專利名稱:中空帶底鑄造產(chǎn)品的鑄型和鑄造方法
本發(fā)明是關(guān)于在用鑄鐵材料鑄造中空帶底的產(chǎn)品時(shí)所應(yīng)用的一種具有冷卻裝置的靜態(tài)鑄型，以及使用上述鑄型的靜態(tài)鑄造方法。
到目前為止，都是通過(guò)使用靜態(tài)砂型來(lái)制造大規(guī)格、端部封閉的中空的鑄鐵材料的鑄件。但是，其產(chǎn)品并非令人滿意，因?yàn)?，金屬結(jié)構(gòu)在各部的厚度或者該產(chǎn)品的壁部并不是一致的。在鑄件的表面層即熔態(tài)金屬與砂型接觸處，能獲得較好的結(jié)構(gòu);而特別是在壁部的中芯部，由于離砂型的距離較大時(shí)，需要較長(zhǎng)的凝固時(shí)間，因此熔態(tài)金屬的冷卻速度降低，造成石墨結(jié)構(gòu)的降級(jí)，從而導(dǎo)致產(chǎn)品的機(jī)械性能出現(xiàn)不一致。
另外，本發(fā)明人也考慮過(guò)是否可能采用日本審查過(guò)的專利申請(qǐng)SHO.58-5739所公開(kāi)的那種用于端部封閉的中空鋼錠鑄造的靜態(tài)鑄型。其理由是這種鑄型是在芯部具有強(qiáng)制冷卻方法，并且具有用金屬制成的外型腔，因此這種鑄型被認(rèn)為在增加熔態(tài)金屬的冷卻速度上是有效的。
然而，當(dāng)應(yīng)用這種所述的靜態(tài)鑄型來(lái)將鑄鐵材料鑄造成產(chǎn)品時(shí)，產(chǎn)品發(fā)生了產(chǎn)品破裂的缺陷。據(jù)認(rèn)為這是由于在鑄造中，金屬制成的外型腔內(nèi)表面的表層部分被融化并剝落失去，結(jié)果熔態(tài)金屬進(jìn)入外型腔的融化剝落處并在那兒凝固。尤其是當(dāng)溫度降低時(shí)，凝固的鑄鐵材料收縮，而外型腔由于熔態(tài)金屬的加熱而產(chǎn)生熱膨脹。然而，這種收縮和膨脹運(yùn)動(dòng)彼此受到限制，故導(dǎo)致了產(chǎn)品破裂的發(fā)生。
本發(fā)明已經(jīng)解決了上面所提及的難題。
本發(fā)明的目的是提供一種將鑄鐵材料鑄造成中空有底的產(chǎn)品，特別是大規(guī)格的產(chǎn)品的靜態(tài)鑄型，它的鑄型能迅速地冷卻產(chǎn)品的壁的中芯部，而不會(huì)引起破裂。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種將鑄鐵材料鑄造成中空有底的產(chǎn)品的靜態(tài)鑄型，這種鑄型由一個(gè)外型腔和一個(gè)在該外型腔中的型芯部分組成。在這個(gè)外型腔內(nèi)側(cè)壁表面，通過(guò)堆放冷卻塊并在其間夾入耐火材料層，以便允許冷卻塊熱膨脹;而且提供冷卻管道，它至少與冷卻塊的一部分接觸。
本發(fā)明的進(jìn)一步目標(biāo)是提供一種使用上述鑄型的鑄造方法，即使當(dāng)產(chǎn)品的表面部分和壁的中芯部分快速冷卻時(shí)，鑄造后也不致引起破裂。
圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明圖1是一個(gè)剖視圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)靜態(tài)鑄造模型的實(shí)施例。
