專利名稱：連成整體熱交換管的澆鑄金屬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用型砂造型工藝的金屬澆鑄方法，尤其是涉及一種型砂造型工藝，它包括金屬在鑄造前，在砂型內(nèi)提供預定形狀的熱交換管的方法。本發(fā)明特別指出了一種隨著金屬流入砂型中進行鑄造時可預計地和成功地適應熱交換管的熱膨脹的方法。
通過使用型砂造型技術(shù)將金屬澆鑄成預定形狀的現(xiàn)有技術(shù)是眾所周知的?，F(xiàn)有技術(shù)的型砂造型工藝利用形成砂型的模型，然后砂型用于形成鑄造金屬的形狀，所用的模型可以是一次性也可以是永久性的模型，至于使用哪一種模型，視鑄造工藝所遵循的步驟而定。
當使用一次性模型時，所遵循的典型步驟是按技術(shù)要求制造一次性模型，模型一般由聚苯乙烯類材料制成，最好是鑄造級聚苯乙烯;模型涂上耐火涂料且放在型板上，將稱作“下箱”的箱體放在型板上;型砂倒入下箱，在此同時沿模型的外緣搗實型砂且一般搗實在下箱內(nèi)。在填滿下箱以前，在靠近一次性模型處放置一適當形狀的聚苯乙烯材料以提供“澆口”，然后填滿下箱且整平型砂;接著將底板放在砂箱的頂上，然后翻轉(zhuǎn)下箱以使其放置在底板上，移去型板且將“上箱”放在下箱上;為了提供熔融鑄造金屬進入模型的通道，在上箱內(nèi)鄰近澆口處插入適當形狀的聚苯乙烯材料以提供“直澆口”;然后，在上箱中靠近一次性模型處放置適當形狀的聚苯乙烯材料以提供“冒口”，目的是適應熔融鑄造金屬的收縮;然后將型砂倒入上箱且如上所述進行搗實。至此，鑄型已齊備，將熔融鑄造金屬注入直澆口，即可將金屬澆鑄成模型的形狀。
當使用永久模型時，所遵循的典型步驟是按技術(shù)要求制造永久模型，模型一般用木材制成，但也可以用其他耐用材料如金屬、塑料、石膏或粘土制成;將模型放在型板上，然后將下箱放在型板上;將分型劑撒在模型上后，接著將型砂倒入下箱內(nèi)，沿模型邊緣搗實，并且一般搗實在下箱內(nèi);將型砂整平后將底板放在下箱上;然后翻轉(zhuǎn)下箱使其放在底板上，移去型板將上箱放在下箱上;在上箱內(nèi)靠近模型處設置冒口模棒和直澆口模棒，將型砂倒入上箱且如上述進行搗實;從鑄模的上型(砂)箱部分移去模棒，然后移去上型(砂)箱且小心地放在別處;從鑄模的下型(砂)箱部分輕輕地起出模型，用耐火涂料涂在由此形成的型腔上;在鑄模的下型(砂)箱部分中形成澆口，以便與鑄模的下型(砂)箱部分的直澆口相連;接著將上型(砂)箱重新放在下型(砂)箱上。至此，鑄模已準備就緒，通過將熔融鑄造金屬注入直澆口，就可以將金屬澆鑄成永久模型的形狀。
雖然這些工藝對于金屬的鑄造是非常成功的，但在金屬鑄件中沒有提供熱交換通道，然而，金屬鑄件往往需要有貼近金屬鑄件表面延伸的熱交換通道。例如當金屬鑄件是用作塑料注射成型的模子時，模子就需要有熱交換通道?，F(xiàn)有技術(shù)通常在砂型中澆鑄成鑄件之后通過鉆削或銑削金屬鑄件來形成這些通道，這種技術(shù)的例子如薩默的美國專利第3572420號、奧曼等的美國專利第3763920號和阿爾貝尼的美國專利第4009749號所示?；蛘?，將熱交換套管包覆在金屬鑄件外面，這后一種技術(shù)的例子如沃特利的美國專利第3530926號、阿達梅茨等的美國專利第3592259號和塞瓦塔基斯的美國專利4493361號中所示。在這兩種情況下，這些為金屬鑄件提供熱交換通道的方法都是非常昂貴的且勞動強度很高，因此需要一種在澆鑄金屬鑄件的同時設置熱交換通道的方法。
本發(fā)明人在鑄造行業(yè)已工作了許多年，長期從事研究可靠的、可預計的和成功的具有連成一體的熱交換管的澆鑄金屬的方法，發(fā)表在《塑料機械和設備》雜志第14卷第11期第42和43頁(1985年11月)、題目為“澆鑄技術(shù)降低模鑄費用”一文中，揭示了由本發(fā)明人提出的早期、實驗性方法，在該方法中使用泡沫模型。該方法如下所述“……將泡沫模型放在化學粘合的砂型中，型砂化學地結(jié)合在模型周圍，形成泡沫模型的精確尺寸。將施瓦伯(Schwarb)鑄造廠的有專利權(quán)的金屬在爐中加熱，然后倒在泡沫鑄模上，模型蒸發(fā)成氣體，金屬則充滿型腔?！缓蠼饘倮鋮s而形成鑄模的型腔或型芯?！薄皩⒓訜峄蚶鋮s用的鋼管放置在泡沫模型內(nèi)，將熔融金屬倒在管子上而不熔化它們，當金屬冷卻時，熔融金屬凝固在管子周圍，從而在鑄模內(nèi)形成冷卻管道?！