模具和在浇铸时将刀片可移动保持到模具的方法与流程

本发明涉及了一种模具和浇铸方法。具体来说，本发明涉及一种用于铸造具有刀片的部件的模具，其中模具允许刀片在浇铸工艺期间的相对移动。本发明还涉及适用于气体绝缘开关装置(GIS)的绝缘体的领域。

背景技术：

高压电力系统中提供开关装置以使得下游设备能够被断电和隔离，以便允许例如维修、维护或安装新的部件。气体绝缘开关装置(GIS)一般优于其他类型的开关装置，因为它们能够安全处置大电流和功率水平，同时占据显著较小的体积。

GIS中的电导体行进穿过充满气体，典型地是SF6气体的管状隔室(tubular compartments)。电导体的个别部段由绝缘体以不同间隔支撑在管状隔室内。用于GIS的绝缘体常常采取与管状隔室对应的环氧树脂盘的形式，其中一个或三个金属刀片(metallic inserts)(在适当时，对应于单相或三相电力)从导体连接到的盘的两侧轴向突出。绝缘体用于使导体与管状隔室的周壁隔绝，并也彼此隔绝。偶尔地，这些绝缘体同时用于密封GIS的相邻充气隔室之间的屏障。在绝缘体用作密封屏障绝缘体(barrier insulator)的情况下，它们需要满足严格要求，诸如能够承受例行压力测试、爆破测试、以及能够延长GIS的使用寿命。

此类GIS绝缘体通常通过灌入浇铸(injection moulding)来制造，其中在铸造之前导电刀片预先放置在模具中。为确保刀片维持其位置，在整个浇铸工艺中，刀片相对于模具保持固定。

然而，在浇铸工艺的冷却阶段期间，热膨胀系数的差异导致环氧树脂比金属刀片和模具收缩得更多。相对于模具固定的金属刀片并不能屈服于由环氧树脂朝向模具中心径向收缩带来的拉力。这使金属刀片与环氧树脂的界面处产生应力，这又导致此界面处存在不良粘附和缺陷，诸如微型空隙。由两者之间的收缩差异带来的不良粘附可能导致故障。

为克服此问题，已经尝试在浇铸工艺期间将刀片和模具加热，以便控制它们在冷却阶段期间的收缩，由此在环氧树脂与金属刀片之间实现更好粘附。此方法虽然取得了一定成功，但是已经证明不足以可靠地解决问题。

因此，明显需要不具有现有技术的缺陷并且具有优异的机械完整性的GIS绝缘体。同样需要生产可适应或克服在制造工艺期间的收缩的影响的这种绝缘体的更好手段。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于用一个或多个刀片浇铸部件的模具，所述模具包括：

模具主体，所述模具主体用于部分地限定所述部件的形状，以及

至少一个刀片保持器，所述至少一个刀片保持器用于将刀片保持在所述模具主体内，其特征在于，每个刀片保持器被可移动地支撑以使得其可相对于所述模具主体而沿着所述部件的收缩方向移动，并且在于，所述模具还包括偏置装置以将每个刀片保持器偏置到相对于所述模具主体的第一位置。

本发明还提供一种浇铸具有一个或多个刀片的部件而同时适应所述部件在浇铸工艺期间的收缩的方法，所述方法包括：

提供具有模具主体和至少一个刀片保持器的模具，

将刀片提供到每个刀片保持器并使用其相应的刀片保持器来保持所述刀片，

将浇铸材料提供到所述模具主体内，其特征在于，所述方法还包括：

相对于所述模具主体可移动地支撑每个刀片保持器，将每个刀片保持器偏置到相对于所述模具主体的第一位置，以及

允许每个刀片保持器在冷却阶段期间被所述刀片在收缩方向上牵拉到第二位置。

本发明的优选特征在随附的权利要求书中详述。

附图说明

在阅读以下详细描述和非限制性实例以及研究附图后，将更好地理解本发明，其中：

图1示出了用于三相气体绝缘开关装置的具有三个金属刀片的绝缘体。

图2示出了用于浇铸如图1所示的绝缘体的模具的剖面图。

图3示出了图2中所示的模具的左上部段的近距离剖视图，其指示了在冷却阶段之后的刀片保持器的位置。

在所有这些附图中，相同参考标记可以标示相同或相似的元件。另外，附图中所示的各个部分不一定按统一比例示出，以便使附图更清晰。

具体实施方式

图1示出了用于三相气体绝缘开关装置(GIS)的标准形状和形式的绝缘体10，所述绝缘体包括具有三个金属刀片12的环氧树脂盘11，是使用本发明的模具和方法制成的。三个刀片12分布在沿着绝缘体10的直径延伸的直线中，并对应于它们适用的三相GIS。

