CN105228773A

CN105228773A - 铸造方法

Info

Publication number: CN105228773A
Application number: CN201480028884.XA
Authority: CN
Inventors: T·J·亚尼克; T·马耶夫斯基
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2013-04-05
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2034-04-03
Also published as: EP2981374A4; US9522425B2; CN105228773B; US20160039001A1; US9192987B2; EP2981374A1; WO2014165683A1; US20140299287A1

Abstract

一种铸造物件的方法，包括在可旋转模具中定位物件的第一部分，所述第一部分由第一材料形成。此外，所述方法包括：在旋转模具的同时，将熔化的第二材料浇注到所述模具中所述第一部分上方以形成冶金结合到物件的第一部分的物件的第二部分。

Description

铸造方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年4月5日提交的美国临时专利申请第61/809,029号的权益，其全部内容通过引用合并到本文中。

技术领域

本发明总体上涉及一种铸造方法，并且更具体地，涉及一种铸造物件(例如，用于压实机轮子的磨损部件)的方法。

背景技术

压实机(例如，填埋压实机和填土压实机)通常包括装配有齿的钢轮，所述齿从轮子径向向外延伸以接合并压实压实机从其上方驶过的材料。一段时间后，齿会磨损并且其被替换为新制造的齿。

McCartney的美国专利第6,632,045号(“′045专利”)公开了一种制造适于焊接到钢轮的两部分齿的示例性方法。所述齿包括：由可焊接材料制成的基座；以及由比用于基座的金属更硬的金属制成的护罩。根据′045专利，所述齿通过以下步骤制成：通过在第一模具中铸造基座，将基座移动到第二模具中，以及在第二模具中将护罩铸造到基座上。当铸造护罩时，熔化的金属流入基座的匹配构造，以确保当熔化的金属固化时护罩牢固地嵌在基座上。

虽然′045专利的制造方法可生产适用于某些应用的齿，但是所述齿不能很好地适用于其它应用。例如，′045专利的制造方法可以生产的齿不能很好地适用于齿的重量施压于压实机的传动系统部件而不明显改善压实的应用。在这样的应用中，齿可能导致传动系统部件过早损坏，从而不必要地增加了与压实机相关的维护成本。

本发明的各个实施例涉及克服现有技术的一个或多个缺陷。

发明内容

在本发明的一个示例性实施例中，一种铸造物件的方法包括：在可旋转模具中定位所述物件的第一部分，所述第一部分由第一材料形成。另外，所述方法包括：在旋转所述模具的同时，将熔化的第二材料浇注到所述模具中所述第一部分上方以形成冶金结合到所述物件的所述第一部分的所述物件的第二部分。

在本发明的另一示例性实施例中，一种铸造物件的方法包括：在执行若干步骤的同时围绕轴线旋转模具。所述步骤包括：将熔化的第一材料浇注到模具中以形成物件的第一部分，所述第一部分具有垂直于所述轴线的实心截面。另外，所述步骤包括：使第一材料冷却。所述步骤还包括：将熔化的第二材料浇注到模具中第一部分上方，以形成物件的第二部分，所述第二部分冶金结合到物件的第一部分。

在本发明的另一示例性实施例中，一种铸造物件的方法包括：在执行若干步骤的同时围绕轴线旋转模具。所述步骤包括：将熔化的第一材料浇注到模具中以形成物件的第一部分，所述第一部分具有垂直于所述轴线的具有非圆形的外边缘的截面。另外，所述步骤包括使第一材料冷却。所述步骤还包括将熔化的第二材料浇注到模具中第一部分上，以形成物件的第二部分，所述第二部分冶金结合到物件的第一部分。

附图说明

图1是用于压实机的示例性轮子的示意图；

图2是用于图1中的轮子的示例性磨损部件的示意图；

图3是图2中的磨损部件的示例性末端和基座部之间的示例性交接面的放大截面图；

图4是用于铸造图2和图3中的磨损部件的示例性装置的截面图；

图5是在图4的装置的示例性模具中的图2至图4的磨损部件的截面图；

图6是另一示例性末端部的示意图；

图7是结合至另一示例性基座部的图6中的末端部的截面图；

图8至图13是又一示例性末端部的示意图；以及

图14和图15是描述制造铸造物件(例如，其它附图中的磨损部件)的所公开的示例性方法的流程图。

具体实施方式

图1示出用于移动式机器(例如，填埋压实机和填土压实机)的钢轮10。如图所示，呈齿的形式的磨损部件20被安装到钢轮10，并且从钢轮10径向向外延伸以接合和压实钢轮10从其上方驶过的材料。然而，应该理解，磨损部件20可以是装配到另一类型的零件(例如铲斗)的齿或可以完全是另一类型的磨损部件(例如，废料金属粉碎机的盘式转子上的锤子)。在任何情况下，在某些实施例(例如，图1的实施例)中，每个磨损部件20可包括末端部30，所述末端部30从钢轮10径向向外延伸以接合和压实钢轮10从其上方驶过的材料。在这些实施例中，末端部30可通过其磨损部件20的基座部40连接至钢轮10，所述基座部40可以焊接到钢轮10。