薄斑@種澆鑄技術(shù)的關(guān)鍵在于兩個因素第一，金屬的成分;第二，澆注技術(shù)，這兩項都是有專利權(quán)的。該鑄模優(yōu)于常用鑄模之處在于節(jié)約了所需加工的金屬量。在常用的鑄模中，二塊P20或類似的鋼用于制造型腔和型芯，深沖(壓)型腔需要有較大的切削量，而文中所揭示的鑄模僅需要加工掉0.375至0.5英寸鋼就可以了。……”然而，雖然在文章中揭示了在澆鑄步驟之前在型腔內(nèi)包含熱交換管的概念，但其中沒有提出當熔融金屬與管子接觸時，如何處理管子的不可預計的和不能控制的膨脹運動的方法。在獲得本發(fā)明所揭示的方法之前，本發(fā)明人試驗了幾種途徑來解決這個困難的和薄弱環(huán)節(jié)的問題。
本發(fā)明人使用的一個方法是在澆鑄步驟的同時通過將大量空氣吹入管子以控制對管子的加熱，這證明是可行的，但仍有不可預計管子運動的問題而且空氣輸送系統(tǒng)的安裝和運行費用很高。
因此，需要一種利用砂型技術(shù)澆鑄金屬的方法，該方法在澆鑄步驟的同時提供熱交換管，而且要以最小的時間和費用在澆鑄步驟的同時解決前述管子的熱膨脹運動的問題。
本發(fā)明是一種連成整體熱交換管的澆鑄金屬的方法，本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中不能控制熱交換管膨脹運動的問題，這樣鑄出的金屬鑄件具有較高和可預計的質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的方法，既可以用一次性模型也可以用永久模型進行型砂鑄造。
本發(fā)明的方法在使用一次性模型的情況下，所進行的步驟如下按技術(shù)要求制造一次性模型，模型最好用鑄造級聚苯乙烯制成;熱交換管按所選擇的模型表面彎曲;一次性模型最好是分塊(段)的;段塊有選擇地取出進行特形銑，以允許管子有選擇地插入其中，管子的端部用填料和型砂堵塞，然后用聚苯乙烯塊蓋住;管子吊鉤有選擇地連在管子上;將一次性模型涂上耐火涂料，然后置放在型板上，將下箱放在型板上;將型砂倒入下箱，同時沿模型的外緣搗實，且一般搗實在下箱內(nèi);在下箱充滿砂之前，在靠近一次性模型處放置一聚苯乙烯材料以提供澆口，澆口形狀選擇得可以保證熔融金屬進入一次性模型時不會噴出，即熔融金屬在低壓力下且以慢速度流動，最好是熔融金屬以平行于管子的局部定位方向進入一次性模型;裝滿下箱，并整平型砂;將底板放在砂箱的頂上，然后將下箱翻轉(zhuǎn)以使其放置在底板之上，移去型板且將錨定桿與前述的每一管子吊鉤相連;然后將上箱放在下箱上，錨定桿伸入上箱;為了提供熔融鑄造金屬進入模型的通道，在上型(砂)箱中靠近澆口處插入聚苯乙烯材料以提供直澆口;然后，在上箱中在靠近一次性模型處放置適當形狀的聚苯乙烯材料以提供至少一個冒口，目的是適應鑄造金屬的收縮;然后將型砂倒入上箱，并如上述搗實;至此鑄模準備就緒了，只要將熔融鑄造金屬進入直澆口，就能鑄出具有模型形狀的金屬鑄件。當熔融金屬進入模型時，將聚苯乙烯蒸發(fā)，管子如預計地膨脹，管子的膨脹是可預計的，這是因為由在管子的每一端的聚苯乙烯塊提供的伸縮接頭和管子吊鉤之間的共同作用。當金屬鑄件凝固時，管子呈現(xiàn)預定的結(jié)構(gòu)并與澆鑄件連成一體。
本發(fā)明方法在使用永久模型的情況下，澆鑄時的步驟如下按技術(shù)要求制造永久模型，模型一般用木材制造，但也可以用金屬、塑料、石膏或粘土制成，模型包括設置在熱交換管要從型腔伸出的預先選定的位置上的型芯座;將分型劑撒在永久模型上并將永久模型放在型板上，然后將下箱放在型板上;將型砂倒入下箱且沿模型的邊緣搗實，并一般地搗實在下箱內(nèi);將型砂整平，并將一底板放在下箱上，然后翻轉(zhuǎn)下箱使其放在該底板上;移去型板，并將上箱放在下箱上;在上型(砂)箱中靠近模型處放置冒口模棒和直澆口模棒，另外，在上型(砂)箱內(nèi)還設置若干個暗釘，以允許錨定桿以后的安裝;將型砂倒入上箱且如上述搗實;從鑄模的上型(砂)箱部分中移去模棒和暗釘，然后移去上型(砂)箱，將其小心地放在別處;從鑄模的下型(砂)箱部分中輕輕地起出模型，并用耐火涂料涂在由永久模型脫出后形成的型腔上;在鑄模的下型(砂)箱部分上形成澆口，使其與鑄模的上型(砂)箱部分上的直澆口相連;將預彎曲好的熱交換管放在鑄模的下型(砂)箱部分內(nèi)的型腔中，每一管子具有連在其上的選擇數(shù)量的管子吊鉤，管子的每一端設置一聚苯乙烯塊且放在由型芯座提供的凹槽中;一型芯盒用于制備諸型砂模，該型砂模用于填滿在鑄模的下型(砂)箱部分內(nèi)由型芯座產(chǎn)生的凹槽的其余部分;澆口構(gòu)造得使熔融金屬進入型腔，而不會噴出，即在低壓下且以慢速度流動，最好熔融金屬以平行于管子的局部定位方向進入型腔;接著將上箱放在下箱上，然后將錨定桿插入由暗釘留下的孔內(nèi)，并使之與各個管子吊鉤相連，然后將錨定桿固定到上型(砂)箱上。