圖2是沿圖1的Ⅱ-Ⅱ線剖開(kāi)的剖視圖。
圖3和圖4是圖2中所示的外型腔的其它實(shí)施例的剖視圖。
圖5所示的是一種型芯的實(shí)施例。
圖6是一個(gè)中空帶底產(chǎn)品的縱向剖視圖。
圖7所示的是下型腔的另一實(shí)施例的剖視圖。
圖8是用本發(fā)明的鑄型所鑄造的產(chǎn)品之外表層部分的顯微結(jié)構(gòu)圖。
圖9是用本發(fā)明的鑄型鑄造的產(chǎn)品之壁中芯部分的顯微結(jié)構(gòu)圖。
圖10是用常規(guī)鑄型鑄造的產(chǎn)品之外表層部分的顯微結(jié)構(gòu)圖。
圖11是用常規(guī)鑄型鑄造的產(chǎn)品之壁中芯部分的顯微結(jié)構(gòu)圖。
下面，將參考圖1來(lái)對(duì)本發(fā)明的靜態(tài)鑄造模型的一個(gè)實(shí)施例予以詳細(xì)解釋。
這個(gè)實(shí)施例的靜態(tài)鑄型包括一個(gè)外型腔1、一個(gè)型芯2和一個(gè)頂蓋3。外型腔1包括一個(gè)下型腔4和一個(gè)側(cè)型腔5。型芯2被懸掛在頂蓋3上、置于外型腔1的內(nèi)部。
側(cè)型腔5包括一個(gè)金屬框架6和一個(gè)位于其內(nèi)周面的組合冷卻部分7，該組合冷卻部分7的內(nèi)表面是為形成被鑄造產(chǎn)品的外側(cè)表面用的。
組合冷卻部分7的內(nèi)周壁面由許多堆壘的冷卻塊8a構(gòu)成，冷卻塊8a橫向和縱向之間都置有耐火砂。提供砂層9a的目的在于允許冷卻塊8a熱膨脹。這種砂應(yīng)選用諸如鉻鐵砂、鋯砂或類似的具有高熱傳導(dǎo)性的耐火砂。
冷卻塊8a如圖2所示，通常是由鑄鐵材料制成的長(zhǎng)方形的實(shí)心分離結(jié)構(gòu)，而且冷卻管10a夾持在每個(gè)壘砌的冷卻塊8a的中心部分，并通過(guò)冷卻塊8a縱向延伸。冷卻管包括管10a和管11a。管10a借助其中的流水使冷卻塊8a冷卻，流水來(lái)自外部，通過(guò)頂蓋3與置于下型腔4的上部的凹坑中的U型帶和管11a相連通，管11a埋在冷卻塊8a的后面的砂子15a之中。應(yīng)該理解管11a也可以通過(guò)金屬框架6延伸出去。
在這方面，由于銅的導(dǎo)熱性和易加工性，適宜于被用來(lái)制作管子10a和11a。此外，冷卻塊的形狀不限制于如圖2所示的分離結(jié)構(gòu)，也可以是具有梯形橫截面的集成結(jié)構(gòu)如圖3所示。而且，每根管子10a可以被夾持在冷卻塊8a的U形凹槽中，如圖4所示。在相對(duì)于模型腹腔24的周表面，可以將冷卻塊做成一種與產(chǎn)品的外形相一致的弧形的或者其它相適應(yīng)的形態(tài)。配置在金屬框架6和冷卻塊8a之間的砂子部分15a，并不限于鉻鐵砂或類似的具有高熱傳導(dǎo)性的砂，也可以是硅砂或類似的砂。
下型腔4是由厚鑄鐵板制成的，并具有延伸通過(guò)且與流道14相連通的上冒口13。
在這個(gè)實(shí)施例中，所示下型腔4是由一個(gè)鑄鐵板構(gòu)成的，但并不限定于此。如圖7所示，其下型腔可以是冷卻塊8C的形式，冷卻塊8C被置于它的上部，中間夾有耐火砂9C。這樣就增加了在底部的熔態(tài)金屬的冷卻效果。
