挑戰(zhàn)杯作品 4

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1、附作品設計、發(fā)明的目的和基本思路，創(chuàng)新點，技術關鍵和主要技術指標發(fā)明目的：一、通過制造工藝上的改進,為解決傳統(tǒng)球形壓力容器制造中工序復雜、成本高、工期長、效率低、材料利用率低、需大型沖壓設備安、安全性不高、難以實現(xiàn)自動化等問題，提出一種新的球罐制造方法---球形容器的鑄脹成形方法。以達到球罐制造的簡單化、安全化，提高球殼的性能和制造效率，降低成本，降低泄露、爆炸等不安全事故的發(fā)生而造成財產(chǎn)損失、人身傷亡。二、球形容器由于具備高的承載能力、自重小且占地面積小等優(yōu)點，應用越來越廣泛，要求能夠實現(xiàn)球罐制造的自動化、高效化，現(xiàn)在制造技術已經(jīng)逐漸不能滿足要求。三、球罐應用場合要求提高、壓力越來越大、容量

2、越來越大、使用環(huán)境惡化、對球罐使用性能和壽命有更高的要求、高溫高壓易燃易爆環(huán)境下安全可靠性要求更高，而目前制造大型球罐還存在很大的難度，材料也難以滿足要求，勢必要求新的制造工藝等方法來解決這些問題，鑄脹成形技術應運而生。基本思路：為了得到高質量的球殼，我需要用特種鑄造④----真空鑄造和壓力鑄造。為了減小鑄造模具尺寸進一步提高球殼質量，我使用了內(nèi)壓脹型的方法。于是鑄脹成形方法由此而生。鑄脹成形方法簡單的說就是：先用特種鑄造手段鑄出高質量球殼，然后在金屬熱塑性下向球殼內(nèi)通壓力氣體把球殼脹大⑩。具體操作過程是：將合金按照設計要求比例配置并融化，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

3、模與具有透氣性的球形型芯構成的澆注系統(tǒng)中。如下圖：在澆鑄過程中，關閉與壓力氣源聯(lián)通的壓力閥、放空閥，打開真空泵及其聯(lián)接的真空閥，經(jīng)過型芯內(nèi)部設置的主氣管將鑄型中的氣體抽出，使?jié)沧⑿颓粌?nèi)部處于負壓狀態(tài)。澆注完成后，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℃時，關閉真空泵及與其相連的接的真空閥，打開與壓力氣源相連接的壓力閥，通過設置于型芯中的主氣管向球殼內(nèi)充入0.1～30MPa空氣或惰性氣體，球殼在壓力氣體的作用下繼續(xù)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內(nèi)關閉與壓力氣源聯(lián)通的壓力閥，打開放空閥，將球殼鑄坯內(nèi)腔的壓力降至0.1～0.6MPa后關閉放空閥，拆除金

4、屬模，再次打開壓力氣源連接的壓力閥，給球殼鑄坯內(nèi)逐漸注入壓力空氣或惰性氣體，球殼在壓力氣體的脹型作用下直徑增大。壁厚減小，直至達到預定的形狀和尺寸。如圖：12成型球罐13鑄件毛坯最后，在球罐上開設接管孔和人孔等，取出型砂?！?chuàng)新點：一、利用了真空鑄造、壓力鑄造和無模內(nèi)壓脹形三方法的結合，集三者之長。代替了傳統(tǒng)球瓣旋壓、組對、焊接的復雜工序，不用一片一片的焊接而鑄出整體球罐。二、利用鑄造金屬液自身熱量和冷凝放熱以及高溫下金屬塑性無模內(nèi)壓脹型，環(huán)保節(jié)能，無需大型設備。技術關鍵：本作品所采用的關鍵技術有特種鑄造與內(nèi)壓脹型。真空鑄造：一、控制好型腔內(nèi)部壓力。二、支撐架大小。由于金屬液與支撐架的熱融合作

5、用而把與金屬液同種材料的支撐架融化，支撐架不宜過大和過小。支撐架過大，不能完全融化；過小，支撐架會過早融化，使型芯在型腔內(nèi)漂浮移動。壓力鑄造：一、控制好加壓的溫度。二、控制好所加壓力的大小和持壓時間。無模內(nèi)壓脹型：一、脹型溫度。二、內(nèi)壓脹型壓力大小。三、持壓時間總之，在整個過程中，嚴格控制和監(jiān)測壓力和溫度。主要技術指標：1.澆鑄前，將鑄型腔內(nèi)壓力抽到負壓。一般真空澆注在133Pa。2.澆鑄后溫度低于結晶溫度10-160℃時，充入0.1至30MPa氣體。3.鑄坯溫度進入熱塑性⑦變形范圍，將其內(nèi)腔壓力降至0.1-0.6MPa。4.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

6、，并按照脹型前后體積相等的原則確定球殼鑄坯的澆鑄體積。作品的科學性先進性（必須說明與現(xiàn)有技術相比、該作品是否具有突出的實質性技術特點和顯著進步。請?zhí)峁┘夹g性分析說明和參考文獻資料）鑄脹成型的球形容器的科學性與先進性：當前制造球罐常用的方法是：先將球形容器劃分成許多瓣片，再依球瓣的尺寸用板材下料、沖壓，每塊板料成型為球瓣的形狀，再進行組對、焊接成型。其流程圖為：下料——加熱（或不加熱）——模壓球瓣——冷?！芟铝锨衅驴凇M裝——焊接——焊后熱處——打壓試驗。然而這種方法材料利用率低、需要大型沖壓設備、組對焊接的工作量大、工序多工期長、焊縫形位精度差、焊接質量不易保證、難以實現(xiàn)自動化、成本高

7、、安全性不高。此外，爆炸法，在球內(nèi)接錐臺中心注水，在殼體中心引爆炸藥包，水中產(chǎn)生的沖擊波沖擊各錐臺的側板及上下極板，而沖擊波的能量密度與球面的距離R按平方關系衰減，沖擊波峰值壓力隨著距離的增大而減小，由此造成殼體板料質點運動速度的矢量差，從而使殼體變形，最終成形為目標球。其特點實在球形容器的成型中不需要專用模具和壓力設備，生產(chǎn)過程簡便，密閉殼內(nèi)的炸藥能量對環(huán)境不產(chǎn)生污染。并且可以改善一定的球罐焊接