离心铸造方法及带衬铸模及其铸件技术

本发明专利技术是管状金属件离心铸造方法的一项改进。其主要特征是在旋转铸模内加一层用干细粉末耐火材料做的衬层，零件浇注在衬层上。此衬层即使采用不同粒度和不同比重的粉末耐火材料，也会在径向厚度得到均匀的成分。此法可浇注带中间突缘的管状铸件，改善金属中石墨粒度，并降低铸件的孔隙率，提高工作效率。（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术是管状金属件离心铸造方法的一项改进，这项改进是在旋转铸模内加一层用干细粉末耐火材料做的衬层，零件浇注在衬层上。用内表面横截面为圆形并绕此横截面的法向轴线旋转的硬模(通常为金属模)进行管状金属件离心铸造的方法已经是很古老了。自从专利技术了离心铸管法和砂型离心浇注法以来，铸铁压力管就一直用这种方法铸造。使用这种离心铸造方法时，通常都在金属模内表面加一层耐火材料衬层，用以保护铸模，防止浇注的金属损坏铸模表面，并使铸件易于同铸模分离。从前的许多方法是在铸模上用粉末耐火材料((通常为铸造用砂)和粘合剂(如膨润土水悬浮液)形成耐火衬层。虽然这种方法得到广泛的采用，但它有一些缺点耐火衬层能被浇注的熔融金属穿透;耐火材料粉末被铸件表面粘去，因而加工困难，成本昂贵;并且很难通过控制耐火衬层的导热率来控制铸件金属石墨的类型和粒度。我的Re 31482号美国专利在许多次应用中都克服了这些缺点，该专利是用一种无粘合剂粉末耐火材料在硬模的内表面上做耐火衬层，旋转铸模利用离心力使衬层密实，再将密实的衬层按照铸件的形状精密成形。这种方法的专利技术是由于发现了细粉末耐火材料(如研磨耐火粉，特别是锆石粉)可以密实化，成为一种稳定的衬层，甚至因铸件有外突缘而需要在衬层上开槽时，开槽后的槽壁仍可保持尺寸稳定。衬层密实并成形后，耐火材料粉末极为微密，达到了最大的容积密度，既不会变形，浇注时也不会受熔融金属侵蚀。但是，在使用这一专利的方法来浇注的铸件外形要求耐火衬层局部厚度大于该处浇注的熔融金属厚度时，产生了三个难以解决的问题。第一个问题是，虽然耐火粉末衬层已达到最大的容积密度，但仍含有足够的内部孔隙，容纳大量的空气。当浇注温度低或铸件比衬层薄时，空气就会受到浇注金属的热量而膨胀，不仅在金属处于液态时，甚至在金属开始固化时，空气也会穿透熔融金属而形成不应有的孔隙。第二个问题是由于象细锆石粉之类的衬层过高的绝热性能产生的。这第二个问题不仅使第一个问题更加严重，而且在浇注的金属是铸铁，并且规范要求严密控制石墨粒度时，使浇注金属内石墨粒度的控制更为困难。当铸件在邻接外伸突缘处为薄壁时，与薄壁对应的耐火衬层必定会大大厚于与突缘对应的衬层，铸件薄壁部分耐火衬层提供的热绝缘就会大于突缘部分衬层提供的热绝缘。因此，薄壁部分的金属冷却得就比较慢，加强了薄壁部分的石墨增长。例如，在浇注发动机汽缸衬筒铸铁件时，规范通常要求铸铁中的片状石墨粒度在4至6级之间，但缓慢的散热会使薄壁部分的石墨粒度增大，例如达到3级，可能在加工时产生剥落现象。第三个问题是锆石粉之类的细粉末耐火材料的低导热率会延长冷却时间，因而降低生产率。因此需要改进。从前人们提出了各种各样控制耐火衬层导热率的方法，但成效很有限。例如，曾经有人提出，用不同材料制做耐火衬层的各个部分，使其有不同的导热能力，但实际上只采用了用高导热率材料做的固体环，而使用固体环是非常麻烦的。还有人提出过使用各种不同导热率的耐火材料的混合物，但是，在不使用粘合剂的情况下这是行不通的，因为在不同粒度的材料粉末混合物覆盖到铸模表面时会自行分级，这种自动分级会使衬层的成份不均匀，因而这种方法是不可取的。