型芯2懸掛在頂蓋3的下面，被放入外型腔1的內(nèi)部，在它的中心部分有一個(gè)一級(jí)管子11b，該管子的下端有一個(gè)中空盤式的支管部分16。在一級(jí)管子11b的上面有一個(gè)固定用的法蘭盤17，通過(guò)它，型芯2附在頂蓋3上。
冷卻塊8b壘砌在支管部分16上表面的上方，以形成型芯2的周緣側(cè)表面。二級(jí)管子10b穿過(guò)頂蓋3，然后通入冷卻塊堆8b與支管部分16的上表面連通，這樣就與一級(jí)管11b相連。借助在管子中的流水，二級(jí)管10b用于冷卻冷卻塊8b。一級(jí)管11b是由具有高強(qiáng)度的諸如鋼管的管材料制成的，以便支撐冷卻塊8b，以及圍繞冷卻塊8b和支管部分16的外圍的砂層9b和砂子部分15b的全部載荷。另一方面，考慮到管子的易加工性，二級(jí)冷卻管10b宜用銅管制作。此外，肋18用于固定耐火砂。
圖5顯示了型芯的另外一種實(shí)施例。一級(jí)管11b裝在二級(jí)管10b之中，在10b的外周緣有一定數(shù)量的向外伸出的翼片19。而且這種翼片19也用作使砂子部分15b比較容易地粘在二級(jí)管10b的外部邊緣上。為了將型芯固定在頂蓋3上，一個(gè)固定用的法蘭盤17附在二級(jí)管10b上。二級(jí)管10b借助其中的流水來(lái)冷卻砂子部分。
頂蓋3包括一個(gè)鋼或類似材料的外蓋板20，而由硅砂或其它砂子構(gòu)成的砂子部分21位于外蓋板20的內(nèi)表面上，型芯2的載荷由外蓋板20支撐。當(dāng)注入熔態(tài)金屬后作用在型芯上的浮力借助卡具22并通過(guò)外蓋板20作用在金屬框架上。砂子部分21用于緩慢地冷卻注入模型里的熔態(tài)金屬的最后凝固部分，并聚集在鑄造產(chǎn)品的上部的諸如縮孔或類似鑄造缺陷。圖1所示的鑄型是一種型腔5和型芯2的側(cè)面的整個(gè)長(zhǎng)度上壘砌冷卻塊的結(jié)構(gòu)，但本發(fā)明并不限于此，它可以使用諸如僅在型腔5的內(nèi)表面上和在型芯2的外表面上與熔態(tài)金屬接觸的部分壘砌冷卻塊的結(jié)構(gòu)。
現(xiàn)在將使用圖1所示的鑄型的最佳鑄造方法描述如下首先，將一種諸如空氣或氮?dú)獾牧黧w在壓力下通過(guò)供給源(圖中未示出)注入側(cè)型腔5的管子11a和型芯的管子11b中。然而這種流體也可以通過(guò)供給源注入管子10a和管子10b中。如果由于管子的缺陷造成氣體泄漏時(shí)，通過(guò)檢查氣體壓力很容易探測(cè)出來(lái)。檢查管子泄漏的原因是為了防止接踵而來(lái)的危險(xiǎn)，來(lái)自滲漏管子的水與熔態(tài)金屬接觸后可能引起爆炸。
當(dāng)證實(shí)不存在氣體泄漏后，通過(guò)上澆注口13，將熔態(tài)鑄鐵傾注進(jìn)鑄型腹腔24內(nèi)。當(dāng)熔態(tài)鑄鐵澆注完畢后，再檢查氣體壓力，看看管道是否可能被熔態(tài)金屬的熱量所損壞。
然后，通過(guò)供給源(圖中未示出)將冷卻水注入管子11a和11b，用以迅速地冷卻熔態(tài)金屬。而后，這種水亦可通過(guò)供給源流入管子10a和10b中。冷卻水的量根據(jù)鑄造產(chǎn)品的大小和形狀受到控制，以給產(chǎn)品提供適當(dāng)?shù)睦鋮s速度和凝固時(shí)間。水的供給一直持續(xù)到熔態(tài)金屬凝固完畢。
