CN104308114B - 一种筒状铸件的离心浇铸方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种离心浇铸模具，尤其是涉及一种筒状铸件的离心浇铸模具及其离心浇铸方法。所述筒状铸件的离心浇注模具，包括有：铁模、砂套、内推板、挡板。所述砂套外形紧密相贴于铁模内腔，厚度d₁为100mm≥d₁≥50mm，其外周相对于出模平面的斜度L为1:20≥L≥1:100；所述铁模设置在砂套外周并固定在外部的离心浇铸机的连接盘上，其壁厚d₂≥50mm；所述内推板和挡板分别与砂套、铁模连接。工作时，砂套内表面与内推板、挡板所形成的空腔为铸件的铸型腔，在离心浇注完成后采用离心浇注的油缸通过推板将砂套和铸件一起推出脱模。采用本申请铸造所得的铸件其致密性、耐磨性有一定的提高，可获得致密合格的铸件并且提高生产效率。

Description

一种筒状铸件的离心浇铸方法

技术领域

本发明涉及一种离心浇铸模具，尤其是涉及一种筒状铸件的离心浇铸模具及其离心浇铸方法。

背景技术

离心铸造属于特种铸造。多用于筒状铸件，其特点在于金属液浇注到旋转的铸型中，在离心的作用下成型，凝固而获得铸件。

现有的卧式离心铸造，铸件外形由铁模内腔形成，一般铁模内腔有一定的斜度以方便脱模，其中斜度可为一段或几段。铸件壁厚时，采用这种方式铸造通常都要通过水进行强制冷却，导致铸件外表面易形成一层碳化物的硬化层。再者这种铸造方法加工困难，经常需进行高温热处理。

石油钻井的导板是耐磨件，且其外壁上有三条环形的加强筋，实际应用中要求这种导板铸造无缺陷，并有一定的耐磨性。目前采用离心浇注或砂型铸造这种导板，采用砂型铸造所得的铸件易产生缩松或缩孔，达不到致密性和耐磨性的要求；同样的，采用常规离心铸造所得的铸件虽然其致密性和耐磨性有一定的加强，但是在铸造过程中，铸件外壁加工量非常大以使其呈一定的斜度，以方便脱模，从而导致工艺出品率低。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种筒状铸件的砂套离心浇注模具及其铸造方法。采用本申请铸造所得的铸件其致密性、耐磨性有一定的提高，可获得致密合格的铸件并且提高生产效率。

为解决以上技术问题，本发明的提供的第一技术方案为采用一种筒状铸件的离心浇注模具，包括有：铁模、砂套、内推板、挡板。所述砂套紧密相贴于铁模内腔，厚度d₁为100mm≥d₁≥50mm，其外周相对于出模平面的斜度L为1:20≥L≥1:100；所述铁模设置在砂套外周并固定在外部的离心浇铸机的连接盘上，其壁厚d₂≥50mm；所述内推板和挡板分别与砂套与铁模连接；所述砂套内表面与内推板、挡板所形成的空腔为铸件的铸型腔；所述挡板使砂套和铸件(前期为铁水)在离心旋转过程中不脱落，在离心浇注完成后采用离心浇注的油缸通过内推板将砂套和铸件一起推出脱模。

优选的，所述砂套外壁上设置有出气槽。

优选的，所述砂套为由两个半环形拼接而成。

优选的，所述筒状铸件为圆筒状铸件。

优选的，所述砂套采用树脂砂制作。

优选的，所述砂套的厚度d₁为60mm≥d₁≥50mm，其外周相对于出模平面的斜度L为1:50≥L≥1:100；所述铁模的壁厚100mm≥d₂≥50mm。

优选的，所述砂套固定于所述内推板和所述挡板之间，所述挡板采用销子固定在铁模上。

本申请还提供第二方面的技术方案即一种筒状铸件的离心浇铸方法，采用前述任一所述的筒状铸件的离心浇铸模具，并采用以下步骤进行浇铸：

A、铁模预热后，模具低速旋转，采用喷涂方式对砂套和内推板、挡板进行喷涂，保证将砂套间的间隙密封，利用铁模预热的热量，将涂料干燥；

B、模具旋转过程中，将金属液浇铸入铸型腔内，待筒状铸件离心成型；

C、金属液浇铸入铸型完毕后，采用压力为0.05MPa-0.06MPa的恒压、恒量的水对铁模进行冷却。

优选的，步骤C中铸件冷却至850℃～950℃即可进行脱模及后续处理步骤。

优选的，所述脱模及后续处理步骤为脱模时，取下挡板，利用内推板推出砂套和筒状铸件，再对筒状铸件作抛丸清理。

发明的首要改进之处为：采用铁模和砂套结合的铸件模具，运用离心浇注的铸造方法，铸造筒状铸件，尤其是外壁有筋板或加强筋的筒状铸件。使用本申请所述方式铸造铸件，加强了其致密性和耐磨性，并且所得筒状铸件无硬化层和夹砂、缩松、缩孔等缺陷。

