CN1046442C - 生产带有对称螺旋外形零件的方法和铸造装置 - Google Patents

Abstract

为改进具有带螺旋对称于某一对称轴的外形区段的铸铁零件的生产方法，以使这类零件能用少的原料，即以低成本生产。按照本发明通过对一个具有该带螺旋对称外形区段(16)的母模(84)的造型，制得一个相对对称轴沿方位角方向封闭包围该区段的铸型件(50)，用铸型(44)该铸型件(50)浇注，对铸铁熔体表层激冷凝固而制出一种与要生产的零件相应的铸件。

Description

生产带有对称螺旋外形零件的方法和铸造装置

本发明涉及一种生产铸铁零件的方法，该零件尤其用作螺旋压缩机的转子，并且它的其中的一段具有对某一对称轴呈对称螺旋的外形。

在某区段带有螺旋对称外形的零件的生产可采用例如一个圆料、或一个锻造或铸造的辊子，通过切削加工，如铣削、高速铣削或磨削，在它们上面加工出螺旋对称的外形。

在这种熟知的方法中，要复杂的磨削加工花费很大，它一方面需要高的材料费用，另一方面也需要高的加工要求，并且有较大的切削加工量，为最终达到所需要的精度，需要较多的机加工工序。

本发明的目的在于，对上述类型的方法进行改进，使得这类零件能以少的原料，并能以较低的成本来生产。

按照本发明，在开头所述形式的方法中，上述目的可通过下面的方式来达到，即通过制造一个具有带螺旋对称外形段的母模，制得一个相对该对称轴线沿方位角方向封闭并包围该区段的铸型件，并且利用该铸型件并伴随导致铸铁熔体的表层凝固的骤冷，生产出一种与要生产的零件相对应的铸件。

本发明的优点在于，由于铸型件包围该段，伴随有导致铸铁熔体的表层凝固的骤聚冷发生的浇注，可生产已经具有螺旋对称外形、尤其是整体的铸件。因此，生产费用被大大降低，因为，螺旋对称的外形已经是最终外形的近似尺寸或精确尺寸。另外，伴随有导致铸铁熔体的表层凝固的骤冷发生的浇注带来以下优点：由此而获得的尤其是整体的铸件具有所确定的高的物理性能，并且该铸件在差别较大的不同截面上都具有高的材料质量，其中主要是基本均匀，尤其是基本无气孔和缩孔。

因此，如果铸型通过供给铸铁熔体而充满，以使尤其在石墨析出时，可用石墨化压力防止铸件的缩孔和气孔，这是有益的。

为了获得尽可能贯穿截面都均匀的结构，使生产出的铸件具有与铸型件相竖直对准的对称轴，这是很方便的。

对于生产本发明的零件所采用的铸铁，到目前为止尚未见到详细的报道。为获得均匀的结构，如果铸铁在铸型中基本上共晶凝固，这尤其有利。

如果铸铁在铸型中作为单组元系统凝固，这对将要获得的结构的均匀性尤其有利。

这一点尤其可通过以下方式来达到，铸型被注入近似共晶体的铸铁熔体。

鉴于对铸型本身的制造尚未做更详细的说明，因此，在本发明范畴内可考虑，铸型仅独自包括铸型件。不过，如果为制得铸型而将铸型件作为插入件放入两个半铸型之间，以使得，通过这两个半铸型可预先给出和确定要生产的和由此构成一个整体构件的铸件的其它部分形状，另一方面，尽管螺旋对称的外形不适合于带半铸型的铸型，该螺旋对称段也能同时用一个铸型来生产，这是具有优点的，因为，用于螺旋对称外形的半铸型由于其无法从半铸型和母模之间脱模而不能制得。

在本发明范畴内，如果半铸型用壳模法或壳模铸造方法来制得，这是尤其有利的，因为，这种方法使得生产薄壁的和导热良好的半铸型成为可能，这是为使金属熔体辐射凝固所要求的骤冷成为可能所需要的。另外，壳模法还具有以下优点，无拔模斜度要求，因此与传统的铸造方法相比，可生产余量小的零件。

在本发明提出的解决方案中，如果半铸型构成要生产的零件的至少一个与该带有螺旋对称外形段相连的区段的形状，这是尤其具有优点的。

在各实施例的上述说明中，没有对铸型件的生产作出更详细的说明。铸型件例如可采用多个可能的表面加工方法生产。

不过，如果铸型件通过用造型材料对母模进行造型，并随后将母模从铸型件中旋出方式来制得，这尤其具有优点。另外，当铸型件通过在一个外面的造型箱内造型而制得具有限定的外型时，尤其当铸型件作为插入体被收入半铸型中时，特别有利，在这种场合下，半铸型具有一个与铸型件的外形相适应的凹腔。

