CN1005095B - 中空带底铸铁产品的铸型 - Google Patents

Abstract

一种中空带底铸铁产品的静态铸造铸型包括顶盖，型芯和外型腔，该型芯附在顶盖上并置于外型腔内。外型腔包括一个侧型腔和一个下型腔。在侧型腔的内周缘壁部有垒砌的冷却块和夹于其间的耐火砂，在它的外壁部分有耐火砂。冷却管包括一套一级管和二级管。一级管在外壁部分纵向延伸，并通过耐火砂；二级管在内壁部分纵向延伸，并与每一冷却块的一部分接触。一级管和二级管在下部通过弯曲部相连。冷却块借助在二级管中的流水冷却。

Description

中空带底铸铁产品的铸型

本发明是关于在用铸铁材料铸造中空带底的产品时所应用的一种具有冷却装置的静态铸型。

到目前为止，都是通过使用静态砂型来制造大规格、端部封闭的中空的铸铁材料的铸件。但是，其产品并非令人满意，因为，金属结构在各部的厚度或者该产品的壁部并不是一致的。在铸件的表面层即熔态金属与砂型接触处，能获得较好的结构;而特别是在壁部的中心部，由于离砂型的距离较大时，需要较长的凝固时间，因此熔态金属的冷却速度降低，造成石墨结构的降级，从而导致产品的机械性能出现不一致。

另外，本发明人也考虑过是否可能采用日本审查过的专利申请SHO.58-5739所公开的那种用于端部封闭的中空钢锭铸造的静态铸型。其理由是：这种铸型是在芯部具有强制冷却方法，并且具有用金属制成的外型腔，因此这种铸型被认为在增加熔态金属的冷却速度上是有效的。

然而，当应用这种所述的静态铸型来将铸铁材料铸造成产品时，产品发生了产品破裂的缺陷。据认为这是由于在铸造中，金属制成的外型腔内表面的表层部分被融化并剥落失去，结果熔态金属进入外型腔的融化剥落处并在那儿凝固。尤其是当温度降低时，凝固的铸铁材料收缩，而外型腔由于熔态金属的加热而产生热膨胀。然而，这种收缩和膨胀运动彼此受到限制，故导致了产品裂纹的发生。

本发明已经解决了上面所提及的难题。

本发明的目的是提供一种将铸铁材料铸造成中空有底的产品，特别是大规格的产品的静态铸型，它的铸型能迅速地冷却产品的壁的中心部，而不会产生裂纹。

本发明的另一个目的是提供一种将铸铁材料铸造成中空有底的产品的静态铸型，这种铸型由一个外型腔和一个在该外型腔内部的型芯部分组成。在这个外型腔内侧壁表面，通过堆放冷却块并在其间夹入耐火材料层，以便允许冷却块热膨胀;而且提供冷却管道，它至少与冷却块的一部分接触。

本发明的进一步目标是提供一种使用上述铸型的铸造方法，即使当产品的表面部分和壁的中心部分快速冷却时，铸造后也不致引起破裂。

本发明的目的是这样达到的，即提供一个中空带底铸铁铸件的静态铸型，包括：一个顶盖，一个外型腔具有一个侧型腔和一个带有作为朝上的直浇口的开口的下型腔，一个装于外型腔内部的型芯;顶盖位于外型腔上，并且型芯附在顶盖上，在外型腔的侧型腔的内周缘上具有组合冷却部分，形成侧型腔的内壁部分，组合冷却部分为垒砌的冷却块和夹于其间的耐火砂，以便冷却块能由于受热而自由膨胀;在外型腔的侧型腔的外壁部分有耐火砂;有若干管子，每根管子纵向延伸并通过相应的组合冷却部分，至少与在内壁部分的每一垒砌冷却块的一部分相接触，以便借助管子中的流水冷却冷却块。

