制备可水降解铝合金用双金属水冷铸造模具的制作方法

本发明涉及铸造模具技术，特别是涉及制备可水降解铝合金用双金属水冷铸造模具技术。

背景技术：

随着油田开采技术的日益进步，压裂技术得到了越来越多的应用。在传统压裂工艺中，投球滑套所使用的密封球有钢球和复合球两种。在压裂过程中，往往会发生球座卡球引起压裂液和油气流不畅的现象。为解决这一难题，研制出了可水降解的高强度铝合金材料。由于油田压裂技术对此种材料有特殊要求，如高强度、易水解、水解速率与水温相关等特性。因此，可水降解高强度铝合金材料的熔炼制备成为油田压裂技术工程化的关键问题。基于此，开发一种用于可水降解铝合金材料的铸造模具就显得尤为重要和紧迫。

经查阅文献，中国专利号CN 103143679A，一种制备超磁致伸缩合金圆盘的强冷铸造铜模具。这种模具结构包括端盖和底模，底模外圈设有环形凹槽，凹槽内放置Ga-In-Sn合金冷却液，端盖卡在底模上可更换，能够实现两种浇铸方式的冷却，即坩埚浇铸和石英管浇铸。但此种模具的缺陷在于冷却液是静置于凹槽内的，不适用于工业化生产中的连续浇铸，因不能及时带走热量，以至其冷却效果不佳，同时这种特制冷却液的成本高，无法适用大规模批量化的生产。

进一步检索文献发现，中国专利号CN 201644708U，一种用于含Ti的Sn基合金熔炼的浇注模具。这种模具结构包括水冷铜模主体和水冷铜模底座，水冷铜模主体上端放置石墨浇注冒口，主体内底面和下端内壁分别设有石墨垫圈和石墨环，水冷铜模主体的下端和上端分别设置进水口和出水口，与水冷空腔形成循环水路，提高了模具的冷却能力。但循环水路对结构的密封性要求很高，同时由于冷却系统水流量不可控，使金属液的冷却速度不可控，以致铸件内部组织和外观形貌不能满足使用要求。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种制备可水降解铝合金用双金属水冷铸造模具。

本发明是制备可水降解铝合金用双金属水冷铸造模具，包括内铸模型腔4、铸模外金属3、进水流量调节阀5和出水流量调节阀6，金属环2通过焊接或过盈配合与内铸模型腔4、铸模外金属3实现密封连接构成环形水冷腔体1；在铸模外金属3的上端和铸模外金属3的下端分别设有与环形水冷腔体1连通的出水流量调节阀6和进水流量调节阀5，水流速和水流量能够通过进水流量调节阀5、出水流量调节阀6控制，内铸模型腔4上开设一上端铸模倒角α，内铸模型腔4相对于垂直面向外有一倾斜角β。

本发明的有益效果是：本发明针对油田压裂过程的压裂球用可水降解铝合金材料，采用双金属解决水冷模具中循环水路的密封连接问题，同时实现对铸件冷却速度的可控，优化铸件微观组织以得到良好力学性能的铸件，并减少铸件凝固过程受铸模型腔阻碍而产生的内应力导致的铸造裂纹，提高铸件表面质量并延长模具使用寿命。且该发明使铸件脱模容易缩短铸造周期，降低制造成本并提高生产效率。

附图说明

图1是本发明制备可水降解铝合金用双金属水冷铸造模具的主体剖视图，图2是俯视图；图3为压裂球在50℃水中的溶解曲线，附图标记及对应名称为：环形水冷腔体1，金属环2，铸模外金属3，内铸模型腔4，进水流量调节阀5，出水流量调节阀6，上端铸模倒角α，倾斜角β。

具体实施方式

如图1、图2所示，本发明是制备可水降解铝合金用双金属水冷铸造模具，包括内铸模型腔4、铸模外金属3、进水流量调节阀5和出水流量调节阀6，金属环2通过焊接或过盈配合与内铸模型腔4、铸模外金属3实现密封连接构成环形水冷腔体1；在铸模外金属3的上端和铸模外金属3的下端分别设有与环形水冷腔体1连通的出水流量调节阀6和进水流量调节阀5，水流速和水流量能够通过进水流量调节阀5、出水流量调节阀6控制，内铸模型腔4上开设一上端铸模倒角α，内铸模型腔4相对于垂直面向外有一倾斜角β。

如图1所示，内铸模型腔4为上大下小的圆锥台形且相对于垂直面向外的倾斜角β为1°～3°。

如图1所示，内铸模型腔4的上端铸模倒角α为25°～35°。

金属环2的材料为紫铜或黄铜，内铸模型腔4和铸模外金属3的材料为不锈钢，或者碳素钢，或者合金钢。

实施例1：制备可水降解铝合金用双金属水冷铸造模具，其结构包括：内铸模型腔4、铸模外金属3、环形水冷腔体1、连接部位的金属环2、进水流量调节阀5和出水流量调节阀6。工作时，将模具放置在金属铁块（厚度大于10mm）垫片上，并固定好，在进水口和出水口上连接管道，与自来水接通，其次将熔化好的金属液体浇注于内铸模型腔4内，浇注的同时根据铸件结晶所要求的最佳冷却速度来调节阀门5、6的档位，控制水流速和水流量，从而来调节冷却速度，以达到最佳结晶温度要求，获得组织细小和性能良好的铸件。浇铸完毕后，将模具倒置，铸件会在自重的作用下脱模，不会出现粘壁等现象，铸件表面光滑，且由于冷却系统的存在，铸件温度快速达到室温，避免了烫伤。现以某成分可水降解铝合金材料为例，重复上述步骤，调节阀门档位，经多次实验验证，当水速达到1.0～1.3m/s，水流量达到10～13L/s时，得到的铸件组织和性能最佳。

实施例2：根据说明书对本发明形状、材质及细节等方面的描述，制造出符合要求、具有一定尺寸的双金属水冷铸造模具。其具体尺寸为：模具高度H=330mm，模具外径D=140mm，圆锥台上端内径d1=100mm，圆锥台下端内径d1=90mm，圆锥台倾角β=1°。

实施例3：根据说明书对本发明形状、材质及细节等方面的描述，制造出符合要求、具有一定尺寸的双金属水冷铸造模具。其具体尺寸为：模具高度H=330mm，模具外径D=140mm，圆锥台上端内径d1=59.34mm，圆锥台下端内径d1=49.18mm，圆锥台倾角β=2°。

实施例4：本发明制备的可水降解铝合金材料要求具有高强度、易水解、同时水解速率与水温有关等特性。重复实施例1的过程，将铝、镁、镓、锡等元素按一定比例混合，并在熔炼过程中按重量比加入一定量的稀土元素和铝合金晶粒细化剂，浇注时水速控制为1.1m/s，水流量为11L/s时，得到的可水降解铝合金材料，将其加工成直径为45mm的压裂球。测量水温为50℃时该压裂球在水中的降解速率，如图3所示。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。