图2示出了根据本发明的实施例的适合于铸造用于GIS的环氧树脂绝缘体10，特别是大体上描绘于图1(为了清楚起见，也示出为在模具内)中的类型的绝缘体10的两件式钢模具(two-part steel mould)40的主径的剖面图。模具40构造成以允许金属刀片12，在此情况下为两个外侧(左侧和右侧)刀片相对于模具移动，以便适应在浇铸工艺期间的收缩。图3示出了在冷却阶段之后的模具40的左上部段的近距离剖视图。

模具40包括具有顶部模具主体(top mould body)的顶部模具和具有底部模具主体(bottom mould body)的底部模具。顶部模具主体和底部模具主体一起形成模具主体41，所述模具主体构成模具40的主要部分，从而限定对应于预期绝缘体10的整体形式的盘形空腔。

另外，模具40还包括三个刀片保持器(insert holder)52，所述三个刀片保持器用于将相应刀片12保持在模具40的空腔内。每个刀片保持器52包括一对相对的接受器54，即，如图所示的上部接受器和下部接受器，其适用于将刀片12牢固地保持在模具内。每个接受器54设置(reside)在提供于模具41的主体中的相应开口42中，其中开口42的尺寸设计为至少在待浇铸的部件的收缩方向上略微大于接受器54。

需注意，虽然在冷却阶段期间收缩的浇铸部件将通常是在所有方向上收缩，但是有可能存在收缩将占主导的某些主要方向。对于板状物体，诸如GIS绝缘体，主要收缩方向将典型地在朝向中心的径向方向上，其中径向最外部分经历最大位移。对于长杆，主要收缩方向将典型地是纵向的。优选地，模具40能够适应在主要收缩方向中的一者上收缩，并理想地在被设计用于进行铸造的部件10的主要收缩方向上收缩。在此还应指出，部件10的收缩方向不一定仅与部件10相关，而可证实是模具40的甚至在设计阶段通常已知的特征。

刀片保持器52被成形，以便以安全且密封的方式接收桶形刀片12的端部。可以看出，刀片保持器52的接受器54各自设计有平截头形凹部(frustum-shaped recess)59，以便准确地匹配和密封刀片12的平截头形凸出端部(frustum-shaped convex)15。这不仅确保了刀片12被牢固地保持，而且还确保了环氧树脂在浇铸工艺期间不流动到金属刀片12的端部上。

为了支撑和引导接受器54在模具主体41中移动，提供两个载体65，每个载体固定地定位在提供在模具主体41上的相应凹部中。上部载体被布置成将一组三个上部接受器支撑在上部模具主体中，而下部载体将一组三个接受器支撑在下部模具主体中。需注意，与作为单独单元相反，这些载体65可同样是模具主体41的组成部分。狭槽66沿着每个载体65的长度提供，其中刀片保持器的杆56延伸穿过狭槽66。

每个载体65限制其相应的一组接受器在竖直方向上的移动。将注意到，每个接受器54的头部55如果相对于模具主体41在向外方向上移动，则将邻接载体65的内侧，而提供在接受器54的相对端部处的销钉(peg)57当在向内方向上移动时将邻接载体65的外侧。这不仅允许将接受器54相对于模具主体41保持在固定的竖直位置中，而且还另外防止了接受器54从模具40脱落或落入到所述模具内。

狭槽66的尺寸也被设计为限制接受器54在横截于主径的方向上的移动。然而，载体65被设计成允许接受器54沿着模具40的主径移动。具体来说，两个外部狭槽66具有的长度大于对应接受器54的杆56的相应尺寸，从而允许它们在模具主体41的径向方向上滑动，即，远离模具主体41的中心并且还朝向模具主体41的中心它是在模具中待铸造的部件10的主要收缩方向)。载体65因此部分地限定接受器54相对于模具主体41的移动范围，其中开口42也部分地限定此移动范围。

因此，保持在两个外部刀片保持器52中的刀片12将能够相对于模具主体41并相对于另外两个刀片12移动。在外侧的刀片12可以说是“浮动”的，从该意义上说，它们可以在模具主体41内或相对于彼此移动。

在此特定情况下，中间刀片保持器在其将刀片保持在模具空腔的正中心中时由载体固定，在此情况下，将有效地消除在收缩期间产生的牵引力。然而，将理解，甚至中间刀片保持器也可做成可移动的。

为防止环氧树脂11在接受器54与开口42的壁之间从模具40中泄漏出来，围绕每个接受器54提供密封件以抵靠开口42的壁。优选地，这采取可压缩密封环62的形式，所述可压缩密封环提供在接受器54的圆周上的凹槽上并且无论它在开口42内任何地方滑动都维持接受器54与开口42的壁之间的密封接触。

