專利名稱：球形容器的鑄脹成形的制作方法
技術領域：
本發明涉及球形容器的制造方法，主要是在毛坯的真空澆鑄、加壓凝固的基礎上，利用金屬的熱塑性向澆鑄后已凝固并且處于再結晶溫度以上的球殼鑄坯腔內通入壓カ氣體使其達到內壓脹形的技術，本發明屬于壓カ容器制造技術領域。
背景技術：
球形容器由于其具有高的承載能力、自重小及其占地面積小，已經在石油、化工、燃氣、供水、造紙等行業中得到廣泛的應用。球形容器的制造方法已經多種多樣，如焊接法、爆炸成型法、無模液壓脹型法等，但都存在一定的缺陷和不足。如爆炸法，其安全性不易控制，容易造成安全事故；無模液壓脹型法，是向多面體內通入高壓液體脹形，由于成型系統的復雜性，也具有一系列的輥制、組對、焊接加壓、檢測、探傷等エ序，難以推廣。當前，主流的方法是先將球形容器劃分成許多瓣片，常見的分瓣方式為橘瓣式和足瓣式或集兩者之長的混板式，再依球瓣的尺寸用板材下料、沖壓，使每塊板料成形為球瓣的形狀，再進行組對、焊接成型。但是，這種方法材料利用率低、需要大型沖壓設備、如大工作臺面的水壓機，大噸位沖壓模具等，組焊工作量大且復雜、エ序多、エ期長、焊縫形位精度差、焊接質量不易保證、效率低，導致球罐制造成本高。
發明內容
為了解決傳統球形容器制造方法中存在的材料利用率低、需要大型沖壓設備、如大工作臺面的水壓機，大噸位沖壓模具等，組焊工作量大且復雜、エ序多、エ期長、焊縫形位精度差、焊接質量不易保證、效率低，導致球罐制造成本高等問題，本發明先利用鑄造獲得高質量的球殼鑄坯，然后采用熱塑性脹壓成形方法進ー步優化材料結晶組織，提高球殼的性能。其主要技術方案是將合金按照設計要求比例配制并熔化，使加熱至澆注溫度的金屬熔體澆注于由具有垂直分型面的金屬模，以及透氣性的球形型芯構成的球殼鑄型中，在澆注過程中，關閉與壓カ氣源聯通的壓カ閥、放空閥，打開真空泵及與其相連的真空閥，經過型芯內部設置的主氣管將鋳型中的氣體抽出，使鋳型型腔內部處于負壓狀態。澆鑄完成后，當與金屬模接觸的金屬熔體凝固，并且溫度低于結晶溫度10 160度吋，關閉真空泵及與其相連接的真空閥，打開與壓力氣源相連接的壓カ閥，通過設置于型芯中的主氣管向球殼鑄坯內腔充入O. I 30MPa的壓カ空氣或者惰性氣體，球殼鑄坯在壓カ氣體的作用下繼續凝固，直至完全凝固。當球殼鑄坯的溫度進入熱塑性變形范圍時，關閉與壓カ氣源聯通的壓カ閥，打開放空閥，將球殼鑄坯內腔的壓カ降低至O. I O. 6MPa后關閉放空閥，拆除金屬模，再次打開與壓カ氣源相連接的壓カ閥，給球殼鑄坯內逐漸充入壓カ空氣或者惰性氣體，球殼鑄坯在壓カ氣體的脹形作用下直徑増大，壁厚減小，直至達到預定的形狀與尺寸。球殼鑄坯外形尺寸小于球形容器直徑的二分之一，壁厚是球形容器的三倍以上，并根據球形容器壁厚的實體體積，按照脹形前后體積相等原則確定球殼鑄坯的澆鑄體積。實現球形容器鑄脹成形的裝置是將內部設置主氣管且透氣性的球形型芯由直徑小于球形容器壁厚的多個相同長度的支柱固定在具有垂直分型面的金屬模構成的球形型腔內，該支柱所用材料與球形壓カ容器所用材料化學組成相同，在澆鑄過程中與液體金屬熔為一體；型芯內部的主氣管向上從冒ロ處穿出金屬模后與四通管件的ー個接頭相連接，四通管件的其余接頭分別與壓カ閥及壓カ氣源、真空閥及真空泵、放空閥相連接；在金屬模的內澆道傍邊設置冷卻水道，在澆注完成后，通入冷卻水，使內澆道的金屬最先凝固，以防止在氣壓作用下凝固過程中球殼鑄坯內部 未凝固的金屬從澆ロ反噴出去，造成事故。在金屬模上設置溫度傳感器，用于檢測球殼鑄坯鋳造加工過程中溫度情況。該發明的有益效果是球形容器制造エ藝簡化，質量提高，有望實現機械化生產，材料消耗下降，大幅度降低勞動強度，并提高生產效率。
圖I是球殼鑄坯鑄造示意2是球形容器脹形示意圖I.內燒道,2.冷卻水道,3.球殼鑄還,4.支柱,5.金屬模，6.型芯,7.壓カ氣源，8.壓カ閥，9.真空閥，10.真空泵，11.放空閥，12.四通，13.主氣管，14.冒ロ，15.溫度傳感器，301.球形容器