图的简要说明：

图1是一个剖视图，显示了根据本发明的一个静态铸造模型的实施例。

图2是沿图1的Ⅱ-Ⅱ线剖开的剖面图。

图3和图4是图2中所示的外型腔的其它实施例的剖面图。

图5所示的是一种型芯的实施例。

图6是一个中空带底产品的纵向剖视图。

图7所示的是下型腔的另一实施例的剖视图。

图8是用本发明的铸型所铸造的产品之外表层部分的显微结构图。

图9是用本发明的铸型铸造的产品之壁中心部分的显微结构图。

图10是用常规铸型铸造的产品之外表层部分的显微结构图。

图11是用常规铸型铸造的产品之壁中心部分的显微结构图。

下面，将参考图1来对本发明的静态铸造模型的一个实施例予以详细解释。

这个实施例的静态铸型包括一个外型腔1、一个型芯2和一个顶盖3。外型腔1包括一个下型腔4和一个侧型腔5。型芯2被悬挂在顶盖3上、置于外型腔1的内部。

侧型腔5包括一个金属框架6和一个位于其内周面的组合冷却部分7，该组合冷却部分7的内表面是为形成被铸造产品的外侧表面用的。

组合冷却部分7的内周壁面由许多堆垒的冷却块8a构成，冷却块8a横向和纵向之间都置有耐火砂。提供砂层9a的目的在于允许冷却块8a热膨胀，这种砂应选用诸如铬铁砂、锆砂或类似的具有高导热性的耐火砂。

冷却块8a如图2所示，通常是由铸铁材料制成的长方形的实心分离结构，而且冷却管10a夹持在每个垒砌的冷却块a的中心部分，并通过冷却块8a纵向延伸。冷却管包括管10a和管11a。管10a借助其中的流水使冷却块8a冷却，流水来自外部，通过顶盖3与置于下型腔4的上部的凹坑中的U型带和管11a相连通，管11a埋在冷却块8a的后面的砂子15a之中。应该理解管11a也可以通过金属框架6延伸出去。

在这方面，由于铜的导热性和易加工性，适宜于被用来制作管子10a和11a。此外，冷却块的形状不限制于如图2所示的分离结构，也可以是具有梯形横截面的整体结构如图3所示。而且，每根管子10a可以被夹持在冷却块8a的U形凹槽中，如图4所示。在相对于模型腹腔24的周表面，可以将冷却块做成一种与产品的外形相一致的弧形的或者其它相适应的形态。配置在金属框架6和冷却块8a之间的砂子部分15a，并不限于铬铁砂或类似的具有高热传导性的砂，也可以是硅砂或类似的砂。

下型腔4是由厚铸铁板制成的，并具有延伸通过且与横浇口14相连通的朝上的直浇口13。

在这个实施例中，所示下型腔4是由一个铸铁板构成的，但并不限定于此。如图7所示，其下型腔可以是冷却块80的形式，冷却块8C被置于它的上部，中间夹有耐火砂9C。这样就增加了在底部的熔态金属的冷却效果。

型芯2悬挂在顶盖3的下面，被放入外型腔1的内部，在它的中心部分有一个一级管子11b，该管子的下端有一个中空盘式的支管部分16。在一级管子11b的上面有一个固定用的法兰盘17，通过它，型芯2附在顶盖3上。

冷却块8b垒砌在支管部分16上表面的上方，以形成型芯2的周缘侧表面。二级管子10b穿过顶盖3，然后通入冷却块堆8b与支管部分16的上表面连通，这样就与一级管11b相通。借助在管子中的流水，二级管10b用于冷却冷却块8b。一级管11b是由具有高强度的诸如钢管的管材料制成的，以便支撑冷却块8b，以及围绕冷却块8b和支管部分16的***的砂层9b和砂子部分15b的全部载荷。另一方面，考虑到管子的易加工性，二级冷却管10b宜用铜管制作。此外，肋18用于固定耐火砂。

图5显示了型芯的另外一种实施例。一级管11b装在二级管10b之中，在10b的外周缘有一定数量的向外伸出的翼片19。而且这种翼片19也用作使砂子部分15b比较容易地粘在二级管10b的外部边缘上。为了将型芯固定在顶盖3上，一个固定用的法兰盘17附在二级管10b上。二级管10b借助其中的流水来冷却砂子部分。