末端部30可以具有限定其磨损部件20的外表面的远端50。如图1所示，远端50可以是大致I字形的。然而，应该理解，远端50可为其它的形状。例如，远端50可为大致+(加号)形的。或者，远端50可以具有有助于压实材料的另一形状。末端部30还可以包括从末端部30的远端50延伸到近端70的侧表面60。在某些实施例中，侧表面60可以至少部分地凹入，使得它们能够使材料偏转离开基座部40，从而保护基座部40免遭磨损。或者，侧表面60可以具有有利于压实材料的其它形状(例如，不是至少部分地凹入的形状)。不管末端部30的形状如何，末端部30可由具有至少45洛氏C的硬度的材料形成，使其高度耐受由材料的压实引起的磨损。例如，末端部30可由白口铁(例如，高铬白口铁或镍硬铸铁)、碳化铁、等温淬火铁、高碳钢、高碳合金钢、工具钢、碳化钢或不锈钢形成。

参考图2，基座部40可以包括用于将磨损部件20附接到钢轮10的安装端75、与安装端75相对的远端77和从安装端75延伸到远端77的侧表面78。如图所示，安装端75大致成形为符合钢轮10的轮廓，从而便于将磨损部件20附接到钢轮10。然而，值得注意的是，安装端75可包括不符合钢轮10的轮廓的凹部80。当磨损部件20附接到钢轮10时，凹部80可能成为中空腔，从而减少磨损部件20相对于类似尺寸(但实心)的磨损部件的重量。基座部40可以由碳当量(CE)的值小于0.7的材料形成，从而确保它可以使用本领域中的便携式焊接设备(而不是维护设施中通常需要执行的专门的焊接程序)焊接到钢(例如，钢轮10)。例如，基座部40可以由钢(例如碳钢、合金钢或不锈钢)形成。

基座部40可冶金结合到末端部30，即，部分40可主要通过冶金结合附接到部分30。特别是，基座部40的远端77可冶金结合到末端部30的近端70。如图3所示，远端77和近端70之间的交接面(“基座-末端交接面100”)因此可以仅由基座部40的材料和末端部30的材料的混合物组成。即，基座-末端交接面100可以不包括粘合剂或填料金属、氧化物膜和空隙。

基座-末端交接面100的形状(以及因此远端77和近端70)可以是非平面的，并可以与磨损部件20的铸造方法相关联。例如，参考图4，磨损部件20可以使用双浇注方法离心铸造而成，其中熔化的第一材料和第二材料通过漏斗120浇注到旋转模具110内。在模具110以第一速度旋转的同时，可以首先浇注熔化的第一材料以形成末端部30。在使第一材料冷却后，然后在模具110以第二速度(该速度可以与第一速度相同或不同)旋转的同时，可将第二材料浇注在第一材料(此时为末端部30)上方以形成基座部40。两次浇注可以在模具110围绕大致平行于重力加速度的方向(即，浇注时材料下落的方向)的轴线115旋转的同时发生。此旋转会使第一材料沿模具110的侧面上升，从而使末端部30的近端70(以及因此也使基座-末端交接面100)形成大致的抛物线形截面轮廓，如图4所示。应该注意，在基座-末端交接面100下面，末端部30可以具有垂直于轴线115的实心(即，无空隙)截面，如图5所示。此外，应该理解，与轴线115垂直的末端部30的任何截面的外边缘125的形状将由模具110的形状限定。因此，外边缘125可以是非圆形，如图5所示。例如，外边缘125可以为大致I字形(如图所示)、大致+(加号)形或其它形状。

在离心铸造磨损部件20的另一种方法中，末端部30可以在定位于模具110内之前由第一材料铸造、锻造、或加工而成。然后，在模具110围绕着轴线115旋转的同时，熔化的第二材料可以浇注到模具110中末端部30上，以形成基座部40。采用此第二种方法，末端部30的近端70可以先做成几乎任何形状。在模制期间，冶金结合工艺可能导致近端70的形状略微变化，但应该理解，基座-末端交接面100的形状可以至少大致符合近端70的开始形状。例如，如图6所示，近端70可以开始为从末端部30的第一侧140延伸到末端部30的第二侧150的多个凹部130。每个凹部130可以是大致谷形。例如，每个凹部130可以是大致U形，并且其宽度可以大于深度(如图6所示)。在某些实施例中，近端70可以开始为两个凹部130。参考图7，当熔化的第二材料浇注到模具110中此凹部130上方时，第二材料可以使凹部130略微变形成凹部130′。然后，第二材料可以固化以形成基座部40，其中具有多个突起160，每一个突起160均延伸到基座-末端交接面100处的凹部130′的相应一个中。应该注意，在一些实施例中，突起160和凹部130′可以机械地加强基座部40到末端部30的结合。