至此，鑄模已準備就緒，通過將熔融鑄造金屬進入直澆口，即可鑄成具有模型形狀的金屬澆鑄件。當熔融金屬進入型腔時，管子如所預計地膨脹，管子的膨脹是可預計的，這是因為由在管子的每一端的聚苯乙烯塊提供的伸縮接頭和管子吊鉤之間的共同作用。當金屬鑄件凝固時，管子呈現(xiàn)預定的結(jié)構(gòu)并與鑄件形成一體。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種澆鑄金屬時將熱交換管連成一體的澆鑄方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于當上述管子澆鑄在金屬鑄件內(nèi)時可按預計地控制熱交換管的熱膨脹所導致的運動的方法。
本發(fā)明的這些目的及另外的目的、優(yōu)點、特點和益處從下面的說明中可以更清楚地看到。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的方法具有一次性模型的砂模金屬澆鑄系統(tǒng)的側(cè)剖面圖;
圖2是圖1中砂模金屬澆鑄系統(tǒng)的端剖面圖;
圖3是根據(jù)本發(fā)明的方法將熱交換管插入一次性模型內(nèi)的方法的部件分解透視圖;
圖4是根據(jù)本發(fā)明的方法先塞以填料然后用聚苯乙烯塊蓋住熱交換管一端的部件分解詳圖;
圖5和圖6是根據(jù)本發(fā)明的方法所制造的砂模的下型(砂)箱部分的側(cè)剖面圖;
圖7是根據(jù)本發(fā)明的方法制造的、具有一次性模型的砂模的側(cè)剖面圖，圖中示出了下型(砂)箱和上型(砂)箱部分;
圖8和圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的方法在澆鑄時，熱交換管的熱致膨脹和收縮運動的極值的部分側(cè)剖面圖;
圖10是根據(jù)本發(fā)明的方法具有型芯座的永久模型的透視圖;
圖11是根據(jù)本發(fā)明的方法具有永久模型砂模的下型(砂)箱部分的側(cè)剖面圖;
圖12是圖11中移去永久模型后的砂模的下型(砂)箱部分的側(cè)剖面圖;
圖13是根據(jù)本發(fā)明的方法在圖12中安裝熱交換管后的砂模的下型(砂)箱部分的側(cè)剖視圖;
圖14是根據(jù)本發(fā)明的方法制造的、具有永久模型的砂模的側(cè)剖面圖，圖中示出了下型(砂)箱和上型(砂)箱部分;
圖15是根據(jù)本發(fā)明的方法在圖14中砂模的下型(砂)箱部分中放置熱交換管的透視詳圖。
本發(fā)明是一種用于在進行金屬澆鑄步驟的同時，將熱交換管與澆鑄金屬形成一體的方法。實施本發(fā)明的較佳的方法包括兩個主要步驟在管子的端部提供管子膨脹的空間和在管子的兩端之間所選擇的位置上提供管子的固定(錨定)。本方法最好用于砂模鑄造工藝，但并不限于砂模鑄造工藝。關(guān)于實施本發(fā)明的方法的最佳方式，下面將依次描述兩種砂模鑄造工藝一種是利用一次性模型的砂模鑄造，另一種是利用永久模型的砂模鑄造。
現(xiàn)參見圖1至圖9，下面將描述根據(jù)本發(fā)明使用一次性模型、同時具有形成整體的加熱和冷卻管的金屬砂模澆鑄的方法。