顶盖3包括一个钢或类似材料的外盖板20，而由硅砂或其它砂子构成的砂子部分21位于外盖板20的内表面上，型芯2的载荷由外盖板20支撑。当注入熔态金属后作用在型芯上的浮力借助卡具22并通过外盖板20作用在金属框架上。砂子部分21用于缓冲慢地冷却注入模型里的熔态金属的最后凝固部分，并聚集在铸造产品的上部的诸如缩孔或类似铸造缺陷。图1所示的铸型是一种型腔5和型芯2的侧面的整个长度上垒砌冷却块的结构，但本发明并不限于此，它可以使用诸如仅在型腔5的内表面上和在型腔2的外表面上与熔态金属接触的部分垒砌冷却块的结构。

现在将使用图1所示的铸型的最佳铸造方法描述如下：

首先，将一种诸如空气或氮气的流体在压力下通过供给源（图中未示出）注入侧型腔5的管子11a和型芯的管子11b中。然而这种流体也可以通过供给源注入管子10a和管子10b中。如果由于管子的缺陷造成气体泄漏时，通过检查气体压力很容易探测出来。检查管子泄漏的原因是为了防止接踵而来的危险，来自渗漏管子的水与熔态金属接触后可能引起***。

当证实不存在气体泄漏后，通过上浇注口13，将熔态铸铁倾注进铸型腹腔24内。当熔态铸铁浇注完毕后，再检查气体压力，看看管道是否可能被熔态金属的热量所损坏。

然后，通过供给源（图中未示出）将冷却水注入管子11a和11b，用以迅速地冷却熔态金属。而后，这种水亦可通过供给源流入管子10a和10b中。冷却水的量根据铸造产品的大小和形状受到控制，以给产品提供适当的冷却速度和凝固时间。水的供给一直持续到熔态金属凝固完毕。

一当熔态金属凝固完毕，水的供应就停止，借助一个泵（图中未示出），将存留在管子11a、11b、10a和10b中的水排出。

在这些管子中的气道通过关闭阀门（图中未示出）而切断，这样一来就把这种冷却管当成隔热管来使用，以便慢速冷却凝固的铸铁材料来增强铸铁产品铁素体化，从而获得具有高强度和韧性的铸件。

用这种方法，加厚的底部首先凝固，而且加厚部分的中心部的凝固时间减少到采用普通砂型的大约1/4。其结果是产品的质量变得一致，并可防止铸造缺陷。同时，由于最后的凝固部分位于铸造件的上部，这与有底的中空产品底朝上的铸造情况相比，增加了铸件的成品率。

德国专利DE3216327C1和DE3120221C2公开了一种静态铸造铸型，包括一个侧型腔和一个型芯，这两者都有冷却管，其型芯置于下型腔上，在该模型的上部有一个胃口。因此，胃口部分大，使铸造产量低得可怜。这两个先有技术的不同处还在于侧型腔，其侧型腔有一个砂型，而根据本发明，其侧型腔的周缘上有一个冷却用的组合结构。

本发明的一个例子以及现有技术的一个例子分别说明如下：

（1）端部封闭的圆筒形的铸造产品（重20.5吨），如图6所示，用图1所示的本发明的静态铸型，以及用普通砂型形式的静态铸型来铸造。图6中使用的单位是毫米（mm）。

（2）使用的熔态金属是球墨铸铁，在1300±10℃的温度下铸造。熔态金属的成份如下：其值是重量的百分比，其余的基本上是铁。

碳 3.6% 磷 0.021%

硅 2.3% 硫 0.008%

锰 0.18% 镁 0.06%

（3）在现有技术的例子中，完全凝固大约需要10小时;而在本发明的例子中，完全凝固的时间是现有技术例子的1/4时间。并且，本发明的例子中没有裂纹发生。

（4）从本发明的例子和现有技术的例子中抽取试验样块，对它们的机械性能和金属结构进行检验。

两块试块都取自每个铸件的高度方向上的中间处，其一是从外表面向内的50mm的深处，另一是厚度的中间处。

机械性能的试验结果如表1所示：

表1

抗拉强度 屈服强度 延伸率

公斤/mm²（×10⁶巴） 公斤/mm²（×10⁶巴） %

本 至外表面

发 39.0（382.2） 25.5（249.9） 24.0

明 50mm深处

的

例 厚度的中心 38.2（374.4） 25.7（251.9） 15.0

子

现 至外表面

有 40.6（397.9） 25.5（249.9） 20.5

技 50mm深处

术

的

例 厚度的中心 30.8（301.8） 24.2（237.2） 5.0

子

从表1可以看出，本发明例子中的铸造件的机械性能在外表面和内部两处几乎相同，而使用通常的砂型的先有技术的例子中，在产品的内部和外表面处的性能变化相当大，特别是伸长的变化多达4倍。

图8和图9是本发明例子的铸造结构的显微照片（×100）。

在图8中显示了在距外表面50mm深处的显微结构。而图9显示了厚度中芯处的显微结构。这两种结构的比较表明：铸造产品靠近外边的部分具有细致的结构，而其内部的结构比较粗糙，但两者都展示了球墨结构，因而证实了在这两者的如表1中所列的机械性能之间只有很小的差异。

图10和11是现有技术的例子中铸造结构的100倍显微照片，图10中显示了它的距表面50mm深处的显微结构，图11显示了厚度中心处的显微结构。厚度中心的结构并不是球墨铸铁，可以看到其中相当粗的石墨和致密的蠕墨。从图10和11的显微结构看，表1所示的机械性能在铸造产品的内部和外层有显著变化就可以理解了。

根据本发明的静态铸型，外型腔是用内侧壁周缘垒砌的冷却块以及夹在期间的耐火砂层构成，因此，每块冷却块受热后可自由膨胀。这样即使不考虑所增加的冷却效果，也能防止外型腔的内表面的大的变形，以及由于这种大的变形在铸造产品上所导致的裂纹。

用与外型腔内侧壁同样的方式，在型芯的外壁和下型腔的上表面设置冷却块和耐热材料层将使熔态金属的冷却效果得到进一步提高。

而且由于冷却管紧临冷却部件，铸造产品的冷却速度和凝固时间可以根据需要来控制，这样，即使对大规格的铸造产品也能获得所希望的铸造结构。

应该指出：本领域的技术人员可在不超出权利要求的范围内，能容易地作出各种改动。

Claims (12)

1、用于铸造铸铁材料的中空带底产品的铸型，包括：

一个顶盖，

一个外型腔具有一个侧型腔和一个带有作为朝上的直浇口的开口的下型腔，

一个装于外型腔内部的型芯;

顶盖位于外型腔上，并且型芯附在顶盖上，其特征在于：在外型腔的侧型腔的内周缘上具有组合冷却部分，形成侧型腔的内壁部分，组合冷却部分为垒砌的冷却块和夹于其间的耐火砂，以便冷却块能由于受热而自由膨胀;

在外型腔的侧型腔的外壁部分有耐火砂;

有若干管子，每根管子纵向延伸并通过相应的组合冷却部分，至少与在内壁部分的每一垒砌冷却块的一部分相接触，以便借助管子中的流水冷却冷却块。

2、如权利要求1所述的铸型，其特征在于：型芯的外部周缘壁具有组合冷却部分，它由垒砌的冷却块和夹于其间的耐火砂组成，以便冷却块由于热而能自由膨胀。

3、如权利要求2所述的铸型，其特征在于：型芯是这样构成的，在它的有耐火砂的中心部分，有一个纵向延伸的一级管，一个二级管也纵向延伸并至少与每一冷却块的一部分接触，一级管和二级管在较低的部位同一个中空支管部分相连，以便通过二级管中的流水冷却冷却块。

4、如权利要求1所述的铸型，其特征在于下型腔是这样构成的：在它的上部有冷却块和夹在冷却块中间的耐火砂。

5、如权利要求1所述的铸型，其特征在于：各冷却块是由铸铁材料制成的长方形实心分离结构。

6、如权利要求1所述的铸型，其特征在于：每一冷却块是由铸铁材料制成的，而且是一种具有梯形横截面的整体结构。

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