專利名稱：連續(xù)鑄造金屬球的鑄型的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是特種鑄造工藝中鑄造金屬球的鑄型，特別是連續(xù)鑄造金屬球的鑄型。
當(dāng)前金屬球的鑄造方法為砂型鑄造或金屬型鑄造。由于球形鑄件的比表面積小，散熱慢，在鑄造過程中補縮困難，所需的補縮系統(tǒng)較大，因而工藝出品率(即鑄件重量占鐵水總重量的百分數(shù))較低。對于φ100毫米的鑄球，砂型鑄造的工藝出品率低于65％。小球的工藝出品率則更低。金屬型鑄球具有尺寸精度高，組織細化，勞動生產(chǎn)率高等優(yōu)點，近年來正在普及。
現(xiàn)有的金屬型鑄球工藝可歸納為以下三類1.垂直分型，一型多鑄。由于每一型可鑄出多個球，生產(chǎn)效率高。采用串鑄方式，工藝出品率可達75％。
2.水平分型，一型多鑄。為了開型取球及補縮的方便，上型的澆口部位一般需放置砂套或其他類型的保溫套，有時設(shè)置保溫冒口。加保溫冒口有利于避免縮孔及縮松，且能提高工藝出品率；但操作工序較多，勞動生產(chǎn)率一般低于上述垂直分型。
3.一型單鑄，加保溫澆口。其優(yōu)點是能夠有效地防止縮孔及縮松，操作較為簡便。不足之處是勞動生產(chǎn)率低，不適宜鑄造小球。
上述各種工藝由于均采用單型間斷澆注，不可避免地要采用澆冒系統(tǒng)，從而限制了鑄球的工藝出品率，一般低于75％。
在特種鑄造領(lǐng)域內(nèi)，連續(xù)鑄造技術(shù)雖然已被用來制造管件和棒件等易于從固定的結(jié)晶器或鑄型中抽動的鑄件，但仍未被用于鑄球，這是因為鑄球不易從固定的模具中取出，且不易保持連續(xù)性。
球形鑄件的連續(xù)鑄造在國內(nèi)外文獻中尚無報道。最近檢索了Derwent公司所收集的，從1963年至1987年關(guān)于各種球的制造方法及設(shè)備方面的專利文獻，也未發(fā)現(xiàn)。
本實用新型的目的是提供一種用于連續(xù)鑄球的鑄型，用此鑄型可實現(xiàn)金屬球的連續(xù)澆注，從而提高鑄球的工藝出品率，降低能源和原材料的消耗。
本實用新型設(shè)計的鑄型由型腔，澆注通道，排氣槽等構(gòu)成，其有三種類型，第一種鑄型為每型一個球坑，球坑的上下端分別與澆注通道相聯(lián)，第二種鑄型為每型有大小多個球坑，大球坑的上下端分別與澆注通道相連，大球坑的兩側(cè)或一側(cè)通過內(nèi)澆道再串接依次漸小的球坑；第三種鑄型為每型設(shè)置專用澆注補縮通道，通道的兩側(cè)或一側(cè)通過內(nèi)澆道連接一個球坑，也可再向外側(cè)串接依次漸小的球坑。
以下結(jié)合附圖詳細說明實施例。


圖1是第一種鑄型主視圖圖2是第一種鑄型俯視圖圖3是第一種鑄型側(cè)視圖圖4是第二種鑄型主視圖圖5是第二種鑄型俯視圖圖6是第二種鑄型側(cè)視圖圖7是第三種鑄型主視圖圖8是第三種鑄型俯視圖圖9是第三種鑄型側(cè)視圖
圖10是本發(fā)明連續(xù)鑄造工藝流程主視示意圖(鑄型在垂直平面內(nèi)作圓周運動)
圖11是
圖10中G向局部和I向局部示意圖
圖12是
圖10中H向局部開型示意圖
圖13是
圖10中H向局部合型示意圖
圖14是本發(fā)明連續(xù)鑄造工藝流程主視示意圖(鑄型向下垂直運動)
圖15是
圖14的側(cè)視示意圖圖中，(1)是澆包，(2)是鑄型，(3)是鑄球，(4)是澆注通道亦即補縮通道，(5)是型腔即球坑，(5a)是小球坑，(6)是內(nèi)澆道，(7)是排氣槽，(8)是鑄型分型面。連續(xù)鑄球工藝所用的鑄型及澆注系統(tǒng)可以有以下三種類型的單元組合而成。
1.如
圖1、圖2、圖3所示，每型一個球坑。每副鑄型(2)由兩個形狀完全相同的半型組成，垂直分型。型腔為一個球坑(5)，其上下端分別連接一柱狀或其他形狀的澆注通道(4)。在連續(xù)澆注過程中，每副鑄型每個循環(huán)周期僅鑄一個球。