在基座-末端交接面100处延伸到末端部30的近端70内的任何突起160的数量、形状和放置可以受近端70的开始形状影响。例如，与开始为宽度大于深度的凹部130(如图6所示)不同，近端70可以开始为深度大于宽度的凹部130。作为另一个实例，与开始为大致U形的凹部130(如图6所示)不同，近端70可以开始为大致V形的凹部130。或者，如图8所示，近端70可以开始为大致箱型的凹部230。在又一个替代实施例中，与开始为多个凹部130或230(如图6和图8所示)不同，近端70可以开始为单个凹部330，如图9所示。

或者，如图10所示，近端70可以开始为末端部30的外边缘435中的槽口形式(即，台阶形凹部)的多个凹部430。虽然图10示出的凹部430为仅从第一侧140延伸到第二侧150，但凹部430还可以从末端部30的第三侧440延伸到末端部30的第四侧450，如图11所示。

在又一替代实施例中，如图12和图13所示，近端70可以开始为浴缸形凹陷形式的一个或多个凹部530。尽管这些凹部530可以是近端70仅有的凹部，但近端70还可以包括一个或多个上述的凹部。例如，如图13所示，近端70可以包括两个凹部530和四个凹部430。实际上，应当理解的是近端70可以包括任意数量的凹部130、230、330、430、530和/或任何其它类似形状的凹部的任意组合。

图14和图15是描述铸造例如磨损部件20的物件的示例性方法的流程图，下面章节将进一步讨论。

工业实用性

所公开的磨损部件可以装配到钢部件，并且在装配到填埋压实机和填土压实机的钢部件时是特别有利的。该磨损部件可以铸造成使得它们便于在现场(与在维修设施中相比)对压实机进行维修并且最小化压实机所需的维修量。下面将描述铸造例如所公开的磨损部件的物件的示例性方法。

参考图14，磨损部件20可以使用双浇注方法进行离心铸造，其中在围绕轴线115旋转模具110的同时将熔化的第一材料和第二材料浇注到模具110中(参考图4)(步骤1400)。首先，在以第一速度旋转模具110的同时，可以将熔化的第一材料通过漏斗120浇注到模具110中以形成末端部30(步骤1410)。第一材料可以具有至少45洛氏C的硬度，使末端部30高度耐受由于压实材料所造成的磨损，从而减少必须更换磨损部件的次数。例如，如上所述，第一材料可以是白口铁(例如，高铬白口铁或镍硬铸铁)、碳化铁、等温淬火铁、高碳钢、高碳合金钢、工具钢、碳化钢或不锈钢。虽然漏斗120可定位成使得第一材料浇注在相对于轴线115的固定位置处(例如，沿轴线115)，但漏斗120可以可替代地在浇注期间移动为使得第一材料浇注在相对于轴线115的多个不同位置处。在任何情况下，模具110的旋转可以导致第一材料沿模具110的侧面上升，从而使得末端部30的近端70具有(以及因而基座-末端交接面100也具有)大致抛物线形截面的轮廓，如图4所示。这样的轮廓可以使所述第一材料保护磨损部件20的外表面的大部分，而不占用磨损部件20体积的相应较大的部分，从而最小化形成磨损部件20所需的第一材料(可能比所述第二材料更贵)的量。

接着，可以使第一材料冷却(步骤1420)。然后可以在模具110以第二速度旋转(该速度可以与第一速度相同或不同)的同时将熔化的第二材料通过漏斗120浇注在模具110中第一材料(此时为末端部30)上方以形成基座部40(步骤1430)。第二材料可以具有的碳当量(CE)的值小于0.7，从而确保基座部40可以使用本领域中的便携式焊接设备(而不是维护设施中通常需要执行的专门的焊接程序)焊接到钢(例如，钢轮10)。例如，如以上所讨论，第二材料可以是碳钢、合金钢或不锈钢。虽然漏斗120可以定位为使得第二材料浇注在相对于轴线115(例如，沿轴线115)的固定位置处，但是漏斗120可以可替代地移动为使得第二材料浇注在相对于轴线115的多个不同位置处。值得注意的是，当第二材料碰撞第一材料时，模具110的旋转可导致第二材料沿第一材料的表面径向向外移动，从而去除第一材料的表面上的任何杂质(例如，氧化物膜)。然后第二材料可以将基座部40冶金结合到末端部30。模具110的旋转还可以引起第二材料沿模具110的侧面上升，从而促进基座部40的安装端75中的凹部80的形成。当磨损部件20附接到钢轮10时，凹部80可能进而成为中空腔，从而减少磨损部件20相对于类似尺寸(但为实心)的磨损部件的重量。这样的重量减少可以最小化使用磨损部件20的压实机的传动系统部件上的应力，从而延长传动系统部件的寿命并降低与传动系统部件相关联的维护成本。另外，该重量减少可以最小化操作压实机所需的燃料的量，从而减少了与压实机相关联的操作成本。