本申请离心浇注模具加工量少，铁模加工简单，成本低；本申请离心浇注模具在生产外壁有筋板或加强筋的筒状铸件时，可以优选两半砂套的结合面为台阶形，并以台阶形止口定位，从而更有效地提高砂套的定位精确度和防止铁液渗入砂套与铁模的间隙，避免铁模粘模引起的铁模报废；铸造所得的铸件组织致密、耐磨性好、无夹砂、缩松、缩孔、硬化层等铸造缺陷，铸件不需要进行高温热处理，工艺出品率高。

附图说明

图1为本申请两半砂套之一的俯视图；

图2为本申请砂套台阶形定位示意图；

图3为本申请离心浇铸模具及铸件结构示意图。

图中：1、离心浇注机连接盘2、内推板3、铁模4、砂套5、铸件6、挡板、7、离心浇注的空腔

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本申请的技术方案，下面结合具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

本申请所述的离心浇铸模具，包括有：铁模、砂套、内推板、挡板。其特征在于：所述砂套4紧密相贴于铁模3内腔，厚度d₁为100mm≥d₁≥50mm，其外周相对于出模平面的斜度L为1:20≥L≥1:100；所述铁模3设置在砂套4外周并固定在外部的离心浇铸机的连接盘1上，其壁厚d₂≥50mm；所述内推板2和挡板6分别与砂套 4、铁模3连接；所述砂套4内表面与内推板2、挡板6所形成的空腔为铸件的铸型腔。

所述铁模3固定在外部的离心浇注的连接盘1上；所述砂套4固定在所述内推板2和挡板6之间，外壁紧贴于铁模内腔，一端固定在内推板上，另一端固定在挡板上；所述内推板2通过离心浇注机的中心油缸推杆在铁模内作往复运动；所述的挡板6采用销子固定在铁模3上。

采用本申请砂套离心浇注模具及以下离心浇铸方法应用于铸造环形铸件的详细流程如下：

1、设计并制作砂套离心浇注模具，即所述铁模3、内推板2、砂套4、挡板6，其中所述铁模3壁厚必须达到一定程度以保证强度，并且铁模3设置有与离心浇注机连接盘1相对应的的连接定位结构；所述砂套4使用形成砂套4的模具，采用树脂砂制作成型，其模具可用木模或金属模，且其外壁上设置有出气槽，其中所述砂套4的厚度大小需要能承受铁水的冲击和离心力，消除铸件表面的硬化层；所述铁模3内壁和所述砂套4外壁斜度相吻合。

2、离心浇注前准备：首先将所述的铁模3安装在离心浇注机的连接盘1上并固定，然后将所述的内推板2与离心浇注机的油缸推杆连接，预热所述铁模3，将上述两半制作好并达到终强度的砂套4如图1所示，合箱后放入预热后的铁模3，并且两半砂套4采用图2所示的方式定位，如图3所示，安装上挡板6，将挡板6采用销子固定在铁模上。开机低速旋转，采用喷涂的方式进行施涂，所喷涂料将砂套 4间及砂套4与铁模3、内推板2、挡板6之间的间隙密封，待涂料通过预热的外型铁模的热量干燥。

3、离心浇注：调整离心机的转速并达到工艺设计要求，带动模具旋转，铁水经浇注槽浇注至所述砂套4与离心浇注的空腔7之间，依靠离心力的作用，通过控制铁水重量来控制内孔的加工量，形成铸件。

4、冷却脱模处理：当铁水浇注完毕后，立即采用恒压、恒量的水对所述铁模3 进行冷却一定时间后即铸件5冷却至850℃～950℃时关闭冷却水进行空冷一段时间后关闭离心浇注机后脱模，脱模后立即清理铁模，重复步骤2到4进行下一个铸件的生产。

在具体实施中，以铸造石油钻井的导板为例，所述导板外壁上有3条环形加强筋作为本申请的一个应用。

对照1——现有离心浇注方法

采用现有离心浇注方法铸造筒状铸件。该方法所采用的浇铸模具与本申请的区别主要在于以达到一定的脱模斜度所增加的铸件外壁加工量，其加工量大，工艺出品率低、离心浇注承重大，造成离心浇注机的功率浪费。