当一种粒度较小的和一种粒度较大的粉末材料混合物按照我的美国专利Re.31482复盖到铸模表面上时，混合物先在铸模表面上滚动，然后按照粒度分级，粘附在铸模表面上的是粒度较小的粉末，粒度较大的粉末则集中在衬层的内表面。当使用不同比重的粉末时，则会按照比重分级。在这两种情况下，衬层沿径向厚度的成分是不均匀的。本专利技术的总目的是提高使用干粉末耐火材料做硬模衬层的离心铸造法的效率，并扩大其应用范围。另一个目的是提供一种可以大大降低铸件孔隙率的离心铸模耐火衬层。第三个目的是提供一种改进的离心铸模衬层制作方法，这种方法可以在铸模内表面上形成一层粉末耐火材料衬层，此衬层即使采用不同粒度和(或)不同比重的粉末耐火材料也会在径向厚度方向得到均匀的成分。第四个目的是提供一种离心铸造方法和为这种方法用的带衬铸模。这种方法可以浇注带中间突缘的管状铸件，并可使金属中的石墨粒度在规定的范围以内。还有一个目的是提高管状金属件离心铸造的生产率。本专利技术是根据这样一项发现提出的当在旋转的离心铸模内表面复盖不同粒度或不同比重的干粉末耐火材料时，如果用薄片或细流状来洒布，则可防止其分级。即在任何一个时刻所形成的粉状材料层径向厚度为最大颗粒尺寸的一倍至数倍，其中可选其最佳值。在任何一个时刻，厚度为一倍最大颗粒尺寸的一层可以由铸模旋转产生的离心力立刻固定在原处。当用一个从铸模端面插入的料槽洒布干粉末耐火材料时，振动料槽使粉末材料从槽边洒出时形成一股细流，不要大量喷洒。也可以将粉末材料从一个供料管端部洒出，供料管缓慢撤出铸模，用一股细流逐渐洒遍铸模表面，下面还要详加说明。这样形成的干粉末耐火材料层达到足够的径向厚度时，可以按照铸件外形要求成形，成形后的衬层仍可保持在整个厚度上成分均匀。使用的干粉末耐火材料按重量比例至少应含20%的尖角颗粒，25%较大的颗粒(最大粒度超过75微米)，大部分是较小的颗粒。本专利技术提供为浇注发动机汽缸衬筒之类的管状件使用的带衬铸模。这类管状件有一个外伸的圆形中间突缘，并至少有一部分外表面是直立圆柱形表面，其直径大大小于突缘直径。与铸件圆柱表面部分相应的耐火衬层部分在整个径向厚度上成分均匀。选择的成份应保证不仅在金属开始固化后耐火衬层内的空气不会逸出到浇注的金属内，而且铸件的圆柱表面部分不会冷却太慢，使浇注的金属内的石墨粒度不会太大。本专利技术的铸造方法和带衬铸模可以用浇注发动机汽缸衬筒之类的零件。这类零件的特征是至少有一个横向圆形外伸突缘或其它位于零件两端之间的加粗部分，至少一个在突缘一侧的轴向延伸部分和一个直径大大小于突缘的直立圆柱形外表面。铸件的直立圆柱形外表面部分所含石墨粒度应在规定范围之内，最好小于3级。铸铁件的全部外表面和接近外表面部分应没有过多的孔隙。图1是本专利技术使用的典型设备的侧视图。图2～2C是表示本专利技术制作耐火衬层方法的几个剖面图。图3是本专利技术一种实施例的复合耐火衬层局部纵剖面图。图4是另一种实施例的纵剖面图。图5是本专利技术的一种单一耐火材料衬层的局部纵剖面图。本铸造方法使用的设备是一种通用型设备，如图1所示。它包括一个铸造支承和旋转装置1、由电动机3通过普通的变速传动装置4带动的滚轮2。滚轮有两付，间隔一定距离安装，用以旋转管状硬模5(通常为金属模)。压紧滚轮6用传统方式装在铸模上方，在铸模中间相接。支承与旋转装置也有两组振动滚轮6a，这两组滚轮位于压紧滚轮6的两侧，与滚轮6距离相等。