圖1示出的是完整的砂模系統(tǒng)10，此系統(tǒng)已經(jīng)可以注入熔融金屬進行澆鑄。鑄模系統(tǒng)10由兩部分組成，即下型(砂)箱12和上型(砂)箱14，下型(砂)箱由下箱16形成，上型(砂)箱由上箱18形成。下箱安放在底板20上，上箱直接安放在下箱上面。一次性模型22位于下型(砂)箱內(nèi)，四面用型砂24圍住，型砂在下型(砂)箱12和上型(砂)箱14內(nèi)都有，因此形成具有下模部分25a和上模部分25b的鑄模25。在一次性模型22中至少有預先彎曲得可以適合一次性模型的所選擇的工作表面28的一根熱交換管26，該表面對應于需要熱交換管的金屬鑄件的作用表面。在管子26的每一端設置聚苯乙烯管膨脹塊30，當熔融金屬注入鑄模25時，這些塊允許管子可以以預計的方式膨脹。將管子吊鉤32接到管子26上，此吊鉤通過錨定桿34錨定到鑄模的上模部分25b。為了達到這個目的，錨定桿最好有幫助將錨定桿34錨定在鑄模的上模部分25b中的橫向部分34a，管子吊鉤和與其相連的錨定桿控制一次性模型內(nèi)管子26的熱膨脹運動，使管子可預計地保持緊靠工作表面28。在鑄模的上模部分25b內(nèi)設置直澆口36，此直澆口與設置在鑄模的下模部分25a中的澆口38相連，直澆口為熔融金屬提供入口，澆口構(gòu)造成允許熔融金屬慢速地流入一次性模型22，而不會噴出，熔融金屬最好以局部平行于管子26的方向流動。在鑄模的上模部分25b中設置若干冒口40，以保證當熔融金屬因冷卻而產(chǎn)生收縮時，儲存的熔融金屬可以對收縮進行補償。
圖2是砂模系統(tǒng)10的端視圖，圖中有7根在一次性模型22中互相平行定位安置的熱交換管26。
圖3示出了一次性模型22如何略加修改以使其能容納熱交換管26的方法。一次性模型22是根據(jù)預定尺寸要求制造的。一次性模型最好由密度為每立方英尺一磅的鑄造級聚苯乙烯制成，當然也可以使用其他形式的可揮發(fā)性材料，例如普通的泡沫聚苯乙烯，選擇一次性模型材料的諸因素包括表面結(jié)構(gòu)、可揮發(fā)性、殘留物和可塑性。雖然不是必需的，但最好鑄造級聚苯乙烯制造成一組由可拆下來的機械緊固件如金屬線(圖中未畫出)緊固在一起的若干段塊42。根據(jù)金屬鑄件所需要的熱交換量，從一次性模型中移去若干選擇的段塊42a，這些所選擇的段塊42a的每一個上部形成一管槽44以容納熱交換管26，管槽最好是銑加工而成。另外，在所選擇的段塊42a形成錨定槽46，以便以后容納管子吊鉤32及其錨定桿34，將管子26彎曲得適合于各個段塊42a上的管槽44，在許多通常情況下，管槽44將適合工作表面28。為了進行這一步驟，最好是為每一管槽準備模板，每個管子根據(jù)模板分別彎曲。彎曲以后，管子26應該適合管槽44且其兩端48伸出管槽大約4英寸。所選擇的熱交換管26在澆鑄時應能夠提供良好的熱傳輸、易于彎曲和不會因彎曲和在澆鑄步驟時與熔融金屬接觸而損壞，最好是用具有3/8英寸壁厚的1020冷拉無縫鋼管，這種管子的一個例子是具有1.25英寸外徑和0.5英寸內(nèi)徑、每英尺的重量大約為3.5磅的市售無縫碳鋼管。
管子的吊鉤32沿管子26以所選擇的間距安裝。這種管子的吊鉤最好是管子可以從其眼孔中穿過的鋼制有“眼”螺栓，管子吊鉤必須粗得足以在澆鑄步驟時經(jīng)得住與熔融金屬接觸，并且沿管子最好每18英寸設置一個，在管子吊鉤的頂部是以后將允許錨定桿34通過螺紋固定到管子吊鉤32上的長螺母32a。
每根管子26安放在各自的開槽的段塊42a的槽44內(nèi)，必須小必確保管子表面上沒有油或生銹，所有的段塊42被重新安裝在模板50上，然后連接在一起，形成熱交換管與之形成一體的一次性模型22。
如圖4所示，管子26兩端用填料52塞入，每一端塞進幾英寸長，填料最好用礦棉制成，然后用砂54，最好是耐火砂填滿管子端部的剩余空隙部分，填料和型砂兩者結(jié)合起來阻止?jié)茶T步驟時熔融鑄造金屬進入管子26的端部。然后聚苯乙烯膨脹塊30放在管子26的每一端，為了達到這個目的，在膨脹塊上可以形成一凹槽56，使膨脹塊可以通過摩擦配合套在管子端部上。
圖5至圖7示出了如何根據(jù)本發(fā)明的方法準備砂模系統(tǒng)10的方法。先用耐火涂料涂在一次性模型22上，下型箱16安放在型板50上，型砂24倒入下箱內(nèi)，同時沿一次性模型22的外緣將砂搗實，并且一般地搗實在下箱內(nèi)。在下箱16填滿砂之前，由靠近一次性模型22的具有澆口形狀的聚苯乙烯材料38a提供澆口38，澆口模型38構(gòu)造保證熔融金屬進入一次性模型22時不會噴出，即在低壓下和以慢速流動，這可以通過提供足夠大和足夠數(shù)量的澆口來實現(xiàn)，最好熔融金屬以平行于管子26的局部定位方法進入一次性模型。填滿下箱且整平型砂24，至此就完成了鑄模的下模部分25a。現(xiàn)將底板20放在下箱的頂部，如圖5所示。然后翻轉(zhuǎn)下箱使其置于底板20上，如圖6所示。移去型板50，每根錨定桿34通過與管子吊鉤相連的長螺母32a的螺紋的嚙合而擰在各自的管子吊鉤32上。