CN111112576A - 一种制造铍青铜防爆锤的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造铍青铜防爆锤的方法，其利用金属铸型成型，所述金属柱形包括水平分型的上半型和下半型；所述上半型上设置有上铸型半腔，所述下半型上对应设置有与上铸型半腔对应的下铸型半腔，所述上铸型半腔的顶面中心设置有上半芯，所述下铸型半腔的底面中心设置有下半芯；所述防爆锤头型腔的外侧位于上半型和下半型的分型面上设置有排气道；所述上半型上设置有上压头；所述下半型的中心设置有储料腔，所述储料腔的底部设置有下压头；所述储料腔与下铸型半腔之间设置有流道。本发明还涉及利用上述金属铸型制造铍青铜防爆锤的方法，以解决现有铸造技术生产铍青铜防爆锤头存在的密度低、组织粗大、使用中易蹦块的问题。

Description

一种制造铍青铜防爆锤的方法
技术领域
本发明涉及防爆工具的制造领域，具体涉及一种制造铍青铜防爆锤的方法。
背景技术
铍青铜防爆锤是一种用于易燃易爆特殊场合下的安全工具，其锤头在冲击时不产生火花，且铍青铜防爆锤头在有磁场的场所下具有防磁性能，目前被认为是较为理想的防爆工具。
铍青铜防爆锤头的传统制造方法有铸造、锻造、铸锻结合三类，其中铍青铜防爆锤头的铸造是利用砂型在重力条件下浇注和凝固成型，普遍存在致密度低、表面粗糙、尺寸波动大的问题。铍青铜防爆锤头的锻造方法是使棒料在锻造温度范围内塑性变形，获得防爆锤头毛坯，这种方法需要工艺流程长，需要的设备吨位大，且因材料塑性的限制，锻造成型中容易出现裂纹导致废品率高。铍青铜防爆锤头铸锻结合制造方法是利用砂型铸造方法首先制备出形状接近的毛坯，然后利用模锻机进行模锻成型，这种方法所得防爆锤头的密度比铸造防爆锤头高，但因铸造毛坯的组织粗大，在随后的模锻和切边时容易出现裂纹，导致废品率也较高。
洪慎章在论文《挤压铸造在防爆手工工具中的应用》中设计了一种铍青铜防爆八角锤挤压铸造模具，虽然给出了铍青铜的化学成分（含铍1.9-2.2%，镍0.2-0.5%）和挤压铸造的特征工艺参数为比压150MPa，浇注温度1100-1140℃，保压时间10s，模具预热温度250-350℃，但其采用凹凸模直接加压，这种异形的凹凸模之间配合关系在工作时极易形成过盈，摩擦力巨大，显著降低了作用在金属上的有效压力，而且进行浮动加压的模具弹簧在高温下工作可靠性低，无法得到致密完整的防爆锤。
发明内容
本发明的目的是提供一种制造铍青铜防爆锤的金属铸型和铍青铜防爆锤头的制造方法，以解决现有铸造技术生产铍青铜防爆锤头存在的密度低、组织粗大、使用中易蹦块的问题，同时解决现有锻造或铸锻结合技术生产的铍青铜防爆锤头容易开裂导致废品率高的问题。
本发明采用如下技术方案：
一种制造铍青铜防爆锤的方法，其利用金属铸型成型。
所述金属铸型包括水平分型的上半型和下半型；所述上半型上设置有上铸型半腔，所述下半型上对应设置有与上铸型半腔对应的下铸型半腔，所述上铸型半腔和下铸型半腔闭合后形成防爆锤头型腔；所述上铸型半腔的顶面中心设置有上半芯，所述下铸型半腔的底面中心设置有下半芯，所述上半芯与下半芯为锥台形且锥顶相对合形成锤眼芯；所述防爆锤头型腔的外侧位于上半型和下半型的分型面上设置有排气道；所述上半型上设置有上压头，所述上压头与上铸型半腔连通；所述下半型的中心设置有储料腔，所述储料腔的底部设置有下压头；所述储料腔与下铸型半腔之间设置有流道。