一种砂型方法尤其适合于铸型件的这种形式的生产，在此，用型砂对母模造型可完成其内形的制造，并如通过对造型箱造型可完成铸型件外形的制造。

关于带有螺旋对称外形的零件的最终适合的形状的生产形式，没有作更详细的说明。例如可以考虑，尤其在对零件精度要求较低时，用原始母模制造中直接按最终外形生产这些零件。

尤其为达到一个高的准确度，其特别具有优点的是，如果带有螺旋对称外形的区段作为带余量的零件被生产，并接下来被切削加工到最终适合的形状，以致尤其对螺旋压缩机可达到其外形的高准确度，但具有低的加工费用，因为可使螺旋对称的外形已经与最终状相近地被生产出。

同样的情况也适合于与带有螺旋对称外形的区段相连的段，如零件的轴端，因为在这些轴端延伸部分区域内要安装一个轴承结构，而因此，该轴承的支承面同样必须以高的精度被加工。

最好在铸件脱模后，通过机械切削在其上加工出一些对中面，然后铸件被夹在这些对中面上并通过机加工完成其终加工。

例如，可通过在一个夹紧装置内进行铣削，并接下来在另一个夹紧装置内磨削来完成终加工。

如果铸件在加工出对中面后在一个夹紧装置内进行终加工，这特别具有优点。这种终加工是一种磨削，尤其是高速磨削。

如果终加工在一个机器上进行，这对其精度尤其有利。

如果对中面的加工在与终加工同一台机器上进行，这也是有利的。

对于所采用的铸铁，在上面所述的方法中没有更详细的说明。

原则上，所有可能的铸铁熔体的变型均可采用，例如也包括一种在其铸铁内含有层状石墨的铸铁熔体。但是，尤其为达到好的表面性能、和好的变载荷强度，以及尤其是好的可延展性，当采用这样的一种铸铁熔体时，即铸件中铸铁含有球状石墨。这尤其有利。其结构最好是以珠光体为主并有少量铁素体。

本发明还涉及一种用来生产具有一个带螺旋对称于对称轴的外形的区段的铸铁零件的铸造装置，其中，该铸造装置尤其用来实施上面所述的本发明提出的方法的变型。

本发明的目的可通过一种这样形式的铸造装置来达到，即一个铸型包括一个铸型件，它具有一个相对对称轴沿方位角方向封闭并包围该带有螺旋对称外形区段，并通过一个具有螺旋对称外形的母模造型制得，并且该铸型被一种浇注时导致注入铸型内的铸铁熔体表层凝固的冷却体所包围。

在开头所描述的方法中，用一种这样形式的铸型，可达到专门的优点，尤其是一种具有高均匀性的铸件，另外在具有螺旋对称外形的区段内被成形成与最终形状近似或精确的形状，以致至少取消昂贵的加工过程。

对于冷却体的组成还没有更详细的说明，因此，兹提出，冷却体最好由钢丸组成，它具有高的的热容量，以便达到一种导致铸件中形成表层凝固的骤冷效果。

在此，如果钢丸的重量至少为铸件重量的8～10倍，这尤其具有优点。

为达到一个好的热交换，如果铸型的壁厚最大为10mm，最好其壁厚最大为5～10mm，这会更加有利。

铸型原则上可独自由铸型件组成。不过，尤其为同时成型出具有螺旋对称外形区段以外的区段，如铸型包括两个半铸型，铸型体放入它们中，这特别具有优点。

半铸型最好这样来设计，即它构成要生产的零件的至少一个区段，与具有螺旋对称外形段相连。

除此之外，本发明还涉及一种用于螺旋压缩机的转子，它具有一个带有螺旋对称的外形的区段，尤其是一个压缩区段，其特征是，该转子按照上面所述的方法或在采用上面所述的铸造装置条件下被生产出来。

本发明还涉及一种用于具有一种带螺旋对称外形的压缩段的螺旋压缩机的转子，按照本发明，它的特征是，该转子在其截面上靠外轮廓一侧，至少某些区段具有一种带有石墨析出的铸铁组成的表面激冷结构。

在这方面，如果转子在它的螺旋对称外形的区域内具有一种由带石墨析出的铸铁组成的表层激冷凝固结果，这是尤其具有优点的。

此外，本发明还涉及一种具有一种对一对称轴呈螺旋对称的外形的铸铁零件，尤其是一种用于具有一种带螺旋对称外形的压缩段的螺旋压缩机的转子，按照本发明，它的特征是，它具有一种贯穿带有螺旋对称外形的区段截面的均匀结构。