具體實施例方式將合金按照設計要求比例配制并熔化，使加熱至澆注溫度的金屬熔體澆注于由具有垂直分型面的金屬模5，以及透氣性的球形型芯6構成的球殼鑄型中，在澆注過程中，關閉與壓カ氣源7聯通的壓カ閥8、放空閥11，打開真空泵10及與其相連的真空閥9，經過型芯6內部設置的主氣管13將鑄型中的氣體抽出，使鑄型型腔內部處于負壓狀態。澆鑄完成后，當與金屬模5接觸的金屬熔體凝固，并且溫度低于結晶溫度10 160度吋，關閉真空泵10及與其相連接的真空閥9，打開與壓力氣源相7連接的壓カ閥8，通過設置于型芯6中的主氣管13向球殼鑄坯3的內腔充入O. I 30MPa的壓カ空氣或者惰性氣體，球殼鑄坯3在壓カ氣體的作用下繼續凝固，直至完全凝固。當球殼鑄坯3的溫度進入熱塑性變形范圍時，關閉與壓カ氣源7聯通的壓カ閥8，打開放空閥11，將球殼鑄坯3內腔的壓カ降低至O. I O. 6MPa后關閉放空閥11，拆除金屬模5，再次打開與壓カ氣源7相連接的壓カ閥8，給球殼鑄坯3內逐漸充入壓カ空氣或者惰性氣體，球殼鑄坯3在壓カ氣體的脹形作用下直徑増大，壁厚減小，直至達到預定的形狀與尺寸。球殼鑄坯3的外形尺寸小于球形容器301直徑的二分之一，壁厚是球形容器301的三倍以上，并根據球形容器301壁厚的實體體積，按照脹形前后體積相等原則確定球殼鑄坯的澆鑄體積。實現球形容器301鑄脹成形的裝置是將內部設置主氣管13且透氣性的球形型芯6由直徑小于球形容器301壁厚的多個相同長度的支柱4固定在具有垂直分型面的金屬模5構成的球形型腔內，該支柱4所用材料與球形容器301所用材料化學組成相同，在澆鑄過程中與液體金屬熔為一體；型芯6內部的主氣管13向上從冒ロ 14處穿出金屬模5后與管件四通12的ー個接頭相連接，管件四通12的其余接頭分別與壓カ閥8及壓カ氣源7、真空閥9及真空泵10、放空閥11相連接；在金屬模5的內澆道I傍邊設置冷卻水道2，在澆注完成后，通入冷卻水，使內澆道I處的金屬最先凝固，以防止在氣壓作用下凝固過程中球殼鑄坯3內部未凝固的金屬從澆ロ反噴出去，造成事故。在金屬模5上設置溫度傳感器，用于檢測球殼鑄坯3鋳造加工過程中溫度情況。權利要求
1.球形容器鑄脹成形的方法，將加熱至澆注溫度的金屬熔體澆注于由具有垂直分型面的金屬摸，以及透氣性的球形型芯構成的球殼鑄型中，其特征使是澆注過程中，經過型芯內部設置的主氣管將鋳型中的氣體抽出，使鋳型型腔內部處于負壓狀態，澆鑄完成后，向球殼鑄坯內腔充入O. I 30MPa的壓カ空氣或者惰性氣體，球殼鑄坯在壓カ氣體的作用下繼續凝固；當球殼鑄坯的溫度進入熱塑性變形范圍時，關閉與壓カ氣源聯通的壓カ閥，打開放空閥，將球殼鑄坯內腔的壓カ降低至O. I O. 6MPa后關閉放空閥，拆除金屬模，再次打開與壓カ氣源相連接的壓カ閥，給球殼鑄坯內逐漸充入壓カ空氣或者惰性氣體，球殼鑄坯在壓カ氣體的脹形作用下直徑増大，壁厚減小，直至達到預定的形狀與尺寸。
2.根據權利要求I所述球形容器鑄脹成形的方法，其特征是球殼鑄坯外形尺寸小于球形容器直徑的二分之一，壁厚是球形容器的三倍以上，并根據球形容器壁厚的實體體積，按照脹形前后體積相等原則確定球殼鑄坯的澆鑄體積。
3.根據權利要求I所述球形容器鑄脹成形的方法，其特征是當與金屬模接觸的金屬熔體凝固，并且溫度低于結晶溫度10 160度時，關閉真空泵及與其相連接的真空閥，打開與壓力氣源相連接的壓カ閥，通過設置于型芯中的主氣管向球殼鑄坯內腔充入O. I 30MPa的壓カ空氣或者惰性氣體。
4.根據權利要求I所述球形容器鑄脹成形的裝置，其特征是將內部設置主氣管且透氣性的球形型芯由直徑小于球形容器壁厚的多個相同長度的支柱固定在具有垂直分型面的金屬模構成的球形型腔內，該支柱所用材料與球形壓カ容器所用材料化學組成相同，在澆鑄過程中與液體金屬熔為一體。
5.根據權利要求4所述球形容器鑄脹成形的裝置，其特征是型芯內部的主氣管向上從冒ロ處穿出金屬模后與四通管件的ー個接頭相連接，四通管件的其余接頭分別與壓カ閥及壓カ氣源、真空閥及真空泵、放空閥相連接。
6.根據權利要求4所述球形容器鑄脹成形的裝置，其特征是在金屬模的內澆道傍邊設置冷卻水道，在澆注完成后，通入冷卻水，使內澆道的金屬最先凝固，以防止在氣壓作用下凝固過程中球殼鑄坯內部未凝固的金屬從澆ロ反噴出去，造成事故。
全文摘要
本發明涉及球形容器的制造方法，主要是在毛坯的真空澆鑄、加壓凝固的基礎上，利用金屬的熱塑性向澆鑄后已凝固并且處于再結晶溫度以上的球殼鑄坯腔內通入壓力氣體使其達到內壓脹形的技術，本發明屬于壓力容器制造技術領域。
文檔編號B22D18/06GK102642010SQ20121014821
公開日2012年8月22日 申請日期2012年5月14日 優先權日2012年5月14日
發明者張士璽, 翟培培, 董芳麗, 陳興松, 陳海峰, 雷靜 申請人:陜西科技大學