CN105499494A - 铜件制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜件制造方法，包括以下步骤：（1）预铸成型：以砂模法铸造铜件的对应铸件毛胚，且使铸件毛胚设计余量为5～10%；（2）中间处理：固化冷却后，去除铸口，并对铸件毛胚表面进行喷砂处理；（3）冷挤压成型：把经过表面喷砂处理的铸件毛胚放入相匹配的挤压模具中，施压成型，切边去毛刺，即得。本发明所产铜铸件材料的利用率达到70%左右，成品率高，产品外部的粗糙度低、强度高，适用于各种复杂构型铜件的生产制造，并且生产效率高、加工工序简单、工件尺寸标准。

Description

铜件制造方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种铜件制造方法。

背景技术

铜铸件在2006年以前一直沿用普通砂型的铸造方法，然后再进行机加工，由于普通砂型存在工艺粗糙、强度低等缺陷，容易造成夹砂、涨箱等问题，所以铸件成品率不足85%，并且铸件所预留的铸口以及加工余量过大导致材料的利用率不足25%。另外此类产品有加工工艺复杂，加工难度大，加工尺寸难以控制，产品表面粗糙度高硬度低等缺点，加工成本自然较高。

2008年以后一种新的加工工艺代替原有的铸造工艺，此种工艺就是把铜材料先做成铜棒，再热挤压、冷拉成与产品外形相近的型材，然后由锯床分割成段儿，把多余部分锯掉，再经由铣床、钻床等设备加工成型。该工艺较普通铸造工艺利用率提高到了40～50%，但制成的工件外表粗糙度低、硬度高，后续加工仍然较为复杂，一些结构繁复的工件依旧无法用此工艺生产。

用于电气行业尤其是高压输电线路的铜件，要求器件表面光滑、内部致密、整体导电性能好，而现有的铜件制造工艺制造出的产品难以适应现实需要。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种铜件制造方法，先预铸成型，而后表面经喷砂处理，再冷挤压成型；本发明所产铜铸件材料的利用率达到70%左右，成品率高，产品外部的粗糙度低、强度高，适用于各种复杂构型铜件的生产制造，并且生产效率高、加工工序简单、工件尺寸标准。

为解决以上问题，本发明通过以下技术方案实现：

设计一种铜件制造方法，包括以下步骤：

（1）预铸成型：以砂模法铸造铜件的对应铸件毛胚，且使铸件毛胚设计余量为5～10%。

优选的，在步骤（1）中，先制作覆膜砂模，然后进行浇注，纯铜的浇铸温度控制在1150～1200℃，铜合金的浇铸温度控制在950～1050℃，浇铸时遵循先慢后快的流量控制原则。

更优选的，所述覆膜砂模包括一定数量的铸件型腔、铸液通道、避渣内芯和铸口通道，所述铸件型腔分布在铸液通道周围，并与铸液通道连通，所述避渣内芯分别连通所述铸液通道和铸口通道的底部，且其位置低于所述铸液通道。所述铸口通道上端位置高于所述铸件型腔；所述避渣内芯为空心型缓冲腔，其上部设有开口，可使铸液通道和铸口通道之间连通。

本发明利用液体浮力的自然规律(铜的密度大于其它杂质的密度，因此杂质在铜液中呈现漂浮状态），将砂模底部设置了避渣内芯，铜液从铸口通道浇入后需先经过避渣内芯后流入铸液通道内，进而流入铸件型腔；由于铸液通道的位置高于避渣内芯，所以避渣内芯中间从刚开始就留存有一部分铜液，当杂质流到该处的铜液中时因为铜的密度大浮力大的原因，杂质无法进入铸液通道内，也就无法流入铸件型腔内，因此能有效地避免铸件中夹渣的缺陷，也为下一步的精加工打下良好的基础。

铜液浇铸温度的合理控制是影响铸件质量的重要因素之一：如果浇铸温度过高因铜液析出大量气体及收缩增大，易导致铸件产生气孔、缩孔、表面粗糙甚至裂纹缺陷，同时缩短产品使用寿命；而浇铸温度过低则会使铸件产生冷隔、浇不满或外型轮廓不清等问题。

浇铸时对铜液流量的控制也同样重要：一般在正常浇铸过程中应遵循先慢后快的流量控制原则，也就是说在刚开始浇铸时铜液的流量小可有效避免杂质因流速过快而被铜液裹挟着带入铸液通道；如图3所示：刚开始避渣内芯内铜液量较少，所产生的浮力较小，如流量过大易将杂质冲入铸液通道，当铸口通道内铜液面慢慢高度升高到5～7厘米的高度时浇铸流量方可适当加大，虽然此时铜液流量大冲击力大，但是由于杂质的密度较小且液面较深，所产生的浮力较大，所以浇铸时大流量引起的冲击力被因此抵消，夹杂的问题也就迎刃而解了。