模具40还包括偏置装置(biasing means)70以将每个外侧(左侧和右侧)刀片保持器52偏置到它们的相应开口42内的第一位置。偏置装置采取弹簧加载销70的形式。优选地，弹簧加载销70包括可滑动地提供在管状壳体71内并受到在螺旋弹簧74作用的销73。管状壳体71具有止挡件72。管状壳体71的一个端部插入在载体65中的孔中，直到止挡件72邻接载体，并且然后通过螺钉75固定在相对端部处。当止挡件72到达在其限定在载体65上的狭槽66中的行程终点时，所述止挡件还可用作接受器56的杆的邻接部。

在此实施例中，两个此类弹簧加载销70已被提供用于位于每个接受器54的杆56的沿直径相对侧处的外部刀片保持器52的每个接受器54。刀片保持器52因此朝向它们驻留的开口42的中心处的第一位置弹簧偏置，通过弹簧加载销70的组合作用保持在适当的位置。还将观察到，刀片保持器52在收缩方向上的移动将遇到来自弹簧加载销70的阻力。在替代实施例中，可仅设置一个弹簧加载销70以将接受器54朝向其在载体中的狭槽的与收缩方向相反的端部偏置。

偏置装置70必须坚固、稳定且牢固，以确保金属刀片12的精确定位。然而，同样重要的是，偏置装置70不要太坚固以至于阻碍刀片12在冷却阶段期间的移动。优选地，偏置装置70限制刀片保持器12的自由移动，但是允许适应在浇铸期间的收缩所必需的移动。虽然呈弹簧加载销70形式的偏置装置一般来说是优选的，但应理解其他形式的偏置装置也可以是合适的。

此外，虽然已讨论了用于浇铸具有沿着直径延伸的三个刀片12的绝缘体10的模具40，但应当理解其他布置同样可以是可能的。例如，可设想出铸造具有呈距绝缘体的中心等距离的三角形分布的三个刀片的绝缘体的模具，或甚至可设想出铸造仅有一个刀片的绝缘体的模具。

现将以涉及浇铸具有铝刀片12的环氧树脂绝缘体10的方法来简要地讨论模具40，以便改善对本发明的理解。首先，打开模具40以显露出偏置到它们的第一(中间)位置的每个刀片保持器52的接受器54。接着，将铝刀片12放置在底部模具主体中的每个接受器54上，使得它们整齐地安置在刀片保持器52的接受器54的平截头形凹部59内。然后，小心地将模具40关闭，从而确保顶部模具主体中的接受器54正确地接合它们的相应铝刀片12的顶端。一旦顶部模具主体和底部模具主体被夹紧在一起，环氧树脂11就被注入到模具40内。环氧树脂11流入到模具空腔内并包围铝刀片12，直到模具空腔被填满。由于提供了密封，因此环氧树脂既不会漏出到铝刀片12的端部上，也不会通过模具主体41的开口42漏出。

随着环氧树脂11开始冷却和硬化，浇铸的绝缘体10就将开始收缩。由于不同的热膨胀系数，环氧树脂11将比铝刀片12(和钢模具40)更快或更多地收缩，由此在铝刀片12上施加牵引力以将它们朝向中心拉动。然而，由于在侧面上的两个刀片保持器52经构造以能够在径向方向上移动，因此它们将在收缩环氧树脂11的方向上抵抗弹簧加载销70的偏置而被拉动。

图3描绘了在浇铸工艺的冷却阶段之后左上接受器54可能采用的位置。接受器54，其最初从其开口42的中间的第一位置出发，在被在收缩方向上拉动铝刀片12的环氧树脂11拉动之后，已经呈现基本上朝向开口42的右侧的第二位置。通过允许接受器54以及因此铝刀片12在此方向上移动，刀片12与浇铸材料11之间的牵引力显著减小。这反过来又在每个铝刀片12与周围环氧树脂11的界面处，以及因此在没有现有技术的缺陷的具有优异的机械强度的GIS绝缘体10中实现改善的且均匀的粘附。

虽然刀片保持器在浇铸期间的移动被描述为仅限于沿着径向方向的移动，但是这主要是为了精确性。刀片保持器不一定需要被支撑成使得它们仅能够在其主要收缩方向上或沿着其主要收缩方向移动，而是可以被支撑成也可沿着另一方向移动。实际上，刀片保持器可以被支撑成能够沿着相对于模具的任何方向移动。

在一个变型中，载体本身可以被布置成可相对于模具主体移动。

虽然主要关于铸造用于GIS的绝缘体进行讨论，但应当理解，所述模具和浇铸方法可适用于铸造除GIS绝缘体之外的具有刀片的其他类型的部件。此类应用对于技术人员来说将是显而易见的，并且旨在被本发明的范围所涵盖。