在可替代的实施例中，参考图15，磨损部件20可以是使用末端部30离心铸造，末端部30在第一材料定位到模具110中之前由第一材料铸造、锻造或机械加工而成(步骤1500)。特别地，末端部30可定位为其近端70面朝上，使得浇注在末端部30上方的任何材料浇注在近端70上方。然后，在模具110围绕轴线115旋转的同时(步骤1510)，可将熔化的第二材料浇注在模具110中末端部30上方以形成基座部40(步骤1520)。虽然漏斗120可以定位为使得第二材料浇注在相对于轴线115(例如，沿轴线115)的固定位置处，但是漏斗120可以可替代地移动为使得第二材料浇注在相对于轴线115的多个不同位置处。值得注意的是，当第二材料碰撞第一材料时，模具110的旋转可导致第二材料沿近端70径向向外移动，从而去除近端70上的任何杂质(例如，氧化物膜)。在一些实施例中，可以通过近端70的凹部130、230、330、430和/或530来至少部分地引导所述移动，从而潜在地加速和/或减慢移动，并且因此最大化杂质的去除。然后第二材料可以将基座部40冶金结合到末端部30。模具110的旋转还可以引起第二材料沿模具110的侧面上升，从而以与如上讨论的关于双浇注方法相同的方式来促进凹部80的形成。

对本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，在所公开的方法中可以进行各种修改和改变。考虑到本说明书以及本文中所公开的方法的实践，所公开的方法的其它实施例对本领域技术人员来说是显而易见。本说明书和实例旨在仅认为是示例性的，本发明的真实范围由所附权利要求书和其等同方案指明。

Claims

1.一种铸造物件的方法，其包括：

在可旋转模具(110)中定位所述物件的第一部分(30)，所述第一部分(30)由第一材料形成；以及

在旋转所述模具(110)的同时，将熔化的第二材料浇注到所述模具(110)中所述第一部分(30)上方以形成冶金结合到所述物件的所述第一部分(30)的所述物件的第二部分(40)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述物件的所述第一部分(30)被预铸造。

3.根据权利要求1所述的方法，其中：

所述第一材料的硬度为至少45洛氏C；以及

所述第二材料的碳当量(CE)值小于0.7。

4.根据权利要求3所述的方法，其中：

所述第一材料是钢或铁；以及

所述第二材料是钢。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在所述模具(110)围绕大致与重力加速度方向平行的轴线(115)旋转的同时，浇注所述熔化的第二材料。

6.根据权利要求5所述的方法，其中浇注所述熔化的第二材料发生在相对于所述轴线(115)的多个不同位置处。

7.根据权利要求1所述的方法，其中在所述可旋转模具(110)中定位所述第一部分(30)包括：定位所述第一部分(30)使得所述第二材料浇注在包括多个凹部(130)的所述第一部分(30)的端部(70)上方。

8.一种铸造物件的方法，其包括：在围绕轴线(115)旋转模具(110)的同时：

将熔化的第一材料浇注到所述模具(110)中以形成所述物件的第一部分(30)，所述第一部分(30)具有垂直于所述轴线(115)的实心截面；

使所述第一材料冷却；以及

将熔化的第二材料浇注到所述模具(110)中所述第一部分(30)上方，以形成所述物件的第二部分(40)，所述第二部分(40)冶金结合到所述物件的所述第一部分(30)；

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述实心截面具有非圆形的外边缘(125)。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述实心截面具有大致I字形的外边缘(125)。

11.根据权利要求8所述的方法，其中：

所述第一材料的硬度为至少45洛氏C；并且

所述第二材料的碳当量(CE)的值小于0.7。

12.根据权利要求11所述的方法，其中：

所述第一材料是钢或铁；并且

所述第二材料是钢。

13.根据权利要求8所述的方法，其中所述轴线(115)大致平行于重力加速度的方向。

14.根据权利要求8所述的方法，其中所述浇注发生在相对于所述轴线(115)的多个不同位置处。