然后將上箱18放在下箱上，錨定桿伸入上箱之中。為了提供熔融鑄造金屬進入具有澆口形狀的聚苯乙烯材料38a和一次性模型22的通道，在上型(砂)箱中通過在靠近澆口模型38a處提供一具有直澆口形狀的聚苯乙烯材料36a而形成直澆口。接著，在上型(砂)箱中靠近一次性模型22處放置一合適形狀的聚苯乙烯材料40a以形成至少一個冒口，以便適應熔融鑄造金屬的收縮，冒口的數(shù)量由澆鑄步驟時一次性模型中熔融鑄造金屬預期冷卻后的收縮量所決定，附圖表示具有兩個冒口的例子。然后將型砂24倒入上箱18且和上述一樣搗實，從而形成鑄模的上模部分25b。至此砂模系統(tǒng)10已準備就緒，可以通過將熔融鑄造金屬注入直澆口，形成具有一次性模型形狀的金屬鑄件。
當熔融鑄造金屬進入鑄模25時，由在澆鑄步驟時一次性模型22的揮發(fā)所形成的型腔26被充滿，蒸發(fā)了聚苯乙烯部件36a、38a和40a，管子26可預計地膨脹。如圖8所示，管子的膨脹是可預計的，這是因為在管子的第一端的聚苯乙烯膨脹塊30的揮發(fā)所產(chǎn)生的膨脹腔61和由管子吊鉤32及其錨定桿34所提供的管子錨定之間的共同作用的緣故。當熔融鑄造金屬58凝固時，管子26呈現(xiàn)如圖9所示的預定結(jié)構(gòu)并與鑄件形成整體。
現(xiàn)在請參見圖10至圖15。下面將描述根據(jù)本發(fā)明使用永久模型、鑄出加熱和冷卻管與之形成一體的金屬砂模鑄件的方法。為了具有連續(xù)性和簡單起見，凡是與上面描述一次性模型的方法中所使用的相同的部件都采用同樣的部件編號。
先按預定尺寸要求制造永久模型62，永久模型最好用木材制成，但也可以使用金屬、塑料、石膏、粘土或其他合適的而用材料。永久模型62包括分別位于其兩端的型芯座64a和64b，型芯座具有在鑄模的下模部分25a′中提供柱形凹槽的凸臺66，以便以后可以安裝熱交換管26。在永久模型62上撒上分型劑后，將它放在型板50上，然后將下箱16放在該型板上。將型砂24倒入下箱，搗模型四周的砂，一般地在下箱內(nèi)搗實，整平型砂，將底板20放在下箱上。然后翻轉(zhuǎn)下箱使其置于底板之上，移去型板，并將上箱18放在下箱上。在上型(砂)箱中靠近永久模型62處設置冒口模棒和直澆口模棒(圖中未畫出)，另外，在上型(砂)箱中設置若干錨定桿暗釘(圖中未畫出)，以允許以后安裝錨定桿34′。將型砂倒入上箱，并和上述一樣搗實。從鑄模的上模部分25b′移去模棒和暗釘，然后移去上型(砂)箱14′并小心地放在別處。從鑄模的下模部分25a′輕輕起出永久模模型62，并用耐火涂料涂抹留下的型腔68。在鑄模的下模部分提供澆口38′，以使與鑄模的上模部分的直澆口36相連，預彎曲得與工作表面28形狀相一致的預彎曲熱交換管26置于鑄模的下模部分的型腔68中，熱交換管26最好是具有如上所述的3/8英寸壁厚的無縫碳鋼管，每根管子26具有與其連接的選擇數(shù)量的管子吊鉤32，最好管子吊鉤的間距為18英寸，每個管子吊鉤上具有與其相連的長螺母32a。管子26的每一端48放置聚苯乙烯膨脹塊30，管子分別放在型腔68中，以使每一端48放置在通過移去型芯座64a或64b而在型砂中形成的柱形凹槽70內(nèi)。用型芯箱(圖中未畫出)制備鑄造砂模72和74，用以填滿沒有被管子26或與其相連的聚苯乙烯膨脹塊30占用的、由型芯座所產(chǎn)生的凹槽的剩余部分，如圖13至圖15所示。澆口38構(gòu)造得使熔融金屬進入型腔68而不會噴出，亦即在低壓下和以慢速度流動，這可以通過設置足夠尺寸和數(shù)量的澆口孔而實現(xiàn)，最好是如上所述的熔融金屬以平行于管子26的局部定位方向進入型腔68?，F(xiàn)將上型(砂)箱14′重新放在下型(砂)箱12′上，如圖14所示。將錨定桿34′插入錨定桿暗釘留下的孔76中且通過螺紋擰在各個長螺母32a上，然后可用任何常用的方法，例如在其上焊一塊板或通過螺紋把一墊圈固定在其上。而將錨定桿34a固定到鑄模的上模部分25b′上?，F(xiàn)在砂模系統(tǒng)78已準備就緒，可以通過將熔融鑄造金屬注入直澆口36而鑄出具有永久模型62的形狀的金屬鑄件。當熔融金屬進入型腔68時，管子26按可以預計的方式膨脹，管子的膨脹是可預計的，這是因為在管子的每一端的聚苯乙烯膨脹塊30揮發(fā)后所形成的膨脹型腔80與各個管子吊鉤及其錨定桿34a之間以上述的方式共同作用的緣故。當金屬鑄件凝固時，管子26以上述方式呈現(xiàn)出預定的結(jié)構(gòu)且與金屬鑄件連成一體。
