置砂芯的容置槽和容置所述吊钩的开槽，以及连通容置槽和开槽的通孔；

所述砂芯吊装结构的埋入支架下端为十字型结构，所述十字型结构分别对砂芯的两法兰部进行定位，所述吊钩实现对砂芯两法兰之间上部正中心部进行定位；

所述砂芯的内浇道包括若干立筒，所述立筒上连接有横浇道和浇口。

所述砂芯的内浇道包括十一个立筒，其中每个法兰处分别设置三个立筒；

各法兰对应面的中部分别设有一个立筒，分别设置在壳体的充气嘴、支撑地脚处；

两法兰连接的45°中心线上设三个立筒。

所述处于充气嘴的立筒处的内浇口设计成上下分体设置的两部。

所述处于支撑地脚的立筒处的内浇口设置在两支撑地脚会建，并在支撑地脚的端部开设阶梯式内浇口。

所述横浇道包括一个主横浇道和八个分支横浇道，所述主横浇道和两法兰呈45°布置，八个分支横浇道对称分布于主横浇道两侧，所述浇口设置在主横浇道的中心部位。

所述吊钩下端、埋入支架的上端和厚螺母通过螺纹连接。

特高压GIS开关设备大型耐压铝合金90°弯管壳体的低压铸造工艺，按照以下步骤进行：先将埋入支架与厚螺母连接，并置于芯盒中，然后将吊钩从芯盒外侧穿入与厚螺母的另一端连接，即可开始制作砂芯；

砂芯制作完成后，取下吊钩，而埋入支架和厚螺母则留在砂芯中，打开芯盒、取出砂芯，再将吊钩装在砂芯中；

合箱时，将砂芯安放在砂型中后，取下吊钩，然后进行浇铸，并用石棉将吊钩留在砂芯上的孔洞封闭，以防止浇注时铝水进入该孔洞使厚螺母填满铝水而无法再次使用。

 本发明借鉴图1所揭示的重力浇注系统的设计方案，将其浇口和冒口作为本发明低压铸造工艺的内浇道，并对内浇道的位置和结构做相应的调整，以适合低压铸造工艺自下而上充型和自上而下凝固的特点；为符合低压铸造以浇口为中心自远至近凝固的特点，将横浇道设计为一条主横浇道和以主横浇道为轴线分散对称分布的分支横浇道的结构，而浇口设计在主横浇道的正中心位置；为了保证砂芯在放入砂型后保持水平和固定，在砂芯上设计三点定位的芯头结构，替代延长芯头长度的落后工艺；为了方便砂芯在吊装过程中保持水平，在砂芯上设计三点吊装的结构，且为此设计预埋入砂芯壳体部位中的吊装支架。

本发明的低压铸造工艺与现有技术比较具有以下优点：1、砂芯的三点定位结构稳定可靠，零件的壁厚均匀，厚度差不大于1mm，对保证零件的耐压强度有积极意义；2、砂芯的三点吊装方案平稳，同时为此设计的吊装支架操作方便，效果明显，避免了下芯时砂芯与砂型摩擦掉砂而形成夹砂缺陷的隐患；3、合理的浇注系统设计，既保证了铝水自下而上平稳充型和排气顺畅，也保证了铸件自上而下和自远至近的凝固顺序，铸件外观质量和内部质量高；4、在不增加零件壁厚的前提下，水压破坏性试验压力达到4.5MPa，较设计压力提高了10%以上。

附图说明

低压铸造工艺为在空气压力下自下至上充型，浇注系统位于浇注位置下部，为了便于观看，本发明的有关附图将浇注系统置于上部，为免误解作此说明。

图1是某特高压开关设备大型耐压铝合金壳体重力浇注系统的结构示意图。

图2是本发明砂芯定位结构示意图。

图3是本发明砂芯吊装结构示意图。

图4、5是本发明砂芯吊装支架的结构示意图。

图6、7是本发明砂芯吊装支架使用的结构示意图。

图8、9是本发明浇注系统内浇道的结构示意图。

图10、11是本发明浇注系统缝隙内浇口的结构示意图。

图12、13、14是本发明浇注系统浇口与横浇道的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的快速接地开关罐体作进一步详细说明。

本发明砂芯定位的解决方案。由于该壳体为90°弯管壳体，仅依靠法兰芯头处的定位NXD2和NXD3，下芯后砂芯不能保持水平和固定，因此必须在其它部位增设一个芯头定位NXD1，该吊装支架NXF1位于壳体的上部正中心处，在吊装砂芯时三点一面可以保证砂芯水平。

本发明砂芯吊装的解决方案。由于该壳体为90°弯管壳体，仅依靠预埋的芯骨NXF2和NXF3，在下芯时不能保持平衡，因此必须在其它部位增设一个预埋的吊装支架NXF1，该吊装支架NXF1位于壳体的上部正中心处，在吊装砂芯时三点一面可以保证砂芯水平。

本发明的砂芯吊装支架。该吊装支架NXF1包括：吊钩NXF11、厚螺母NXF12、埋入支架NXF13，吊钩NXF11、埋入支架NXF13分别带有螺纹端LW0、LW1。