一當(dāng)熔態(tài)金屬凝固完畢，水的供應(yīng)就停止，借助一個(gè)泵(圖中未示出)，將存留在管子11a和11b、11a和11b中的水排出。
在這些管子中的氣道通過(guò)關(guān)閉閥門(圖中未示出)而切斷，這樣一來(lái)就把這種冷卻管當(dāng)成隔熱管來(lái)使用，以便慢速冷卻凝固的鑄鐵材料來(lái)增強(qiáng)鑄鐵產(chǎn)品鐵素體化，從而獲得具有高強(qiáng)度和韌性的鑄件。
用這種方法，加厚的底部首先凝固。而且加厚部分的中芯部的凝固時(shí)間減少到采用普通砂型的大約1/4。其結(jié)果是產(chǎn)品的質(zhì)量變得一致，并可防止鑄造缺陷。同時(shí)，由于最后的凝固部分位于鑄造件的上部，這與有底的中空產(chǎn)品底朝上的鑄造情況相比，增加了鑄件的產(chǎn)量。
德國(guó)專利DE3216327C1和DE3120221C2公開(kāi)了一種靜態(tài)鑄造鑄型，包括一個(gè)側(cè)型腔和一個(gè)型芯，這兩者都有冷卻管，其型芯置于下型腔上，在該模型的上部有一個(gè)冒口。因此，冒口部分大，使鑄造產(chǎn)量低得可憐。這兩個(gè)先有技術(shù)的不同處還在于側(cè)型腔，其側(cè)型腔有一個(gè)砂型，而根據(jù)本發(fā)明，其側(cè)型腔的周緣上有一個(gè)冷卻用的組合結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的一個(gè)例子以及先前技術(shù)的一個(gè)例子分別說(shuō)明如下(1)端部封閉的圓筒形的鑄造產(chǎn)品(重20.5噸)，如圖6所示，用圖1所示的本發(fā)明的靜態(tài)鑄型，以及用普通砂型形式的靜態(tài)鑄型來(lái)鑄造。圖6中使用的單位是毫米(mm)。
(2)使用的熔態(tài)金屬是球墨鑄鐵，在1300±10℃的溫度下鑄造。熔態(tài)金屬的成份如下其值是重量的百分比，其余的基本上是鐵。
碳 3.6% 磷 0.021%硅 2.3% 硫 0.008%
錳 0.18% 鎂 0.06%(3)在先前技術(shù)的例子中，完全凝固大約需要10小時(shí);而在本發(fā)明的例子中，完全凝固的時(shí)間是先前技術(shù)例子的1/4時(shí)間。并且，本發(fā)明的例子中沒(méi)有破裂發(fā)生。
(4)從本發(fā)明的例子和先前技術(shù)的例子中抽取試驗(yàn)樣塊，對(duì)它們的機(jī)械性能和金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢驗(yàn)。
兩塊試塊都取自每個(gè)鑄件的高度方向上的中間處，其一是從外表面向內(nèi)的50mm的深處，另一是厚度的中間處。
機(jī)械性能的試驗(yàn)結(jié)果如表1所示表1抗拉強(qiáng)度屈服強(qiáng)度伸長(zhǎng)公斤／mm2(×106巴)公斤／mm2(×106巴)％本 至外表面發(fā) 39.0(382.2) 25.5(249.9) 24.0明 50mm深處的 厚度的中心 38.2(374.4) 25.7(251.9) 15.0例子先前 至外表面 40.6(397.9) 25.5(249.9) 20.5技 50mm深處術(shù) 厚度的中心 30.8(301.8) 24.2(237.2) 5.0的例子從表1可以看出，本發(fā)明例子中心的鑄造件的機(jī)械性能在外表面和內(nèi)部?jī)商帋缀跸嗤?，而使用通常的砂型的先有技術(shù)的例子中，在產(chǎn)品的內(nèi)部和外表面處的性能變化相當(dāng)大，特別是伸長(zhǎng)的變化多達(dá)4倍。