2.如圖4、圖5、圖6所示，每型有大小多個球坑。每副鑄型(2)由兩個形狀完全相同的半型組成，垂直分型。型腔中部為澆注通道(4)及大球坑(5)，兩側(cè)分別用內(nèi)澆道(6)串接直徑小于大球坑(5)的球坑(5a)，在兩側(cè)球坑(5a)的外側(cè)也可由內(nèi)澆道再串接出直徑更小的球坑。這樣，在連續(xù)澆注過程中，每副鑄型自中部向外側(cè)大小球串鑄，鑄球自兩側(cè)小球至中間大球順序凝固，中部大球作為兩側(cè)小球的補縮通道，大球自身的補縮金屬液靠后繼鑄型內(nèi)的鑄球提供。這種鑄型每次可鑄出多個直徑不同的球。這種鑄型也可以僅在大球坑(5)的一側(cè)設(shè)置小球坑(5a)，另一側(cè)不設(shè)置，如
圖10中所示的鑄型(2)。
3.如圖7、圖8、圖9所示，設(shè)置專用澆注補縮通道。每副鑄型仍由兩個形狀完全相同的半型組成，垂直分型。澆注通道(4)為圓柱形或其他棱柱形，兩側(cè)或一側(cè)通過內(nèi)澆道(6)與球坑(5)相通，球坑(5)的外側(cè)也可再設(shè)置直徑較小的球坑。這種鑄型中部的澆注通道(4)起澆道和補縮通道或冒口頸的作用，補縮的金屬液仍由后繼鑄型中的鑄球提供。這種鑄型及澆注系統(tǒng)的工藝出品率略低于前兩種類型，但由于不用冒口，工藝出品率仍可達到85％～90％，遠高于一般的鑄造工藝。
上述三種類型鑄型及澆注系統(tǒng)中的柱狀澆注通道(4)均溝通鑄型(2)的上下端面，其斷面尺寸較小，僅與現(xiàn)有鑄造工藝中同等大小鑄球的冒口頸的尺寸相當(dāng)。內(nèi)澆道(6)均沿鑄型(2)的分型面(8)與澆注通道(4)和球坑(5和5a)相通。鑄型(2)的分型面上開有水平方向的排氣槽(7)。
連續(xù)鑄球工藝可由上述澆注系統(tǒng)三種類型的鑄型(2)按
圖10、
圖14所示的方式組合、運動來實現(xiàn)，它們可以是同一類型組合，也可以是三種類型交叉組合。每副鑄型(2)由兩個形狀完全相同的半型組成，垂直分型。鑄型可以垂直方式串疊組合，澆注時沿垂直方向運動；也可以組成圓環(huán)狀，在垂直平面內(nèi)作圓周運動，垂直于運動方向分型。鑄型(2)的支承和驅(qū)動可由液壓機構(gòu)或其他機構(gòu)完成。在整個澆注系統(tǒng)的工作過程中，整串鑄型(2)的運動速度應(yīng)和金屬液的澆注速度相協(xié)調(diào)。
金屬球連續(xù)鑄造工藝流程如
圖10，
圖14所示，圖中，A處為鑄型(2)合型澆注工位，AC為鑄型(2)串疊組合工段，B處為開型工位，C處為鑄球(3)推出工位，CD段為鑄型(2)冷卻工段，DE為鑄型清整工段，EA之間為鑄型進入合型澆注預(yù)備階段。
下面按照鑄型沿垂直平面內(nèi)做圓盤運動方式說明其連續(xù)鑄球過程。
參見
圖10、
圖11、
圖12、
圖13、(1)是澆包，(2)是鑄型，(3)是鑄球，(9)是合型油缸，(10)是支承油缸，(11)是彈簧，(12)是鑄球推出油缸，(13)是推球桿，(14)是驅(qū)動機構(gòu)，(15)是輥道夾緊機構(gòu)，(16)是鑄型支承桿，(17)是主軸，(18)是開型卡手，(19)是開型油缸，(20)是開型凸塊，(21)主導(dǎo)盤機構(gòu)。鑄型在軌道上呈輻射狀均勻分布，通過支承桿(11)絞接在主導(dǎo)盤(21)上，主導(dǎo)盤由主軸(17)支承，并在驅(qū)動機構(gòu)的作用下在垂直平面內(nèi)做間歇式旋轉(zhuǎn)，每次的轉(zhuǎn)動量恰好使鑄型移動一個鑄型的厚度，或使金屬型作連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動，各種動作全部采用液壓驅(qū)動，或其它機械驅(qū)動。
在開始澆注之前，AC段鑄型皆處于閉合狀態(tài)。控制澆包(1)內(nèi)鐵水的高度，使金屬液以恒定的速度澆入鑄型(2)，液流的斷面直徑約為鑄型澆口直徑的一半，不會出現(xiàn)漏鐵水現(xiàn)象。待即將注滿時，a處鑄型迅速移至b處，同時新的一副鑄型(2)閉合，占據(jù)已注滿的原來鑄型的位置。在換型過程中，澆注連續(xù)進行。每副鑄型(2)內(nèi)的鑄球自小球向大球順序凝固，而后一鑄型的大球則可作為前一鑄型的補縮冒口。如此連續(xù)進行，便使得所有的鑄球都在運動中得到補縮，省去了其他澆冒系統(tǒng)，得到了接近于100％的工藝出品率。