本发明的砂芯吊装支架的使用。芯盒上设计有吊钩NXF11安放的开槽XH1和通孔XH2，以保证吊钩NXF11自芯盒外侧穿入与厚螺母NXF12连接。使用时，先将支架NXF13与厚螺母NXF12连接，并置于芯盒中，然后将吊钩NXF11从芯盒外侧穿入与厚螺母NXF12 的另一端连接，即可开始制作砂芯。砂芯制作完成后，取下吊钩NXF11，而支架NXF13和厚螺母NXF12则留在砂芯中，打开芯盒、取出砂芯，再将吊钩装在砂芯中。合箱时，吊住砂芯上的NXF1、NXF2、NXF3将砂芯安放在砂型中后，即可取下吊钩NXF11，并用石棉将吊钩NXF11留在砂芯上的孔洞，以防止浇注时铝水进入该孔洞使厚螺母NXF12填满铝水而无法再次使用。

本发明浇注系统的内浇道。考虑该耐压壳体为大型壳体，跨度较大，且低压铸造工艺产品的凝固顺序是：以浇注位置自上至下的顺序凝固，本发明的内浇道包括11个立筒LT301～LT311及必要的与壳体相连的内浇口，立筒LT301～LT311呈阶梯状、均匀合理地分布于产品上。取消了原重力铸造工艺中法兰外缘的四个立筒YM02、YM05、YM06、YM12，可以减少浇注系统的耗用量；为了更好地对壳体部位充填、凝固补缩，立筒LT305、LT307处的内浇口设计为缝隙浇道及阶梯式内浇口。

本发明内浇道立筒LT305、LT307处的内浇口。壳体上的充气嘴PA1是产品的重要结构，无法将内浇口设计为自上而下贯通的缝隙内浇口，而将该处的缝隙内浇口设计为上下两部分FX1、FX2；壳体上的支撑地脚PA2、PA3也是产品的重要结构，也无法将内浇口设计为自上而下贯通的缝隙内浇口，而将缝隙内浇口FX3设计在支撑地脚PA2、PA3中间部位，并在支撑地脚PA2、PA3的端部开设阶梯式内浇口JT1、JT2。

本发明浇注系统的横浇道与浇口。考虑低压铸造工艺的凝固顺序是：以浇口为中心由远至近的顺序凝固，本发明横浇道包括1个主横浇道ZH100和8个分支横浇道FH101～FH108，主横浇道ZH100设计在产品的45°中心线上，8个分支横浇道FH101～FH108对称分布于主横浇道ZH100两侧，浇口JK200设计在主横浇道ZH100的中心部位。

Claims (7)

1.用于特高压GIS开关设备大型耐压铝合金90°弯管壳体的铸造装置，所述弯管壳体为90°弯管结构，两端部设置法兰，其特征在于，包括砂芯吊装结构、芯盒；

所述砂芯吊装结构包括吊钩、和吊钩连接的埋入支架，以及连接吊钩和埋入支架的厚螺母；

所述芯盒上具有容置砂芯的容置槽和容置所述吊钩的开槽，以及连通容置槽和开槽的通孔；

所述砂芯吊装结构的埋入支架下端为十字型结构，所述十字型结构分别对砂芯的两法兰部进行定位，所述吊钩实现对砂芯两法兰之间上部正中心部进行定位；

所述砂芯的内浇道包括若干立筒，所述立筒上连接有横浇道和浇口。

2.根据权利要求1所述的用于特高压GIS开关设备大型耐压铝合金90°弯管壳体的铸造装置，其特征在于，所述砂芯的内浇道包括十一个立筒，其中每个法兰处分别设置三个立筒；

各法兰对应面的中部分别设有一个立筒，分别设置在壳体的充气嘴、支撑地脚处；

两法兰连接的45°中心线上设三个立筒。

3.根据权利要求2所述的用于特高压GIS开关设备大型耐压铝合金90°弯管壳体的铸造装置，其特征在于，所述处于充气嘴的立筒处的内浇口设计成上下分体设置的两部。

4.根据权利要求2所述的用于特高压GIS开关设备大型耐压铝合金90°弯管壳体的铸造装置，其特征在于，所述处于支撑地脚的立筒处的内浇口设置在两支撑地脚会建，并在支撑地脚的端部开设阶梯式内浇口。

5.根据权利要求1所述的用于特高压GIS开关设备大型耐压铝合金90°弯管壳体的铸造装置，其特征在于，所述横浇道包括一个主横浇道和八个分支横浇道，所述主横浇道和两法兰呈45°布置，八个分支横浇道对称分布于主横浇道两侧，所述浇口设置在主横浇道的中心部位。

6.根据权利要求1所述的用于特高压GIS开关设备大型耐压铝合金90°弯管壳体的铸造装置，其特征在于，所述吊钩下端、埋入支架的上端和厚螺母通过螺纹连接。

7.特高压GIS开关设备大型耐压铝合金90°弯管壳体的低压铸造工艺，其特征在于，按照以下步骤进行：先将埋入支架与厚螺母连接，并置于芯盒中，然后将吊钩从芯盒外侧穿入与厚螺母的另一端连接，即可开始制作砂芯；

砂芯制作完成后，取下吊钩，而埋入支架和厚螺母则留在砂芯中，打开芯盒、取出砂芯，再将吊钩装在砂芯中；

合箱时，将砂芯安放在砂型中后，取下吊钩，然后进行浇铸，并用石棉将吊钩留在砂芯上的孔洞封闭，以防止浇注时铝水进入该孔洞使厚螺母填满铝水而无法再次使用。