當按照本發(fā)明書實施本發(fā)明時，應該考慮到幾個條件。首先，熱交換管應該有足夠的壁強度，以經(jīng)受得起彎曲和可以暴露在熔融鑄造金屬中而不會破裂。第二，管子吊鉤、長螺母和錨定桿必須足夠的粗，以經(jīng)受得起暴露在熔融鑄造金屬中;管子吊鉤應該沿管子大約每隔18英寸有規(guī)則地間隔設置。第三，澆口應該構(gòu)造得使熔融鑄造金屬以慢速度和低壓流入型腔內(nèi)，而不會發(fā)生有可能損壞管子的噴射;最好是熔融金屬以局部平行于管子的方向進入型腔。第四，必須提供余地使管子能在其兩端膨脹，這可以在型砂中簡單地提供一空腔，或在型砂中放置如聚苯乙烯的可揮發(fā)材料。第五，鑄造金屬可以包括任何有色和經(jīng)過選擇的黑色金屬。當澆鑄黑色金屬時，重要的是控制熔融鑄造金屬的溫度和流型，以便管子不會破裂。在這方面，鑄鐵、合金鑄鐵和球墨鑄鐵可以安全地與上述碳鋼無縫管一起使用。用于澆鑄的球墨鑄鐵最好包括下列成分碳3.00至3.50%，硅2.20至2.60%，錳0.60至1.00%，鎳1.80至2.20%，銅0.90至1.20%，鉬0.50至0.75%，鉻最多0.10%，磷最多0.08%，硫最多0.01%，其余部分是鐵。
熟悉本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員，對上述最佳實施例可以作出種種改變或變化，但這些改變或變化仍落在本發(fā)明的精神實質(zhì)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由權(quán)項所闡述的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種連成整體熱交換管的澆鑄金屬方法，該方法包括的步驟有制備一個一次性模型；設置至少一根熱交換管；將所述至少一熱交換管彎成一預定的形狀；將至少一管子吊鉤放在所述至少一熱交換管上；將所述至少一熱交換管放在所述一次性模型內(nèi)，并使所述至少一熱交換管的兩端從所述一次性模型中伸出；在所述一次性模型周圍形成一鑄模，所述形成一鑄模的步驟還包括在所述鑄模中靠近所述至少一熱交換管的每一端提供一管子膨脹空腔；和將所述至少一管子吊鉤錨定到所述鑄模上；和將熔融金屬澆注入所述鑄模中的所述一次性模型內(nèi)，由此引起所述一次性模型蒸發(fā)，所述熔融金屬澆鑄成一預定形狀并與所述熱交換管連成一體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述錨定步驟包括將一錨定桿與所述至少一個管子吊鉤相連，所述錨定吊桿伸出所述一次性模型且進入所述鑄模。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法所生產(chǎn)的一種模鑄金屬產(chǎn)品。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述圍繞所述一次性模型形成鑄模的步驟還包括塞住所述至少一熱交換管的每一端，以便在所述澆鑄步驟時所述熔融金屬不會進入所述至少一熱交換管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述圍繞所述一次性模型形成一鑄模的步驟還包括將一耐火涂料涂在所述一次性模型周圍;將所述一次性模型放在一下型(砂)箱中;將型砂放進所述下箱中，以形成一所述鑄模的下模部分;所述將型砂放進所述下箱中的步驟還包括在所述鑄模的所述下模中設置一澆口的步驟，在所述澆鑄步驟時所述澆口允許所述熔融金屬進入所述一次性模型，所述熔融金屬進入所述一次性模型時的流速和壓力安排得適當以使所述至少一熱交換管基本上不會受到所述熔融金屬的損傷;將一上箱貼近所述下箱放置;將型砂放入所述上箱中，以提供一所述鑄模的上模部分;所述將型砂放入所述上箱中的步驟還包括下述步驟在所述鑄模的所述上模部分設置至少一個冒口;和在所述鑄模的所述上模部分設置一直澆口，以便當進行所述澆鑄步驟時，所述熔融金屬可以注入所述直澆口，然后所述熔融金屬經(jīng)所述澆口流入所述一次性模型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述圍繞所述一次性模型形成所述鑄模的步驟包括所述鑄模圍繞所述至少一熱交換管的每一所述伸出端長度的至少一段。