对照2——采用本发明的筒状铸件的离心浇注模具进行浇铸：

采用本申请的环形铸件的离心浇注模具，包括有：铁模、砂套、内推板、挡板；所述砂套紧密相贴于铁模内腔，厚度d₁为100mm≥d₁≥50mm，其外周相对于出模平面的斜度L为1:20≥L≥1:100；所述铁模设置在砂套外周并固定在离心浇铸机的连接盘上，其壁厚d₂≥50mm；所述内推板和挡板分别与砂套与铁模连接；所述砂套内表面与内推板、挡板所形成的空腔为铸件的铸型腔；所述挡板使砂套和铸件(前期为铁水)在离心旋转过程中不脱落。浇注时，模具旋转过程中，采用喷涂方式进行喷涂，将金属液浇铸入铸型腔内，当金属液浇铸完毕后，采用压力为0.05MPa-0.06MPa 的恒压水对外型铁模进行冷却，当铸件冷至850～950℃时，采用离心浇注的油缸通过内推板将砂套和铸件一起推出脱模取出铸件。

采用前述本申请方式应用到铸造外壁有筋板或加强筋的筒状铸件。

实施例1——不同砂套厚度值、铁模厚度值和冷却水恒压、恒量值

采用上述对照1、对照2的方式分别铸造石油钻井导板铸件(导板外壁上有3 条环形加强筋)，所制得的石油钻井导板在制备过程中均采用同样的铸件加工量，同一生产方式进行制备，不同之处还体现在：对照2中，砂套4的厚度d₁(mm)、铁模的厚度d₂(mm)、冷却水的恒压P(MPa)、恒量Φ′(mm)。

所制得的石油钻井导板通过试验测量其耐磨性、致密程度、铸件是否顺序凝固、铸件表面是否硬化层、夹砂缩孔、缩松缺陷数量、零件重量G1(Kg)、铸件重量 G2(Kg)，并计算出其工艺出品率所得数据统计于下表1中。

表1——检测结果

实验结果分析：

对照1中零件重285Kg，铸件重489Kg，工艺出品率只有58％，对照2 中零件重285Kg，铸件重395Kg，工艺出品率达到72％，提高了工艺出品率。

对照2中所述砂套4的厚度d₁≥50mm，能承受铁水的冲击和离心力，消除铸件表面的硬化层；外型铁模3壁厚d₂≥50mm，保证强度，提高了铸件的耐磨性，采用恒压P≥0.06MPa、恒量1寸水管的冷却水，铸件表面有硬化层，采用恒压P≤0.06MPa、恒量4分水管的冷却水，砂套厚度d₁≥70mm铸件不能达到从外到内顺序凝固，采用恒压为0.06MPa、恒量4分水管的冷却水冷却既能够满足铸件的顺序凝固又无硬化层。

采用本申请铸造常规外壁有筋板或加强筋的筒状铸件理论工艺出品率提高了10％～15％，铸件的耐磨性提高，因为在离心力的作用下，在从外到内的顺序凝固条件下，铸件无缩松、缩孔缺陷，并且每层紧密结合。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种筒状铸件的离心浇铸方法，其特征在于，采用一种筒状铸件的离心浇铸模具，包括有：铁模、砂套、内推板、挡板；所述砂套紧密相贴于铁模内腔，厚度d1为60mm≥d1≥50mm，其外周相对于出模平面的斜度L为1∶50≥L≥1∶100；所述铁模设置在砂套外周并固定在外部的离心浇铸机的连接盘上，其壁厚100mm≥d2≥50mm；所述内推板和挡板分别与砂套、铁模连接；所述砂套内表面与内推板、挡板所形成的空腔为铸件的铸型腔；

并采用以下步骤进行浇铸：

A、铁模预热后，模具低速旋转，采用喷涂方式对砂套和内推板、挡板进行喷涂，保证将砂套间的间隙密封，利用铁模预热的热量，将涂料干燥；

B、模具旋转过程中，将金属液浇铸入铸型腔内，待筒状铸件离心成型；

C、金属液浇铸入铸型完毕后，采用压力为0.05MPa-0.06MPa的恒压、恒量的水对铁模进行冷却。

2.根据权利要求1所述的离心浇铸方法，其特征在于：步骤C中铸件冷却至850℃～950℃即可进行脱模及后续处理步骤。

3.根据权利要求2所述的离心浇铸方法，其特征在于：所述脱模及后续处理步骤为脱模时，取下挡板，利用推板推出砂套和筒状铸件，再对筒状铸件作抛丸清理。

4.根据权利要求1所述的一种筒状铸件的离心浇铸方法，其特征在于：所述砂套外壁上设置有出气槽。

5.根据权利要求1所述的一种筒状铸件的离心浇铸方法，其特征在于：所述砂套为由两个半环形拼接而成。

6.根据权利要求1所述的一种筒状铸件的离心浇铸方法，其特征在于：所述筒状铸件为圆筒状铸件。

7.根据权利要求1所述的一种筒状铸件的离心浇铸方法，其特征在于：所述砂套采用树脂砂制作。

8.根据权利要求1所述的一种筒状铸件的离心浇铸方法，其特征在于：所述砂套固定于所述内推板和所述挡板之间，所述挡板采用销子固定在铁模上。