其包括如下步骤：
（a）熔炼处理铍青铜合金，得到铍青铜合金液；
（b）合模锁模：将铍青铜合金液浇入下半型的储料腔内2~5秒的时间内，将上半型与下半型闭合并加压锁紧，所加压力（N）≥防爆锤头型腔水平投影总面积（mm2）×（100~170）（MPa）；
（c）加压凝固：锁模压力加到设定值后1~3秒时间内，利用下压头推动储料腔中的铍青铜合金液，使合金液通过流道进入防爆锤头型腔，增大压力使铍青铜合金液内部压力达到100~170MPa，保持压力1~10s后，利用上压头对铍青铜合金液施加向下的压力，使上压头下方局部形成100~200MPa的高压进行补缩，当上压头底面与防爆锤头型腔顶面平齐时静止保压，直至铍青铜合金液全部凝固，得到带有浇道和料饼的铍青铜防爆锤头毛坯；
（d）切断余料：下压头继续向上运动使浇道和料饼与铍青铜防爆锤头毛坯分离，顶出浇道和料饼及铍青铜防爆锤头毛坯；
（e）光整与热处理：对铍青铜防爆锤头毛坯进行热处理，光整打磨，得到铍青铜防爆锤头。
方法中，所述铍青铜合金包括如下质量百分比的组分：Be 1.8~2.2%以及余量的Cu。
方法中，所述步骤（a）的熔炼温度1200~1400℃。优选为1300℃。
方法中，所述步骤（b）中浇注温度960-1098℃，优选为1065℃
方法中，所述步骤（b）中加压锁紧压力（N）≥防爆锤头型腔水平投影总面积（mm2）×170（MPa）。
方法中，所述步骤（c）中防爆锤头型腔内铍青铜合金液内部压力为170MPa。
方法中，所述上半芯比下半芯短3~5mm。
方法中，所述排气道有若干个且均匀设置在防爆锤头型腔的外侧。
方法中，每个所述防爆锤头型腔连接两个流道，两个所述流道分别设置在锤眼芯的两侧。
方法中，每个所述上铸型半腔位于上半芯的两侧对称设置有上压头。
方法中，所述防爆锤头型腔的数量为4~12个且以储料腔为中心呈中心对称。
本发明的有益效果在于：
（1）在高压下成型，锤头的致密度高、晶粒均匀细小，密度可提高至8.76g/cm3，同时避免了铸造中常见的缩孔和疏松缺陷；
（2）液态铍青铜金属直接在型腔内凝固成型，没有过大的塑性变形，所以无开裂缺陷；
（3）锤眼芯的上半芯和下半芯斜度方向相反，对接后形成的锤眼中部截面最小，可以防止锤柄脱落；上半芯比下半芯短3-5mm，确保开模时工件留在下模，便于出件；
（4）金属铸型成型，成型毛坯的表面光洁度高、尺寸精度高；
（5）上压头和下压头均为圆柱形，与过孔之间的配合间隙容易控制均匀，不会出现过盈配合，因而加在金属液的有效压力高；
（6）一模多腔，间接加压充型、直接加压补缩，对锤头的形状复杂程度适应性强，生产效率高，适用范围广；
（7）不需要切削加工，材料利用率高；
（8）工艺余料少。工艺出品率高达80%以上。
附图说明
图1为本发明的金属铸型的剖面结构示意图。
图2为下半型结构示意图。
图3为铍青铜防爆锤头结构示意图。
其中，1上半型、2下半型、3上铸型半腔、4下铸型半腔、5上半芯、6下半芯、7分型面、8排气道、9上压头、10储料腔、11下压头、12流道、13顶杆、14锤眼。
具体实施方式
下面结合本发明的几个具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
实施例1