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述鄰近所述至少一熱交換管的每一端提供一管膨脹腔的步驟包括為在所述鑄模中建立每一所述管膨脹腔而在所述至少一熱交換管的第一伸出端放置一預選材料塊，所述材料選擇得在所述澆鑄步驟時可以蒸發(fā)掉。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述塞住所述至少一熱交換管的每一端的步驟包括將填料塞入所述至少一熱交換管的每一端一預定距離，并且將耐火型砂放入所述至少一熱交換管的每一端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述將至少一管子吊鉤放在所述至少一熱交換管上的步驟包括將所述至少一熱交換管穿過所述至少一管子吊鉤的鉤眼;和所述錨定步驟包括將一錨定桿與所述至少一管子吊鉤的各個管鉤相連，每一所述錨定桿伸出所述一次性模型，每一所述錨定桿還伸出所述鑄模，每一所述錨定桿錨定在所述鑄模上，至此制備所述鑄模的步驟即告完成。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述錨定步驟還包括每一所述錨定桿與其各個所述至少一管子吊鉤通過螺紋彼此嚙合。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述將至少一管子吊鉤放在所述至少一熱交換管上;所述錨定步驟還包括將所述至少一熱交換管穿過所述至少兩個管子吊鉤的每一鉤眼，所述至少一熱交換管上至少在兩個預定位置上設有管子吊鉤，在所述至少一熱交換管上的所述至少兩個預定位置相互間隔大約18英寸的距離。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法所生產(chǎn)的金屬鑄造產(chǎn)品。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述將至少一熱交換管放在所述一次性模型內(nèi)的步驟包括加工(切割)所述一次性模型，以在其中形成至少一凹槽，所述至少一凹槽的每一凹槽是用于所述至少一熱交換管的每一熱交換管的。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述制備一個一次性模型的步驟是制備一分段的一次性模型;所述加工(切割)所述一次性模型的步驟包括加工(切割)從所述一次性模性選擇的段快;所述將至少一熱交換管放在所述一次性模型內(nèi)的步驟包括將一所述熱交換管放在所述所選擇的段塊的每一塊中，然后將所述一次性模型的分段緊固在一起，形成單塊的一次性模型，并連同形成一體的熱交換管。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法所制造的金屬鑄造產(chǎn)品。
16.一種連成整體熱交換管的澆鑄金屬方法，包括的步驟有制備一模型;提供至少一熱交換管;將所述至少一熱交換管彎成一預定的形狀;將至少一個管子吊鉤放在所述至少一熱交換管上;在所述模型周圍形成一鑄模;從所述鑄模中起出所述模型，以在所述鑄模中形成一預定形狀的型腔;將所述至少一熱交換管放在所述鑄模的所述型腔中;在所述鑄模中鄰近所述至少一熱交換管的每一端處提供一供管子膨脹的空腔;將所述至少一個管子吊鉤錨定到所述鑄模中;和將熔融金屬澆注入所述鑄模中的所述型腔中，由此使所述熔融金屬鑄成所述型腔的所述預定形狀，而且包括形成一體的熱交換管。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述錨定步驟包括將一錨定桿與所述至少一個管子吊鉤相連，所述錨定桿伸出所述鑄模中的所述型腔且伸入所述鑄模之中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的方法所生產(chǎn)的金屬鑄品。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述在模型周圍形成鑄模的步驟還包括;塞住所述至少一熱交換管的每一端，以便在所述澆鑄步驟期間所述熔融金屬不會進入所述至少一熱交換管。