如果截面上的这种结构完全无气孔和缩孔这是特别具有优点的，其中，对气孔和缩孔应理能为可见的，并且其直径大于约1/10mm的空心的部分。

一种这样种类的零件最好通过以下方式来获得，即，按照前面所述的方法的一种实施例来生产。

本发明提出的一种零件一种特别优选实施形式，具有附加在螺旋对称外形上的其它成形部件，如轴端延伸部分，它同时跟螺旋对称外形铸成一体，因此，其结构，如通过供料而获得的结构，延伸通过整个整体，并且具有此结构所具有的与简单而便宜的生产相关的特征。

本发明的其它细节和优点将在下面的对本发明的描述和图示中讨论。附图中：

图1是一种螺旋压缩机的纵剖面图，该压缩机采用了带有螺旋对称的外形的转子零件；

图2是沿图1中Ⅱ-Ⅱ线的剖面图，更具体说，该剖面贯穿带有对称螺旋的外形的转子；

图3是生产这种转子铸件的装置的垂直剖面图；

图4是生产图3的铸型的铸型件的装置的纵剖面图；

图5是对本发明的转子铸件在磨削加工时的第一种央装；

图6铸件在终加工时的第二种夹装。

按照本发明生产的零件，例如是图1和图2中所示的螺旋压缩机14的转子10,12，其中，转子10和12中的每一个都设计成具有一个带螺旋对称外形的区段16及18(以下简称螺旋对称段)的整体零件，在该零件内，转子10,12的一个外形具有多个绕一对称轴或螺旋轴20及22螺旋式延伸的螺纹齿24及36，它们具有不同的截面形状，其截面的形状被设计成使得两个转子10和12的螺纹齿24及26彼此紧密地啮合。螺纹齿24和26的截面形状不同，但相互匹配，致使当转子10和12相对转动时，它们中间的介质被压缩。

为此，转子10和12被设在一个用标号30表示其整体的罩内。该罩实际上紧密地包围着螺旋对称段16和18。

另外，转子10和12中的每一个都在螺旋对称段16和18的两端并与对称轴线20和22同轴地构成整体的轴端32及34和36及38。通过这些轴端，转子10和12被可旋转地支承在罩30内。其中，轴端中的一个、即轴端36被引向一个图1中未示出的驱动电机，并由该电机驱动。

按照本发明，转子10或12(例如转子10)的生产可用一个图3中用标号40表示其整体的铸造装置来完成，该装置包括一个铸型箱42，在该箱内设有一个用标号44表示其总体的铸型。在该铸型内，可生产转子10的一种铸件10＇，在此，总的铸件10＇代表一个铸成整体的零件；它即包括螺旋对称段16＇，也包括两个轴端32＇和36＇，其中，用带撇号表示的各元件不是最终适合的尺寸、而具有一个余量。

铸型44本身包括两个半壳模46和48，它们将按照已公开的壳模工艺，如在由VEB-柏林技术出版社于1955年出版的由R.Grochalski博士所著的“铸造造型材料”一书中所描述的那种工艺来制造。这两个半壳模构成轴端延伸部32＇和36＇的形状，该两轴段延伸端沿螺旋对称段16向两端延伸。

用于螺旋对称段16＇的铸造的型腔由一个铸型件50构成，它相对对称轴线沿方位角方向封闭地围住螺旋对称段16＇并被装入两个半壳模46和48之间的一个相应的凹腔52内。例如，铸型件50具有一个对于对称轴20而言的柱状的外圆柱面54和端面56及58，而凹腔52具有一个柱状的内圆柱面60和限制该内圆柱面的环形面62及64，并由它们构成一个尺寸精确的容纳铸型件的50凹腔。

两个半壳模46和48的对开面70这样设置，即使螺旋对称段16＇的对轴线20也位于该面内，它同时构成两个轴端32＇和36＇的对称轴线。

铸型包括两个半壳模46和48及嵌在其内的铸型件50。该铸型件应这样装入箱42内，使对称轴线20沿竖直方向延伸。另外，铸型在箱42内由一种冷却体72所包围，它由钢丸组成，其重量相当于铸件10＇的约8-10倍。

为了通过冷却体72达到一种有效的冷却效果，铸型44的设计，应使它的壁厚最好具有位于铸件10＇和冷却体72之间的5-8mm的厚度，以致在注入到铸型内的铸铁熔体的冷却体72之间的一种热耦合成为可能。