一种制造铍青铜防爆锤的金属铸型，其包括水平分型的上半型1和下半型2；所述上半型1上设置有上铸型半腔3，所述下半型2上对应设置有与上铸型半腔3对应的下铸型半腔4，所述上铸型半腔3和下铸型半腔4闭合后形成防爆锤头型腔。
所述金属铸型采用热作磨具钢制成，水平分型，上半型与下半型分型面位于铍青铜防爆锤头的水平中心面。
所述上铸型半腔3的顶面中心设置有上半芯5，所述下铸型半腔4的底面中心设置有下半芯6，所述上半芯5与下半芯6为锥台形且锥顶相对合形成锤眼芯。所述上半芯5比下半芯6短3~5mm。所述上半芯和下半芯采用H13钢制成，上半芯与下半芯的斜度方向相反，两者对接后形成中部截面最小、两端截面大的锤眼，以防锤柄松动脱落。
所述下铸型半腔的底部设置有顶杆13，所述顶杆13对称设置在下半芯的两侧且与顶出装置连接，顶出装置可以选用液压缸，当铸型结束需要顶出毛坯时，液压缸带动顶杆向上移动，将毛坯从防爆锤头型腔内顶出。
所述防爆锤头型腔的外侧位于上半型1和下半型2的分型面7上设置有排气道8。所述排气道8有若干个且均匀设置在防爆锤头型腔的外侧。
所述上半型1上设置有上压头9，所述上压头9与上铸型半腔3连通；所述下半型2的中心设置有储料腔10，所述储料腔10的底部设置有下压头11；所述储料腔10与下铸型半腔4之间设置有流道12。每个所述防爆锤头型腔连接两个流道12，两个所述流道12分别设置在锤眼芯的两侧。下压头可在储料腔底部上下移动，从而改变储料腔的容积以提供压力，金属铸型采用下压头加压间接充型，上下压头对压补缩凝固。
金属铸型中，每个所述上铸型半腔3位于上半芯5的两侧对称设置有上压头9。所述防爆锤头型腔的数量为4~12个且以储料腔10为中心呈中心对称。
上压头为圆柱形，直径16.0mm，长度50.0mm，上铸型半腔上设置有通孔，上压头穿置在通孔内，上压头被上液压机带动，在通孔内上下移动并对铍青铜合金液施加向下的压力。
下压头为圆柱形，直径139.0mm，长度为100.0mm，其设置在储料腔的底端，可直接作为储料腔的底面，在液压机的带动下，下压头可上下移动以改变储料腔的大小，将合金液由储料腔压入防爆锤头型腔内，同时提供压力。
实施例2
一种利用实施例1中的金属铸型制造铍青铜防爆锤的方法，其包括如下步骤：
（1）熔炼处理铍青铜合金，得到铍青铜合金液；所述铍青铜合金包括如下质量百分比的组分：Be 1.80%以及余量的Cu，不含Ni；熔炼温度1200℃。
（2）合模锁模：将铍青铜合金液在重力浇入下半型的储料腔内2~5秒的时间内，将上半型与下半型闭合并加压锁紧，浇注温度为1200℃。所加压力（N）≥整个型腔水平投影面积（mm2）×100（MPa）；加压锁紧合模是利用加压设备直接将上下型压紧。所述加压设备为液压机，主缸公称力为6000 kN，上挤压缸3500kN，下挤压缸3500kN。
（3）加压凝固：锁模压力加到设定值后1~3秒时间内，利用下压头推动储料腔中的铍青铜合金液，使合金液通过流道进入防爆锤头型腔，增大压力使铍青铜合金液内部压力达到100MPa，保持压力1~5s后，利用上压头对铍青铜合金液施加向下的压力，使上压头下方局部形成100MPa的高压进行补缩，当上压头底面与防爆锤头型腔顶面平齐时静止保压，直至铍青铜合金液全部凝固，得到带有浇道和料饼的铍青铜防爆锤头毛坯。
（4）切断余料：下压头和顶杆同时向上运动顶出带有浇道和料饼的铍青铜防爆锤头毛坯，转移到冲切工部，利用冲床使浇道和料饼与铍青铜防爆锤头毛坯分离，对铍青铜防爆锤头毛坯进行热处理。