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，還包括在所述模型的選擇的相對端設置一型芯座;將分型劑撒在所述模型周圍;將所述模型放在一下箱中;將型砂放在所述下箱中，以形成一所述鑄模的下模部分;將一上箱貼近所述下箱放置;將型砂放在所述上箱中，以形成一所述鑄模的上模部分;從所述鑄模的所述下模部分移去所述鑄模的所述上模部分;從所述鑄模的所述下模部分起出所述模型，以便在所述鑄模中形成所述型腔，所述型腔具有預定形狀的壁，所述型腔包括在所述鑄模中的預定位置上的許多柱形凹槽;用耐火涂料涂抹所述型腔的所述壁;在鄰近所述鑄模的下模部分處放置所述鑄模的上模部分;將所述至少一熱交換管放在所述鑄模的所述型腔中，所述至少一熱交換管的每一端放在所述鑄模中的一個所述柱形凹槽內(nèi);用型砂填滿所述鑄模中的每一所述柱形凹槽;在所述鑄模的所述下模部分中設置一澆口，在所述澆鑄步驟時，所述澆口允許所述熔融金屬進入所述鑄模的所述型腔，所述熔融金屬進入所述鑄模中的所述型腔中時的流速和壓力，應使所述至少一熱交換管不會被所述熔融金屬所損壞;在所述鑄模的所述上模部分中設置至少一冒口;和在所述鑄模的所述上模部分中設置一直澆口，以便在所述澆鑄步驟時，所述熔融金屬可以注入所述直澆口，并且所述熔融金屬經(jīng)所述澆口流入所述模型的所述型腔中。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述在所述模型周圍形成一鑄模的步驟包括所述鑄模圍繞放在所述鑄模的所述柱形凹槽中的所述至少一熱交換管的每一端的至少一段長度。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其特征在于，所述鄰近所述至少一熱交換管的每一端處提供一管子膨脹的空腔的步驟包括在所述至少一熱交換管的每一端放置一塊預選的材料，以在所述鑄模中建立每一所述管子的膨脹空腔，所述材料選擇得在所述澆鑄步驟時可以蒸發(fā)。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其特征在于，所述塞住所述至少一熱交換管的每一端的步驟包括將填料放進所述至少一熱交換管的每一端內(nèi)一預定距離，并且將耐火型砂放入所述至少一熱交換管的每一所述端內(nèi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，所述在所述至少一熱交換管上至少設置一管子吊鉤的步驟包括將所述至少一熱交換管穿過所述至少一個管子吊鉤的鉤眼;和所述錨定步驟包括將一錨定桿與所述至少一管子吊鉤的各個管鉤相連，每一所述錨定桿伸出所述鑄模中預定形狀的所述型腔，每一所述錨定桿還伸出所述鑄模之外，在所述澆鑄步驟以前每一所述錨定桿錨定到所述鑄模上。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征在于，所述錨定步驟還包括每一所述錨定桿與其各個所述至少一個管子吊鉤的螺母通過螺紋嚙合。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，所述將至少一個管子吊鉤放在所述至少一熱交換管上的步驟包括將至少兩個管子吊鉤放在所述至少一熱交換管上;所述錨定步驟還包括將所述至少一熱交換管穿過所述至少一熱交換管上的至少兩個預定位置的所述至少兩個管子吊鉤的每一鉤眼，在所述至少一熱交換管上的所述至少兩個預定位置相互間隔大約18英寸的距離。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法所生產(chǎn)的金屬鑄品。
全文摘要
一種用鑄模澆鑄金屬鑄件并使熱交換管與其連成一體的方法，在模型周圍形成鑄模，模型可以是一次性的或永久性模型，熱交換管由無縫碳鋼管彎成，彎成后將管子放入鑄模之內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的方法，在澆鑄步驟時，通過錨定在鑄模上的管子吊鉤將熱交換管子同時固定在鑄模內(nèi)所選擇的位置上，并且允許管子在其端部膨脹伸入鑄模中的膨脹空腔。
文檔編號B22D19/00GK1039546SQ89104510
公開日1990年2月14日 申請日期1989年6月29日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月7日
發(fā)明者查爾斯·哈里·施瓦布, 雷蒙德·愛德華·施瓦布 申請人:施瓦布鑄造股份有限公司