圖10中，AB之間為冷卻凝固工段，至B處之前各鑄球已完全凝固，溫度降至900℃左右。此間鑄型(2)在如
圖11中輥道夾緊機構(gòu)(18)和如
圖13中輥道夾緊機構(gòu)(18)的夾持下，保持緊閉合狀態(tài)。
圖10中，B處為開型工位。如
圖11中I向局部視圖所示，在旋轉(zhuǎn)過程中，支承桿(16)上的凸塊(20)進入開型機構(gòu)的卡手(18)內(nèi)，被一組開型油缸(19)在相對圓周運動的垂直方向上拉開。如
圖12中所示，在彈簧(5)的作用下，鑄型(2)保持開啟狀態(tài)，經(jīng)
圖10中的C、D、E至A處閉合。
圖10中C處為鑄球推出工位。在鑄球推出油缸(12)的作用下，脫型的鑄球被桿(13)推出。
圖10中CD之間為鑄型(2)冷卻工段，通過噴水使其溫度降至300℃以下。
圖10中DE之間為鑄型(2)清整工段，必要時可噴刷涂料。
圖1中EA之間為鑄型(2)進入合型澆注預(yù)備狀態(tài)。如此循環(huán)，便實現(xiàn)了連續(xù)鑄球。
同樣原理，鑄型(2)也可在垂直方向上串疊組合，做垂直向下運動，見
圖14，
圖15，在鑄球冷卻，開型脫出后，做水平，提升，水平運動，形成一個工作循環(huán)。
上述鑄型及澆注系統(tǒng)中各部分的尺寸，澆注速度、鑄型運動速度、開型時間等具體工藝參數(shù)以及流程中自澆注工位到開型工位之間所串疊的鑄型層數(shù)取決于金屬液的種類、澆注溫度、鑄球的大小、熱處理溫度、鑄型的材質(zhì)等因素；鑄型自開型工位到合型澆注工位進入下一工作循環(huán)所需的時間，以及在該段內(nèi)所用的鑄型數(shù)，取決于鑄型冷卻條件、開型溫度、澆注的金屬材質(zhì)、鑄型材質(zhì)等因素。所用的鑄型最好是金屬型，也可以是砂型，或是鐵模覆砂等。對于金屬型，在與球坑連續(xù)的澆注通道上可噴刷涂料或其他保溫材料，以利于延長該部分金屬液的凝固時間。
本發(fā)明的鑄球工藝出品率大大高于現(xiàn)有的砂型和金屬型鑄造，達95％以上，從而節(jié)約了大量能源和降低了原材料的消耗。例如僅鑄造廣泛用于礦山、水泥、發(fā)電等行業(yè)制粉的磨球一項，國內(nèi)每年要消耗約50萬噸，若采用連續(xù)鑄球工藝，則每年可節(jié)約優(yōu)質(zhì)合金鐵水20萬噸以上。由于是連續(xù)澆注，生產(chǎn)率顯著提高；且使于自動化或機械化操作。又由于連續(xù)澆鑄工藝條件穩(wěn)定，鑄球的組織均勻一致，避免了因保溫冒口而引起的局部組織粗化，從而提高了鑄球的質(zhì)量。還可以利用余熱進行正火或淬火，省去了熱處理工序。同時減輕了勞動強度，改善了勞動條件。
權(quán)利要求1.一種金屬球連續(xù)鑄造所用鑄型，由型腔，澆注通道(4)排氣槽(7)等構(gòu)成，可分為兩個半型完全相同，其特征有三種類型；(1)每型一個球坑其上下端分別與澆注通道相連。(2)每型有大小多個球坑，大球坑的上下端分別與澆注通道相連，大球坑的兩側(cè)或一側(cè)通過內(nèi)澆道6再串接依次漸小的球坑。(3)每型設(shè)置專用澆注、補縮通道，通道的兩側(cè)或一側(cè)通過內(nèi)澆道連接一個球坑，也可向外側(cè)串接依次漸小的球坑。
2.按權(quán)利要求1所述鑄型，其特征是，澆注通道溝通鑄型的上下端面。
3.按權(quán)利要求1或2所述鑄型，其特征是，澆注通道的斷面尺寸與現(xiàn)有鑄造工藝中同等大小鑄球的冒口頸的尺寸相當(dāng)。
專利摘要本實用新型為一種連續(xù)鑄造金屬球的鑄型，通過鑄型的相互串疊組合及按一定方式的運動，可實現(xiàn)對金屬球的連續(xù)澆鑄，澆鑄過程中，后繼鑄球作為先行鑄球的補縮冒口，省去了額外的澆鑄系統(tǒng)，從而獲得很高的工藝出品率，可達95％以上。
文檔編號B22D11/00GK2036074SQ88202529
公開日1989年4月19日 申請日期1988年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1988年4月6日
發(fā)明者李建中 申請人:合肥工業(yè)大學(xué)