振动滚轮6a有纵向槽，滚轮6a因与铸模5表面接触而高速旋转，铸模振动的频率则取决于滚轮直径、滚轮上等距分布的槽数和由铸模传给滚轮的转速。滚轮6a与铸模接合的力可以控制，从而控制振幅，控制是由液压油缸进行的。铸模5与传统的钢制离心铸模相同，有一个直立圆柱形内表面(或称有效铸模表面)。铸模可以不要通气孔，也可以在有效铸模表面和铸模外部空间之间做许多通气孔，是否需要通气孔则视铸造工艺的性质而定，后面将加以说明。作铸模衬层用的干粉末耐火材料可以用铺衬成形联合机构8送入铸模，此机构包括一个料槽9，用以输送和洒布耐火材料，以及一个成形刀片10，用以将铸模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用离心铸造生产管状件的方法，管状件各段外表面外径不同。此法有如下特征：能提供一种导热硬模，此硬模的有效表面为圆柱形面，其横截面垂直于硬模纵轴线；在铸模绕自身纵轴旋转的情况下，向铸模有效表面洒布干耐火粉末材料混合物，以形成铸模内表 面的耐火衬层，衬层沿径向厚度成份均匀；使耐火衬层密实；按铸件要求的外表面形状将耐火衬层成形；在铸模以浇注转速转动情况下，将熔融金属浇入模内。

【技术特征摘要】
1.一种用离心铸造生产管状件的方法，管状件各段外表面外径不同。此法有如下特征能提供一种导热硬模，此硬模的有效表面为圆柱形面，其横截面垂直于硬模纵轴线；在铸模绕自身纵轴旋转的情况下，向铸模有效表面洒布干耐火粉末材料混合物，以形成铸模内表面的耐火衬层，衬层沿径向厚度成份均匀；使耐火衬层密实；按铸件要求的外表面形状将耐火衬层成形；在铸模以浇注转速转动情况下，将熔融金属浇入模内。2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于干耐火粉末混合物成份为(按重量比)至少20%的尖角颗粒;至少25%的较大的颗粒，最大粒度为75微米以上;混合物大部分粉末为粒度小于上述较大颗粒之粉末。3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于干耐火粉末混合物向铸模有效表面洒布的速度可使粉末在离心力作用下立刻粘附在铸模表面上或先复盖的衬层上。4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于干耐火粉末混合物以薄片状料流形状洒布于铸模的整个有效表面。5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于干耐火粉末混合物用长料槽输送。此料槽受高频率小振幅的横向振动，使混合物从槽边以上述薄片状料流形式洒落。6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于该方法还包括以下内容在上述底层内表面上加一层干粉末耐火材料的薄面层，其粉末粒度比上述较大的颗粒要小。7.按照权利要求6所述方法，其特征在于较薄的面层含有研磨耐火粉的尖角颗粒。8.按照权利要求1所述的方法，其特征在于耐火粉末混合物为石墨粉，石墨粉大部分颗粒大于75微米，其余部份小于75微米，几乎全部石墨粉为尖角颗粒。9.按照权利要求1所述的方法，其特征在于混合物粉末选自含有石墨粉和尖角硅石砂的物质。10.按照权利要求1所述的方法，其特征在于该方法还需在第一层耐火衬层密实并成形后，在其上再加第二层...

【专利技术属性】
技术研发人员：查理斯H诺伯，
申请(专利权)人：查理斯H诺伯，
类型：发明
国别省市：US[美国]