（5）光整与热处理：对铝青铜防爆锤头毛坯进行热处理，光整打磨，得到铍青铜防爆锤头。
实施例3
一种利用实施例1中的金属铸型制造铍青铜防爆锤的方法，其包括如下步骤：
（1）熔炼处理铍青铜合金，得到铍青铜合金液；所述铍青铜合金包括如下质量百分比的组分：Be 2.00%以及余量的Cu，不含Ni；熔炼温度1300℃。
（2）合模锁模：将铍青铜合金液在重力浇入下半型的储料腔内2~5秒的时间内，将上半型与下半型闭合并加压锁紧，浇注温度为1200℃。所加压力（N）≥整个型腔水平投影面积（mm2）×160（MPa）。
（3）加压凝固：锁模压力加到设定值后1~3秒时间内，利用下压头推动储料腔中的铍青铜合金液，使合金液通过流道进入防爆锤头型腔，增大压力使铍青铜合金液内部压力达到160MPa，保持压力1~10s后，利用上压头对铍青铜合金液施加向下的压力，使上压头下方局部形成200MPa的高压进行补缩，当上压头底面与防爆锤头型腔顶面平齐时静止保压，直至铍青铜合金液全部凝固，得到带有浇道和料饼的铍青铜防爆锤头毛坯。
（4）切断余料：下压头和顶杆同时向上运动顶出带有浇道和料饼的铍青铜防爆锤头毛坯，转移到冲切工部，利用冲床使浇道和料饼与铍青铜防爆锤头毛坯分离，对铍青铜防爆锤头毛坯进行热处理。
（5）光整与热处理：对铝青铜防爆锤头毛坯进行热处理，光整打磨，得到铍青铜防爆锤头。
实施例4
一种利用上述金属铸型制造铍青铜防爆锤的方法，其包括如下步骤：
（1）熔炼处理铍青铜合金，得到铍青铜合金液；所述铍青铜合金包括如下质量百分比的组分：Be 2.20%以及余量的Cu，不含Ni；熔炼温度1400℃。
（2）合模锁模：将铍青铜合金液在重力浇入下半型的储料腔内2~5秒的时间内，将上半型与下半型闭合并加压锁紧，浇注温度为1200℃。所加压力（N）≥整个型腔水平投影面积（mm2）×170（MPa）。
（3）加压凝固：锁模压力加到设定值后1~3秒时间内，利用下压头推动储料腔中的铍青铜合金液，使合金液通过流道进入防爆锤头型腔，增大压力使铍青铜合金液内部压力达到170MPa，保持压力1~10s后，利用上压头对铍青铜合金液施加向下的压力，使上压头下方局部形成170MPa的高压进行补缩，当上压头底面与防爆锤头型腔顶面平齐时静止保压，直至铍青铜合金液全部凝固，得到带有浇道和料饼的铍青铜防爆锤头毛坯。
（4）切断余料：下压头和顶杆同时向上运动顶出带有浇道和料饼的铍青铜防爆锤头毛坯，转移到冲切工部，利用冲床使浇道和料饼与铍青铜防爆锤头毛坯分离，对铍青铜防爆锤头毛坯进行热处理。
（5）光整与热处理：对铝青铜防爆锤头毛坯进行热处理，光整打磨，得到铍青铜防爆锤头。
效果例
对实施例2~4所制得的铍青铜防爆锤头进行性能测试，结果如下表1所示。
表1 性能测试结果
Figure 7778DEST_PATH_IMAGE001
。
实施例2中，在保压压力100MPa和补缩压力100MPa下，成型件的晶粒得以细化，致密度提高，从而使硬度和抗拉强度相应上升；由于没有铸造冒口且流道结构紧凑，加工余料少，工艺出品率高，可达80%以上。
实施例3中，保压压力为160MPa，补缩压力为200MPa，压力进一步提高，成型件晶粒细化、结构致密，使硬度和抗拉强度提高。