铸型件50的制备应按图4所示的那样，借助一个用80表示其总体的造型装置来实现，该装置具有一个造型箱82，一个螺旋对称段16＇的母模84可装入其中。造型箱82包括一个底板86，它由一个盖板88封闭，其中，造型箱82的一个内壁90限定了柱状外圆柱壁54，底板86限定了端面58、而盖板88限定了端面56，其中，盖板88的设计，应使它具有一个与母模型84的外形相适合的槽道92，以使带有螺旋对称外形的母模84可穿过该槽道延伸并可从盖板88旋出。

另外，母模84以不可旋转的方式与轴94相连，当该轴沿转动轴线96方向位移时穿过一个驱动轮98，但以不可旋转方式与驱动轮98相连接，致使母模94可通过驱动轮98旋转而从盖板88旋出。

母模84的实际导向最好通过盖板内具有与母模外形相对应形成的槽道92来实现，它在与轴线96同轴的对称轴线20的方向上具有这样一个长度，至少近似与母模84在型箱82中的延伸距离。

为制得铸型件50，母模84在型箱82内应旋入这样远，直到它的端面100座在型箱82的底板86上。接下来，借助一台射芯机，使砂子在压力下通过开口102射入在母模84和带有底板86和盖板88的型箱82之间的空间内，并以传统方式被硬化，以使硬化的砂子形成铸型件50。硬化之后，通过驱动轮98旋转，使母模88从铸型件50中旋出，然后揭下盖板88，并从型箱82中取出铸型件50。

该铸型件50则被放入两个按传统壳模方法生产的半壳模46和48内，以组成铸型44。

半壳模46和48用一种壳模工艺中通常使用的砂一树脂混合物来生产和硬化。

尤其当螺旋对称段16＇需要良好冷却时，铸型件50用石英砂、铬矿砂(Chromerz)和锆砂的混合料来生产，这特别具有优点。

埋入冷却体72内的铸型44，在竖直对准对称轴线20条件下，通过一个加料口104、被浇注带有基本上为共晶体的铸铁熔体，在此，铸型44内的铸铁熔体以共晶方式，并由于通过该冷却件形成的激冷而以表层凝固方式凝固。另外，给料将以类似于激冷铸造法中的给料方式(如由K.Naesex工程师在“制造者”杂志3/83上发表的题为“高压特种铸造”的论文中所描述的)来完成，以致通过在铸型44内形成的石墨化压力来阻止缩孔的形成。作为铸铁熔体，最好采用这样形式的一种熔体，使铸件10＇具有一种由具有球型石墨的铸铁组成的结构，因此，最好采用GGG材料，尤其GGG70材料。

其理想的结构基本上为珠光体和少量铁素体，最好约含95％珠光体和5％铁素体。

铸件10＇脱模之后，还要进行机械切削加工，例如，通过仅仅通过在螺旋对称段16＇内的铣削或磨削来完成，以致在去掉余量之后，转子10的螺旋对称段16被得到，并且，另外对轴端延伸部分32＇和36＇进行相应的加工，以获得轴端32和36。

铸件10＇脱模后最好被夹住，并且在夹装的情况下加工出对中面，它或者是容纳尖状物的凹面，或包含至少一种用于工件插入、固定和其它种类的凹面或供尖状物插入的凹面。

在此，尤其如图5所示，铸件10＇在其螺旋对称段16＇，最好是在其两端区域16a＇和16b＇内，用一个爪式夹盘110a和110b夹住，螺旋对称段16＇可以这种简单央紧形式夹住，因为，它是按壳模法生产的，并因此在圆周面区域内具有高的精度，在该区域内可用爪式夹盘110a和110b来实现央紧。

在图5所示的第一种夹装情况下，借助爪式夹盘110a和110b可完成螺旋段16＇的端面112a和112b及轴端延伸部分32＇和36＇的加工。

例如，在轴端延伸部32＇处，继端面112a加工之后，完成一个圆柱面114的加工，并继这之后，完成比圆柱面114后移的圆柱面116的加工，该面最好用来接受轴承。

继圆柱面116之后，接下来加工端侧的螺纹段118。

轴端延伸部32＇的一个端面至少加工成使得形成一个与轴线20同轴的锥形孔122。

另外，在加工端面112b后，例如，对轴端延伸部36＇同样加工，即首先加工一个圆柱面124，它与端面112b相连，然后加工比圆柱面124后移的圆柱面126，该面最好构成轴端，而接下来加工一个附加面128，它同样比圆柱面126沿轴向后移。接下来再加工轴端36＇的端面130，使得形成一个同样与轴线20同轴的锥型对中孔132。