另外：铜液浇铸时的流量和温度在遵循以上的原则基础上还应根据铸件壁的厚薄进行适当调整，铸件壁较厚的工件在浇铸时应适当减小流量，铜液温度也应控制在比平均温度偏低的范围，原因是由于工件壁较厚，砂模型腔内铜液留存量较多，凝固时间较长，因此易造成铸件表面粗糙、有缩孔或裂纹等缺陷。相反铸件壁较薄的工件应相应加大流量，浇铸温度也应控制在平均温度偏上的范围，因为铸件壁较薄，铜液进入铸件型腔冷却较快、凝固较快，因此浇铸时流量过小、温度较低的话易造成冷隔或浇不满等缺陷，直接导致成品率下降。

（2）中间处理：固化冷却后，去除铸口，并对铸件毛胚表面进行喷砂处理。

覆膜砂具备型模强度高并且浇铸高度高的特点，因此当浇铸时型腔内铜液的压强也较高，当具备以上条件时，我们设计的铸口要比普通砂型的铸口小38～45%，这样即提高了材料利用率也有利于铸件铸口的去除。我们可以直接把工件从铸口上掰下来，同时避免了切割铸口造成的材料浪费也降低了劳动强度。

由于铜液温度在1000摄氏度以上且又在常规大气环境中进行浇铸，铸件表面易产生氧化层，因此铸件需要进行表面喷砂处理，外型较小的工件可采用自动滚动喷砂，较大的工件为避免滚动中相互磕碰可采用手工喷砂。

（3）冷挤压成型：把经过表面喷砂处理的铸件毛胚放入相匹配的挤压模具中，施压成型，切边去毛刺，即得。

如所述铸件毛胚带有通孔或空腔，则先放入相匹配的硬质金属模芯后，再放入挤压模具中施压成型。在所述挤压模具结合部所设的对应余料槽的空间体积是常规挤压模具的余料槽的0.05～0.08倍。

本发明铸造预成型冷挤压过程中的铸件毛胚设计余量（废料）为5～10%，而普通挤压成型的设计余量在30%左右。

由于纯铜的物理性质较软，具有良好的延展性和塑性，易于挤压成型，并且我们根据工件的外型结构用覆膜砂先铸造预成型，然后再进行挤压加工，此工艺即提高了材料利用率也提高了工件的硬度同时也更易塑型。

与现有技术相比，本发明具有以下积极有益效果：

（1）本发明可有效提高铜材料的利用率，减少回料再加工，从而也降低了环境污染。

（2）本发明可减少加工环节，降低了产品的加工难度，同时也提高了生产效率，降低能耗。

（3）本发明可提高产品的内在品质（增加铜件致密度，提高强度），减小产品外形尺寸误差，提高了成品率。

（4）本发明采用表面喷砂工艺去除了表皮氧化层，从而达到了后续冷挤压的技术要求。采用冷挤压成型，外表粗糙度比机加工配件表面粗糙度低，可塑性强。

附图说明

图1为现有技术砂模铸造工艺中砂模结构示意图；

图2为本发明所用覆膜砂模结构示意图；

图3为本发明所用覆膜砂模的避渣内芯工作原理图；

图中1为铸件型腔，2为铸液通道，3为避渣内芯，4为铸口通道，箭头为铜液流向，颗粒状物为铜液杂质。

图4为实施例1刀座毛胚正面视图；

图5为实施例1刀座毛胚侧面视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种铜件制造方法，包括以下步骤（以ZW32真空断路器所配隔离刀座为例）：

（1）覆膜砂预成型

制作覆膜砂模，参见图2至图5，包括若干铸件型腔、两个铸液通道、一个避渣内芯和一个铸口通道，铸件毛胚设计余量为8%；两个铸液通道分布于铸口通道的两侧，并且三者下端通过避渣内芯连通；所述铸件型腔又分布在铸液通道周围，并与铸液通道连通；所述避渣内芯位置低于所述铸液通道；所述铸口通道上端位置高于所述铸件型腔；