实施例4中，Be的含量2.20%，较高的Be含量使材料的硬度上升，同时在较高的保压压力170MPa和补缩压力170MPa下，材料晶粒细化，产品的硬度、抗拉强度及密度得以提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种制造铍青铜防爆锤的方法，其特征在于，其利用金属铸型成型；
所述金属铸型包括水平分型的上半型（1）和下半型（2）；所述上半型（1）上设置有上铸型半腔（3），所述下半型（2）上对应设置有与上铸型半腔（3）对应的下铸型半腔（4），所述上铸型半腔（3）和下铸型半腔（4）闭合后形成防爆锤头型腔；所述上铸型半腔（3）的顶面中心设置有上半芯（5），所述下铸型半腔（4）的底面中心设置有下半芯（6），所述上半芯（5）与下半芯（6）为锥台形且锥顶相对合形成锤眼芯；所述防爆锤头型腔的外侧位于上半型（1）和下半型（2）的分型面（7）上设置有排气道（8）；所述上半型（1）上设置有上压头（9），所述上压头（9）与上铸型半腔（3）连通；所述下半型（2）的中心设置有储料腔（10），所述储料腔（10）的底部设置有下压头（11）；所述储料腔（10）与下铸型半腔（4）之间设置有流道（12）；
其包括如下步骤：
（a）熔炼处理铍青铜合金，得到铍青铜合金液；
（b）合模锁模：将铍青铜合金液浇入下半型的储料腔内2~5秒的时间内，将上半型与下半型闭合并加压锁紧，所加压力（N）≥防爆锤头型腔水平投影总面积（mm2）×（100~170）（MPa）；
（c）加压凝固：锁模压力加到设定值后1~3秒时间内，利用下压头推动储料腔中的铍青铜合金液，使合金液通过流道进入防爆锤头型腔，增大压力使铍青铜合金液内部压力达到100~170MPa，保持压力1~10s后，利用上压头对铍青铜合金液施加向下的压力，使上压头下方局部形成100~200MPa的高压进行补缩，当上压头底面与防爆锤头型腔顶面平齐时静止保压，直至铍青铜合金液全部凝固，得到带有浇道和料饼的铍青铜防爆锤头毛坯；
（d）切断余料：下压头继续向上运动使浇道和料饼与铍青铜防爆锤头毛坯分离，顶出浇道和料饼及铍青铜防爆锤头毛坯；
（e）光整与热处理：对铍青铜防爆锤头毛坯进行热处理，光整打磨，得到铍青铜防爆锤头。
2.根据权利要求1所述的制造铍青铜防爆锤的方法，其特征在于，所述铍青铜合金包括如下质量百分比的组分：Be 1.8~2.2%以及余量的Cu。
3.根据权利要求1所述的制造铍青铜防爆锤的方法，其特征在于，所述步骤（a）的熔炼温度1200~1400℃。
4.根据权利要求1所述的制造铍青铜防爆锤的方法，其特征在于，所述上半芯（5）比下半芯（6）短3~5mm。
5.根据权利要求1所述的制造铍青铜防爆锤的方法，其特征在于，所述排气道（8）有若干个且均匀设置在防爆锤头型腔的外侧。
6.根据权利要求1所述的制造铍青铜防爆锤的方法，其特征在于，每个所述防爆锤头型腔连接两个流道（12），两个所述流道（12）分别设置在锤眼芯的两侧。
7.根据权利要求1所述的制造铍青铜防爆锤的方法，其特征在于，每个所述上铸型半腔（3）位于上半芯（5）的两侧对称设置有上压头（9）。
8.根据权利要求1所述的制造铍青铜防爆锤的方法，其特征在于，所述防爆锤头型腔的数量为4~12个且以储料腔（10）为中心呈中心对称。
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