圖8和圖9是本發(fā)明例子的鑄造結(jié)構(gòu)的顯微照片(×100)。
在圖8中顯示了在距外表面50mm深處的顯微結(jié)構(gòu)，而圖9顯示了厚度中芯處的顯微結(jié)構(gòu)。這兩種結(jié)構(gòu)的比較表明鑄造產(chǎn)品靠近外邊的部分具有細(xì)致的結(jié)構(gòu)，而其內(nèi)部的結(jié)構(gòu)比較粗糙，但兩者都展示了球墨結(jié)構(gòu)，因而證實(shí)了在這兩者的如表1中所列的機(jī)械性能之間只有很小的差異。
圖10和11是先前技術(shù)的例子中鑄造結(jié)構(gòu)的100倍顯微照片，圖10中顯示了它的距表面50mm深處的顯微結(jié)構(gòu)，圖11顯示了厚度中心處的顯微結(jié)構(gòu)。厚度中心的結(jié)構(gòu)并不是球墨鑄鐵，可以看到其中相當(dāng)粗的石墨和致密的蠕墨。從圖10和11的顯微結(jié)構(gòu)看，表1所示的機(jī)械性能在鑄造產(chǎn)品的內(nèi)部和外層有顯著變化就可以理解了。
根據(jù)本發(fā)明的靜態(tài)鑄型，外型腔是用內(nèi)側(cè)壁周緣壘砌的冷卻塊以及夾在其間的耐火砂層構(gòu)成，因此，每塊冷卻塊受熱后可自由膨脹。這樣即使不考慮所增加的冷卻效果，也能防止外型腔的內(nèi)表面的大的變形，以及由于這種大的變形在鑄造產(chǎn)品上所導(dǎo)致的破裂。
用與外型腔內(nèi)側(cè)壁同樣的方式，在型芯的外壁和下型腔的上表面設(shè)置冷卻塊和耐熱材料層將使熔態(tài)金屬的冷卻效果得到進(jìn)一步提高。
而且由于冷卻管緊臨冷卻部件，鑄造產(chǎn)品的冷卻速度和凝固時(shí)間可以根據(jù)需要來(lái)控制，這樣，即使對(duì)大規(guī)格的鑄造產(chǎn)品也能獲得所希望的鑄造結(jié)構(gòu)。
應(yīng)該指出本領(lǐng)域的技術(shù)人員可在不超出權(quán)利要求
的范圍內(nèi)，容易地作出各種改動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一個(gè)中空有底鑄件的靜態(tài)鑄型，包括一個(gè)頂蓋，一個(gè)外型腔具有一個(gè)側(cè)型腔和一個(gè)帶有作為上冒口的開(kāi)口的下型腔，一個(gè)裝于外型腔內(nèi)部的型芯；頂蓋位于外型腔上，并且型芯附在頂蓋上，在外型腔的側(cè)型腔的內(nèi)周緣上具有組合冷卻部分，形成側(cè)型腔的內(nèi)壁部分，組合冷卻部分為壘砌的冷卻塊和夾于其間的耐火砂，以便冷卻塊能由于受熱而自由膨脹；在外型腔的側(cè)型腔的外壁部分有耐火砂；有若干管子，每根管子縱向延伸并通過(guò)相應(yīng)的組合冷卻部分，至少與在內(nèi)壁部分的每一壘砌冷卻塊的一部分相接觸，以便借助管子中的流水冷卻冷卻塊。
2.如權(quán)利要求
1中所述的鑄型，其中型芯的外部周緣壁具有組合冷卻部分，它由壘砌的冷卻塊和夾于其間的耐火砂組成，以便冷卻塊由于熱而能自由膨脹。