然后进行浇注，纯铜的浇铸温度为1180℃，铜合金的浇铸温度为1000℃，浇铸时应遵循先慢后快的流量控制规则；

（2）中间处理

固化冷却后，去除铸口，并对铸件毛坯表面进行喷砂处理，得如图4、5所示刀座毛胚；

（3）冷挤压成型

把经过表面喷砂处理的刀座毛胚先放入直径18mm的硬金属内芯，然后把含有内芯的刀座胚料放入挤压模具中（在所述挤压模具结合部所设的对应余料槽的空间体积是常规挤压模具的余料槽的0.05～0.08倍），压力机用400T左右的力量进行挤压，在压力机保压2秒钟后上压模自动打开，压力机下缸顶出成型工件，最后把硬合金内芯压出即可完成挤压工作。当刀座铸胚挤压成型之后，我们根据该工件的外型结构做出了于刀座外型轮廓相匹配的切边模，只要把挤压成型的刀座放入切边模内，然后利用冲床或压力机把余料切掉就完成了加工工作。

挤压原理：先以挤压前和挤压后工件的尺寸变化进行说明，如图4、5所示：挤压前刀座毛胚A\B\C三处尺寸大于成品件三处的尺寸，此种设计是为让刀座胚料在挤压模腔内产生横向的变形量，从而使刀座外型轮廓饱满表面光滑。D\G两处的外型尺寸又小于成品件的尺寸，这样一则可以把刀座胚料轻松放入挤压模腔，在就是同样具备增大变形量的目的。图中F处直径19mm的圆孔大于成品件该处直径18的孔更是本发明优势的明显体现，刀座铸胚孔大可以把硬质金属模芯轻松放入，经挤压后可达到标准直径18mm的尺寸。另外，挤压模具的余料槽的设计尺寸要小于普通挤压模具，余料槽的空间只是普通挤压模的余料槽空间的十五分之一，因为本例中的刀座挤压材料是预先铸成的，预留的余料极小，如余料槽的空间太大则直接导致工件轮廓压不满，而余料槽空间小即可节省材料亦可增加挤压时的反作用力，使刀座整体结构轮廓饱满、表面粗糙度低、材料硬度强，从而达到了低成本高质量的电力配件的技术要求。

实施例2

一种铜件制造方法，除下述外，与实施例1基本相同：

制作覆膜砂模，包括若干铸件型腔、一个铸液通道、一个避渣内芯和一个铸口通道；铸液通道和铸口通道竖直设置，并且二者下端通过避渣内芯连通；所述铸件型腔又分布在铸液通道周围，并与铸液通道连通；所述避渣内芯位置低于所述铸液通道；所述铸口通道上端位置高于所述铸件型腔。

Claims (7)

1.一种铜件制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）预铸成型：以砂模法铸造铜件的对应铸件毛胚，且使铸件毛胚设计余量为5～10%；

（2）中间处理：固化冷却后，去除铸口，并对铸件毛胚表面进行喷砂处理；

（3）冷挤压成型：把经过表面喷砂处理的铸件毛胚放入相匹配的挤压模具中，施压成型，切边去毛刺，即得。

2.根据权利要求1所述的铜件制造方法，其特征在于：在所述步骤（3）中，如所述铸件毛胚带有通孔或空腔，则先放入相匹配的硬质金属模芯后，再放入挤压模具中施压成型。

3.根据权利要求1所述的铜件制造方法，其特征在于：在所述挤压模具结合部所设的对应余料槽的空间体积是常规挤压模具的余料槽的0.05～0.08倍。

4.根据权利要求1所述的铜件制造方法，其特征在于：在所述步骤（1）中，先制作覆膜砂模，然后进行浇注，纯铜的浇铸温度控制在1150～1200℃，铜合金的浇铸温度控制在950～1050℃，浇铸时遵循先慢后快的流量控制原则。

5.根据权利要求4所述的铜件制造方法，其特征在于：所述流量控制原则为：在刚开始浇铸时铜液的流量控制上限是使铜液中的杂质能上浮而不被铜液裹挟着带入铸液通道为准；当铸口通道内铜液面高度升到5～7厘米时，铜液浇铸流量增大，且流速控制以铸件型腔内不产生冷隔或浇不满为准。

6.根据权利要求4所述的铜件制造方法，其特征在于：所述覆膜砂模包括一定数量的铸件型腔、铸液通道、避渣内芯和铸口通道，所述铸件型腔分布在铸液通道周围，并与铸液通道连通，所述避渣内芯分别连通所述铸液通道和铸口通道的底部，且其位置低于所述铸液通道。

7.根据权利要求6所述的铜件制造方法，其特征在于：所述铸口通道上端位置高于所述铸件型腔；所述避渣内芯为空心型缓冲腔，其上部设有开口，可使铸液通道和铸口通道之间连通。