在第一种夹持场合下，最好所有的端面112a和112b和圆柱面114、116、124、126及128都以这些面已预车削的形式来加工。

在加工完中心面之后，用它将铸件10＇固定，并或者借助铣削加工和随后进行的磨削加工；或者在一次夹紧在一个机器内，尤其通过高速磨削来进行终加工。

例如，在第二种夹装情况下，如图6所示，铸件10＇被固定在两个顶尖134和136之间的两个对中孔122和132内，并额外借助用来传递扭矩的夹爪138被央在夹持面128的区域内。

在图6所示的第二种央装在顶尖134和136之间的情况下，完成圆柱面114、116、124和126及端面112a和112b的终磨削，而另外，为达到螺旋对称段的最终适合的外形，对该段进行终磨削。

按图6中被央持在铸件10＇被加工完之后，完成本发明提出的转子10＇。

央持面128保持在加工完的零件上并对使用不妨碍。

本发明的优点在于，加工完的零件可达到一个高的精度，这使得对加工完的转子对进行装配选择成为多余，因为所有转子经低磨削量加工，都具有极好的精度。

Claims (17)

1．一种生产螺旋压缩机转子的方法，该螺旋压缩机转子具有一个带螺旋对称于一对称轴线的外形的区段，其特征是，通过制造一个具有该带有螺旋对称外形的区段的母模，制得一个相对对称轴线沿方位角方向封闭并包围该区段的铸型件，并且，利用该铸型件，通过向铸型中注入铸铁熔体，冷却铸型中的铸铁熔体并且调整注入和冷却条件使由于石墨从所述的铸铁熔体中析出而产生石墨化压力来阻止形成气孔和缩孔，从而在所述的铸型中生成相应于要生产的零件相应的铸铁铸件。

2．按照权利要求1所述的方法，其特征是，所述的铸造是在所述的铸型件的对称轴线竖直的条件下完成的。

3．按照上述权利要求之任一项所述的方法，其特征是，所述的铸型内的铸铁基本上共晶凝固。

4．按照上述权利要求之任一项所述的方法，其特征是，所述的铸型被注入近似共晶体的铸铁熔体。

5．按照上述权利要求之任一项所述的方法，其特征是，为制得所述的铸型，所述的铸型件作为插入物被放入两个半铸型之间。

6．按照权利要求5所述的方法，其特征是，所述的半铸型用壳模法或壳模铸造法制得。

7．按照权利要求5或6所述的方法，其特征是，所述的半铸型形成一个至少一个区段，与带螺旋对称外形的区段相连接。

8．按照上述权利要求之任一项所述的方法，其特征是，所述的铸型件是通过用造型材料对模进行造型而制得，接下来，把母模从铸型件内旋出。

9．按照上述权利要求之任一项所述的方法，其特征是，所述的铸型件是通过在一个外面的造型箱内造型而制得具有限定的外形。

10．一种用来生产相对对称轴线具有带螺旋对称外形区段的铸铁制的螺旋压缩机转子，尤其是用来实施上述权利要求之任一项所述的方法的铸造装置，其特征是，一个铸型(44)包括一个铸型件(50)，它具有一个相对对称轴(20)沿方位角方向封闭包围该带有螺旋对称外形的区段(16)，并通过对一个带螺旋对称外形的母模(84)造型而制得，并且所述的铸型(44)被一种在浇铸时导致注入铸型(44)内的铸铁金属熔体表层激冷凝固的冷却体(72)所包围。

11．按照权利要求10所述的铸造装置，其特征是，所述的冷却体(72)由钢粒组成。

12．按照权利要求11所述的铸造装置，其特征是，所述的冷却体(72)的重量为铸件重量的8至10倍。

13．按照权利要求10至12之任一项所述的铸造装置，其特征是，所述的铸型(44)的壁厚最大为10mm。

14．按照权利要求10至13之任一项所述的铸造装置，其特征是，所述的铸型(44)包括两个半铸型(46,48)，所述的铸型件(50)放入其内。

15．按照权利要求14所述的铸造装置，其特征是，所述的半铸型(46,48)构成要生产的零件的至少一个区段(32＇,36＇)与该带有螺旋对称外形的区段(16)相连。

16．按照权利要求14或15所述的铸造装置，其特征是，所述的半铸型(46,48)用壳模法和壳模铸造法制得。

17．具有一个带有螺旋对称压缩区段的部分的螺旋压缩机转子，其特征在于：所述的转子(10,12)在其截面上具有由带石墨析出的铸铁组成无气孔和缩孔的结构，并且所述的结构在其截面中外轮廓是表层激冷凝固的。

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