3.如權(quán)利要求
1中所述的鑄型，其中型芯是這樣構(gòu)成的，在它的有耐火砂的中心部分，有一個(gè)縱向延伸的一級(jí)管，一個(gè)二級(jí)管也縱向延伸并至少與每一冷卻塊的一部分接觸，一級(jí)管和二級(jí)管在較低的部位同一個(gè)中空支管部分相連，以便通過(guò)二級(jí)管中的流水冷卻冷卻塊。
4.如權(quán)利要求
1中所述的鑄型，其中下型腔是這樣構(gòu)成的在它的上部有冷卻塊和夾在冷卻塊中間的耐火砂。
5.如權(quán)利要求
1所述的鑄型，其中各冷卻塊是由鑄鐵材料制成的長(zhǎng)方形實(shí)心分離結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求
1所述的鑄型，其中每一冷卻塊是由鑄鐵材料制成的，而且是一種具有梯形橫截面的集成結(jié)構(gòu)。
7.利用靜態(tài)鑄造鑄型生產(chǎn)中空帶底產(chǎn)品的鑄造方法，該鑄型包括一個(gè)頂蓋、一個(gè)型芯和一個(gè)外型腔，型芯附在頂蓋上并裝于外型腔中，外型腔包括側(cè)型腔和具有上冒口的下型腔，側(cè)型腔是這樣構(gòu)成的在它的內(nèi)周緣壁部有由壘砌的冷卻塊和夾在其間的耐火砂構(gòu)成的組合冷卻部分，而且在它的外壁部分也有耐火砂，冷卻管在內(nèi)壁部分縱向延伸，且至少與致冷塊的一部分接觸，該鑄造方法包括如下步驟通過(guò)上冒口將熔化的金屬注滿整個(gè)鑄造腹腔。為了盡快地冷卻熔態(tài)金屬，將冷卻水注入冷卻管，其中水的供應(yīng)一直持續(xù)到熔態(tài)金屬凝固完畢，當(dāng)熔態(tài)金屬凝固完畢，停止供水，排出存留在水管中的水。
8.如權(quán)利要求
7中所述的鑄造方法，其步驟還包括于注入熔態(tài)金屬之前，在壓力下將氣體輸入冷卻管，并檢查在管道中是否有任何氣體滲漏。
9.如權(quán)利要求
7或8中所述的鑄造方法，其步驟還包括檢查當(dāng)熔態(tài)金屬注入整個(gè)鑄造型腔后，在管道中是否有氣體滲漏。
10.如權(quán)利要求
7至9中的任意一項(xiàng)所述的鑄造方法，其步驟還包括當(dāng)抽出存留在冷卻管中的水后，切斷冷卻管中的氣流。
專利摘要
一種中空帶底鑄造產(chǎn)品的靜態(tài)鑄造鑄型包括頂蓋、型芯和外型腔，該型芯附在頂蓋上并置于外型腔內(nèi)。外型腔包括一個(gè)側(cè)型腔和一個(gè)下型腔。在側(cè)型腔的內(nèi)周緣壁部有壘砌的致冷塊和夾于其間的耐火砂，在它的外壁部分有耐火砂。冷卻管包括一套一級(jí)管和二級(jí)管。一級(jí)管在外壁部分縱向延伸，并通過(guò)耐火砂；二級(jí)管在內(nèi)壁部分縱向延伸，并與每一冷卻塊的一部分接觸。一級(jí)管和二級(jí)管在下部通過(guò)彎曲部相連。冷卻塊借助在二級(jí)管中的流水冷卻。
文檔編號(hào)B22C9/00GK86107495SQ86107495
公開(kāi)日1987年7月8日 申請(qǐng)日期1986年10月30日
發(fā)明者中村史朗, 井上勝哉 申請(qǐng)人:久保田鐵工株式會(huì)社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan