CN102554188A - 在包覆铸造期间支撑管结构的方法 - Google Patents

Abstract

一种在包覆铸造过程期间支撑金属管结构的方法，包括用受压的颗粒材料从金属管的内开口内径向地支撑金属管。受压的颗粒材料通过第一挡块和第二挡块被保持在位，第一挡块和第二挡块被定位在金属管的相对的轴向端处。拉伸连接器，诸如杆或线缆，将第一挡块和第二挡块互连和附连。在包覆铸造过程期间施加到金属管上的压缩径向力通过颗粒材料被传递且被在拉伸连接器中的拉伸力抵抗。

Description

在包覆铸造期间支撑管结构的方法

技术领域

本发明大体涉及一种在包覆铸造(overcast)过程期间支撑金属管的方法。

背景技术

在包覆压铸过程中，其中，浇铸金属，诸如镁或铝被包覆铸造到金属管(诸如钢管、铝管或镁管)上，金属管在施加到金属管上的强压力和/或温度下易于塌陷。为了防止在包覆铸造过程期间金属管的塌陷，金属管必须设计有足够的横截面强度或以其他方式被支撑以抵抗塌陷。包覆铸造工艺可以包括任何合适的工艺，包括但不限于压铸工艺、永久铸模工艺、半永久铸模工艺或砂铸工艺。

发明内容

提供了一种形成双金属复合结构的方法。该方法包括将第一挡块在金属管的第一轴向端附近定位在金属管的内开口内，用颗粒材料填充金属管的内开口，及将第二挡块在金属管的第二轴向端附近定位在金属管的内开口内。第二挡块被定位为使得颗粒材料被布置在第一挡块和第二挡块之间。该方法还包括使在金属管的内开口内位于第一挡块和第二挡块之间的颗粒材料受压，和将浇铸金属包覆铸造到金属管上。当颗粒材料受压时，浇铸金属被包覆铸造到金属管上，而颗粒材料径向地支撑金属管，从而在浇铸金属到金属管上的包覆铸造期间施加的任何压缩力通过金属管被传递和传递到颗粒材料中，以防止金属管的塌陷。

还提供了一种用于包覆铸造过程的支撑金属管的方法。该方法包括将第一挡块在金属管的第一轴向端附近定位在金属管的内开口内，用颗粒材料填充金属管的内开口，及将第二挡块定位在金属管的内开口内。第二挡块被定位在金属管的第二轴向端附近，从而颗粒材料被布置在第一挡块和第二挡块之间。该方法还包括使在金属管的内开口内位于第一挡块和第二挡块之间的颗粒材料受压，以径向地支撑金属管，及紧固第一挡块和第二挡块的相对于互连第一挡块和第二挡块的拉伸连接器的位置。

相应地，受压的颗粒材料，其在金属管的内开口内分别通过第一挡块和第二挡块被保持在位，在包覆铸造过程期间径向地支撑金属管，由此防止金属管塌陷。在包覆铸造过程期间施加到金属管上的任何压缩力被传递到颗粒材料，其压靠第一挡块和第二挡块中的每一个，由此使拉伸连接件受拉。如果双金属复合结构包括连接第一挡块和第二挡块的拉伸连接器，那么在拉伸连接器内的拉力将第一挡块和第二挡块保持在位，防止颗粒材料在金属管的内开口内轴向散布，和由此保持金属管的径向支撑。可替换地，如果第一挡块和第二挡块被牢固地固定到金属管，诸如通过在其之间的机械压力、焊接连接或压配合接合，那么金属管可以用作在第一挡块和第二挡块之间的拉伸连接器。此外，如果铸模工具，诸如但不限于“铸模拉拔件(die pull)”或其它工具，将压力施加到第一挡块和第二挡块上以使颗粒材料受压，那么力被反作用回到铸模工具或其它工具。一旦完成包覆铸造过程，第一挡块和第二挡块可以从拉伸连接器断开，颗粒材料可以被简单地倒出金属管的内开口并回收用于将来使用。因为金属管在包覆铸造过程期间由颗粒材料径向地支撑，可以最小化金属管的壁厚度、以减少双金属结构的重量和成本。

本发明的上述特征和优势及其他特征和优势将从用于实施本发明的最佳模式的以下详细描述并连同附图而显而易见。

附图说明

图1是直的双层金属结构的示意横截面图，所述结构以根据此处披露的方法通过颗粒材料被在内部支撑以在包覆铸造过程期间抵抗压缩力。

图2是在图1中示出的直金属管的端部的放大的示意图。

图3是在图1中示出的直金属管的端部的示意平面图。

图4是弯曲的双层金属结构的示意横截面图，其根据此处披露的方法通过颗粒材料被在内部支撑以在包覆铸造过程期间抵抗压缩力。

具体实施方式

参考附图，其中，相同的附图标记在若干幅视图中表示相同的部件，双层金属结构大体在20处示出。参考图1，双层金属结构20包括金属管22，一层浇铸金属24被包覆铸造到金属管22上，由此形成双层金属结构20。金属管22可以包括但不限于钢管、铝管或镁管中的一种。浇铸金属24可以包括但不限于铸造镁金属或铸造铝金属中的一种。

还参考图3，金属管22包括壁26，该壁具有内表面28，该内表面限定内开口30。内开口30限定内周界32，该内周界绕内表面28的周边延伸。金属管22和由此限定的内开口30，沿纵向轴线34延伸，该纵向轴线沿金属管22的中心线定心。金属管22包括第一轴向端36和第二轴向端38，第二轴向端与第一轴向端36沿纵向轴线34隔开。金属管22在第一轴向端36和第二轴向端38处均开口，以限定延伸通过金属管22的连续的通道。如图所示，金属管22包括垂直于纵向轴线34的环形横截面形状。然而，应意识到金属管22的横截面形状可以包括不同形状，包括但不限于方形形状、矩形形状、多边形形状、椭圆形形状或复杂形状。

如上所述，浇铸金属24包覆铸造在金属管22上，以形成双层金属结构20。形成双层金属结构20的方法包括将第一挡块40在金属管22的第一轴向端36附近定位在金属管22的内开口30内。如图3所示，第一挡块40包括外周界42，其小于内开口30的内周界32，从而第一挡块40在金属管22的内开口30内可自由地移动。第一挡块40可以包括但不限于金属垫圈或一些其它类似装置。可替换地，第一挡块40可以包括压配合到金属管22的内开口30中的紧密配合止挡件，其完全封闭和密封金属管22的第一轴向端36。第一挡块40还可以被永久固定到金属管22和封闭金属管22，诸如通过焊接。

该方法还包括用颗粒材料44填充金属管22的内开口30。颗粒材料44可以包括但不限于金属珠、金属丸、陶瓷珠(支撑剂)或沙子中的一种。颗粒材料可以是中空的，诸如但不限于玻璃球，或可以是实心的。颗粒材料44优选地是不可压缩的材料。如在此使用的，不可压缩的材料被定义为包括能够经受压缩应力而没有显著变形或破裂的材料。颗粒材料44可以包括但不限于均匀的粒级。应意识到，颗粒材料44包括多个颗粒，每一个具有有效直径46，以及颗粒材料44的均匀的粒级可以被解释为包括具有在预定范围和/或尺寸内的稍微不同的有效直径46的每一个颗粒。可替换地，如果颗粒材料44不包括均匀的粒级，那么各个颗粒的尺寸被限制到不能够在第一挡块40和/或第二挡块48周围从金属管22内逃脱的最小尺寸。可以选择颗粒材料44的颗粒的各尺寸，以最大化堆积密度，由此最大化颗粒材料44的密集体的抗压强度。尽管颗粒材料44的颗粒的有效直径46被描述为包括直径，应意识到，有效直径46可以包括其它非环形形状，以及有效直径46可以包括在任何两个相对表面之间的最小距离。

一旦金属管22的内开口30充满颗粒材料44，那么第二挡块48在金属管22的第二轴向端38附近被定位在金属管22的内开口30内。第二挡块48被定位为使得，颗粒材料44被布置在第一挡块40和第二挡块48之间。与第一挡块40一样及类似于图3的表示，第二挡块48包括外周界42，其小于内开口30的内周界32，从而第二挡块48在金属管22的内开口30内可自由地移动。第二挡块48可以包括但不限于金属垫圈或一些其它类似装置。可替换地，第二挡块48可以包括“铸模拉拔”装置，其位于铸模或模具内，能够密封金属管22的内开口30和将压缩力施加到颗粒材料44。

第一挡块40的外周界42和内开口30的内周界32在其之间限定径向差50，即间隙。类似地，第二挡块48的外周界42和内开口30的内周界32也在其之间限定径向差50，即间隙。在内开口30的内周界32与第一挡块40和第二挡块48的外周界42之间的径向差50分别大于颗粒材料44的最小有效直径46，由此确保颗粒材料44可以分别在金属管22的壁26与第一挡块40和/或第二挡块48之间不滑脱，因此在金属管22的内开口30内的颗粒材料44的质量保持恒定。径向差50可以非常小或不存在。在第一挡块40和/或第二挡块48的外周界42稍微大于金属管22的内周界32的情况下，在第一挡块40和/或第二挡块48与金属管22之间的最小摩擦配合是可以的。然而，在第一挡块40和/或第二挡块48与金属管22之间的摩擦配合会增加需要的压缩力以使颗粒材料44受压和增加移除第一挡块40和/或第二挡块48的难度。这样的摩擦配合会需要机械力以移除第一挡块40和/或第二挡块48。

该方法还包括在金属管22的内开口30内、在第一挡块40和第二挡块48之间使颗粒材料44受压。受压仅需要足以抵抗和防止金属管22在包覆铸造过程期间塌陷。同样，颗粒材料44可以仅需要被最小程度地受压。受压量可以取决于颗粒材料44的类型和尺寸，以及金属管22在包覆铸造过程期间将承受的力。颗粒材料44可以以任何合适的方式受压。例如，颗粒材料44可以通过以下方式受压：用拉伸连接器52将第一挡块40与第二挡块48附连到一起，将第一挡块40和第二挡块48拉到一起以使颗粒材料44受压，然后将第一挡块40和第二挡块48紧固到拉伸连接器52、以保持第一挡块40和第二挡块48相对于拉伸连接器52的位置。可替换地，颗粒材料44可以受压，例如，通过分别向第一挡块40和第二挡块48施加轴向压力并保持该轴向压力，诸如用铸模工具，包括但不限于铸模拉拔件，压力机等，在这种情况下在第一挡块40和/或第二挡块48与金属管22之间的最小摩擦配合可以是被期望的。

如图1所示的，第一挡块40和第二挡块48用拉伸连接器52连接和附连到一起。然而，应意识到，第一挡块40和第二挡块48不必通过拉伸连接器52连接在一起，第一挡块40和第二挡块48可以以一些其它方式紧固在位。拉伸连接器52可以包括但不限于杆或线缆中的一种。如图1所示的，拉伸连接器52包括螺纹杆。如图4所示，拉伸连接器52包括柔性线缆。拉伸连接器52可以由金属制造、但不限于金属。拉伸连接器52包括取决于用于拉伸连接器52的材料和材料的横截面尺寸的抗拉强度。拉伸连接器52可以沿金属管22的内开口30的大致中心线定位。然而，应意识到拉伸连接器52可以从金属管22的大致中心线偏移。此外，拉伸连接器52可以包括定位为贯穿金属管22的内开口30的多个连接器。

参考图2，第一挡块40和第二挡块48的至少一个包括螺纹连接件，所述螺纹连接件将第一挡块40和/或第二挡块48紧固到拉伸连接器52。该方法还包括拧紧螺纹连接件以将第一挡块40和第二挡块48拉到一起来使颗粒材料44受压。如图2中最佳示出的，拉伸连接器52包括螺纹端54，与螺母56螺纹接合。螺母56被布置在第一挡块40和/或第二挡块48的外表面上，与颗粒材料44相反。第一挡块40和/或第二挡块48限定孔58，在图1中示出的，拉伸连接器52的螺纹端54延伸通过该孔。在拉伸连接器52的螺纹端54上拧紧螺母56将第一挡块40和/或第二挡块48拉到一起，由此使在其之间的颗粒材料44受压。

可替换地，第一挡块40和第二挡块48可以以一些其它方式紧固到拉伸连接器52，诸如但不限于夹具或一些其它类似装置。相应地，该方法可以包括在颗粒材料44受压之后，将第一挡块40和第二挡块48紧固到拉伸连接器52，以保持颗粒材料44受压。同样，使颗粒材料受压44可以包括在将第一挡块40和第二挡块48紧固到拉伸连接器52之前，将第一挡块40和第二挡块48拉到一起。可以通过一些其它机械方法使颗粒材料44受压，和将第一挡块40和第二挡块48拉到一起，诸如但不限于压力机等，在此之后第一挡块40和第二挡块48被机械地附连到拉伸连接器52。

该方法还包括将浇铸金属24包覆铸造到金属管22上。浇铸金属24被包覆铸造到金属管22上，同时颗粒材料44受压，从而颗粒材料44可以径向支撑金属管22。颗粒材料44径向支撑金属管22，从而，在浇铸金属24到金属管22上的包覆铸造期间施加到金属管22上的任何压缩力，通常由力箭头60指出，通过金属管22传递并被传递到颗粒材料44。颗粒材料44提供抵抗力，通常由力箭头62指出，由此防止金属管22的塌陷。包覆铸造可以通过任何合适的包覆铸造工艺完成，包括但不限于压铸工艺、永久铸模工艺、半永久铸模工艺或砂铸工艺。包覆铸造过程可以包括将热量和/或压力施加到浇铸金属24上，以将浇铸金属24形成到金属管22的外周界42。在包覆铸造过程期间被传递到颗粒材料44的任何压缩力被传递到拉伸连接器52，通常由力箭头64指出。拉伸连接器的抗拉强度被设计为大于由在浇铸金属24到金属管22上的包覆铸造期间施加的任何压缩力产生的预计的拉伸力。因为拉伸连接器的抗拉强度52大于由压缩力产生的拉伸力，拉伸连接器52在浇铸金属24到金属管22上的包覆铸造期间施加的压缩力下不屈服。应意识到，在包覆铸造过程期间施加到颗粒材料44的压缩力由此向第一挡块40和第二挡块48施加并促使第一挡块40和第二挡块48向外彼此远离。施加到第一挡块40和第二挡块48的该压缩力被在拉伸连接器52中的拉伸力抵抗，由此防止在第一挡块40和第二挡块48之间的任何相对的轴向移动，这保持颗粒材料44在金属管22的内开口30内的容积、形状和尺寸，防止金属管22塌陷。

该方法还包括在浇铸金属24被包覆铸造到金属管22上之后，将拉伸连接器52从第一挡块40和第二挡块48的至少一个断开。一旦第一挡块40和第二挡块48的至少一个从拉伸连接器52断开，该方法还包括在将浇铸金属24包覆铸造到金属管22上之后，将第一挡块40、拉伸连接器52、颗粒材料44和第二挡块48从在金属管22的内开口30内移除。颗粒材料44可以通过将颗粒材料44倒出内开口30而从金属管22的内开口30移除。颗粒材料44可以被倒进容器中，从而颗粒材料44被回收，并能够在将来重新使用。

参考图4，双金属结构的可替换实施例通常示出在120处。结构120包括沿纵向轴线134延伸的金属管122。金属管122和纵向轴线134沿曲线路径延伸。为了将拉伸连接器152大致沿金属管122的中心线定位，拉伸连接器152可以包括附连到其的至少一个支撑件162。支撑件162沿拉伸连接器152的长度与第一挡块40和第二挡块48的每一个隔开。支撑件162被布置使得支撑件162将拉伸连接器152与金属管122的内表面128隔开，并将拉伸连接器152沿内开口的大致中心线定位。支撑件162可以以能够附连到拉伸连接器152和将拉伸连接器152与金属管122的内表面128隔开的任何合适的方式配置。例如，如图4所示，支撑件162被示出有多个指部164，所述指部从中央管166径向向外延伸。拉伸连接器152穿过管的中心，且每一个指部164伸出并接合金属管122的内表面128。指部164足够硬以保持拉伸连接器152的位置，还足够柔性，使得支撑件162可以通过金属管122的内开口被拉动而没有束缚。应意识到，支撑件162可以以此处未示出或未描述的一些其它方式配置。

还考虑上述发明的其它实施例。例如，第一挡块40和第二挡块48两者均可以被永久地固定到金属管22以限定封闭端，而第一挡块40和第二挡块48中的一个限定螺纹孔。颗粒材料44可以通过螺纹孔倒入内开口30中和倒出内开口30，而螺纹孔允许螺栓使颗粒材料44受压。可替换地，金属管22的内表面28可以包括和限定螺纹，用于以螺纹接合的方式接收第一挡块40和第二挡块48中的一个，由此允许第一挡块40和/或第二挡块48到金属管22的移除和附连，和颗粒材料44的受压。

尽管已经对执行本发明的较佳模式进行了详尽的描述，但是本领域技术人员可得知在所附的权利要求的范围内的用来实施本发明的许多替换设计和实施例。

Claims (10)

1.一种形成双层金属结构的方法，所述方法包括：

将第一挡块在金属管的第一轴向端附近定位在金属管的内开口内；

用颗粒材料填充金属管的内开口；

将第二挡块在金属管的第二轴向端附近定位在金属管的内开口内，使得颗粒材料被布置在第一挡块和第二挡块之间；

使在金属管的内开口内位于第一挡块和第二挡块之间的颗粒材料受压；及

当颗粒材料受压时，将浇铸金属包覆铸造到金属管上，以径向地支撑金属管，使得在浇铸金属到金属管上的包覆铸造期间施加的任何压缩力通过金属管被传递和传递到颗粒材料中，以防止金属管的塌陷。

2.如权利要求1所述的方法，还包括用拉伸连接器将第一挡块与第二挡块附连到一起。

3.如权利要求2所述的方法，其中，拉伸连接器具有抗拉强度，且其中，传递到颗粒材料的任何压缩力被传递到拉伸连接器，拉伸连接器的抗拉强度大于由在浇铸金属到金属管上的包覆铸造期间施加的任何压缩力产生的拉伸力，从而拉伸连接器在浇铸金属到金属管上的包覆铸造期间施加的任何压缩力下不屈服。

4.如权利要求2所述的方法，其中，拉伸连接器包括杆或线缆中的一种。

5.如权利要求2所述的方法，还包括将拉伸连接器沿金属管的内开口的大致中心线定位。

6.如权利要求5所述的方法，其中，拉伸连接器包括至少一个支撑件，所述支撑件附连到该拉伸连接器且与第一挡块和第二挡块的每一个隔开，其中，所述至少一个支撑件将拉伸连接器与金属管的内表面隔开，以将拉伸连接器沿内开口的大致中心线定位。

7.如权利要求1所述的方法，其中，内开口限定内周界，第一挡块和第二挡块每一个包括比内开口的内周界小的外周界，从而第一挡块和第二挡块在金属管的内开口内可自由地移动。

8.如权利要求7所述的方法，其中，颗粒材料包括针对颗粒材料的每个颗粒的最小有效直径，且其中，在内开口的内周界与第一挡块和第二挡块的外周界之间的径向差分别大于颗粒材料的最小有效直径。

9.如权利要求2所述的方法，其中，用拉伸连接器将第一挡块与第二挡块附连到一起包括：在使颗粒材料受压之后，将第一挡块和第二挡块紧固到拉伸连接器，以保持颗粒材料的受压。

10.如权利要求9所述的方法，其中，使颗粒材料受压包括：在将第一挡块和第二挡块紧固到拉伸连接器之前，将第一挡块和第二挡块拉到一起。

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