水平式离心力加压铸造法 本发明涉及一种在模型离心浇铸筒内装设有多节铸模之水平式离心力加压铸造法。
现有技术中，参照图13，一般水平式离心铸造机之构造原理如下：图中，(31)为熔液(30)之注入箱；(32)为熔液之注入嘴；(33)为钢铁制离心浇铸筒；铸造时使其旋转；(34)为涂施于该离心浇铸筒(33)内表面之一层耐水性之涂模层或砂模层；(35)为凝固于该离心浇铸筒(33)内表面之铸件；(36)与(37)分别为上述离心浇铸筒(33)之前端板及后端板；(38)为设在该前端板(36)及后端板(37)之中央大圆孔；(39)为用以驱动上述离心浇铸筒(33)，使其旋转之驱动滚轮；(40)为接触于该滚轮(39)之圆圈轨道。
欲施行铸造时，先起动马达(未予图示)，经由变速传动手段(未予图示)使驱动滚轮(39)旋转。借以驱动该离心浇铸筒(33)。使其转速维持于适合于离心铸造之程度。然后，将适量之金属熔液(例如铁水或钢水或其他金属熔液)(30)经由注入箱(31)之注入嘴(32)铸入于旋转中之离心浇铸筒(33)内，使被浇注之熔液(30)受到离心力(通常以地球吸引力g之倍数计算)之作用而被推压凝固于离心浇铸筒(33)内之涂模层(34)上面，成为中空长直线型之铸管。俟冷却之后，从该离心浇铸筒(33)取出铸管，同时清扫离心浇铸筒内部。
应用离心力铸造法所铸成之钢铁等金属管铸件系具有：不需用心型(core)、浇口、冒口(Riser)、浇道等，铸造费用低廉，且受离心压力之熔液由外周面向内周逐渐地在高离心力下凝固，使铸件内部细密而没有气孔或收缩孔，并具有品质优良、材质安定、铸成率高(得料率高)、铸造缺点较少等之优点；以往之离心铸造法虽然具有此等优点，但是只能铸造横断面呈圆形之直线型铸管，而不能铸造其他形状之铸件，因此，水平式离心机之功用不能充分地发挥等为其缺点。
为要解决上述离心铸造之缺点，本发明之第一目的在于提供一种可以用一般之水平式离心铸造机来铸造外周表面一体形成有圆圈状(或横断面呈T字型)或长条状之长直线型铸管所需之“在横型离心浇铸筒内装设有多节铸模之水平式离心力加压铸造法”。
本发明之第二目的在于能以一般之水平式离心铸造机来铸造口径相同或不相同之较大型之球型阀外壳或管径不相同(或断面呈段差状)之圆筒形控制阀外壳所需之“在模型离心浇铸筒内装设有多节铸模之水平式离心力加压铸造法”。
本发明之第三目的在于能以一般之水平式离心铸造机来一次制造多个小管状或非管状之多样化铸件所需之水平式离心力加压铸造法。
为要达成本发明之第一目的所采用之手段系包括在上述铸模之内径(中央长孔)与外径之间，形成有薄圆圈状或横断面呈T字状，或薄长条状之子模穴，并将这些子模穴之一端连通于作为母模穴之内径(中央长孔)，而成之铸模。
为要达成本发明第二目的所采用之手段系包括在上述铸模之内径与外径之间形成球型阀外壳或断面呈段差状圆筒之模穴，并以铸模内径之一小部分作为该模穴之最小口径部分兼用浇口，而成之铸模。
为要达成本发明之第三目的所采用之手段系包括在上述铸模之内径与外径之间，以对称之平衡方式形成多个小管状或非管状多样化铸件之模穴，并将这些模穴之浇口设于仅作为熔液流道(Runner)使用之铸模的内径部位(中央长孔或形成长条形流道)而成之铸模。
因为本发明采用上述之技术手段，故可用一般之水平式离心铸造机来铸造用以往之同样铸造机所不能铸造之各种不同之铸件，例如外周面形成有多个圆圈状、横断面呈T字状或长条状等补强肋或散热片之长直线型铸管，及球型阀外壳，以及一次生产多个之小管或非小管状之多样化铸件。图式之简单说明：
图1为表示将本发明之多节铸模装入模型离心浇铸筒的斜视说明图。
图2为表示本发明实施例1中之多节铸模M1装入离心筒内的纵剖面说明图。
图3为沿图2之A—A线之剖示图。
图4为表示将熔液浇入铸模M1内(进行离心铸造)时之局部剖面说明图。
图5为表示图4之左侧面图。
图6为表示以图2所示多节铸模M1(实施例1)所铸造出来之铸件(即外周面一体形成有多条补强肋的长直线型铸管)的局部斜视图。
图7为表示本发明实施例1之一变态例(外周面一体形成有多个薄圆圈状补强肋或散热片的长直线型铸管)的长直线型铸管之说明用局部斜视图。
图8为表示另一变态例铸件(即外周面一体形成有多条薄散热片之长直线型铸管)之斜视图。
图9为表示本实施例2之沿图1的开模线S2启开后之半片铸模M2的说明用正面图。
图10为表示实施例2之一变态例的半片铸模MA之正面图。
图11为表示本实施例3之铸模M3(沿图1之开模线S3所启开的半节模)的说明用平面图。
图12为表示铸模之直径D与重力倍数G关系图表。
图13为表示以往之水平式离心铸造的构造原理说明图正面图。
图中，
(1)……离心浇铸筒
(2)……铸模端板
(3)……押板
(4)……固定楔
(5)……铸管
(5a)……横断面呈T字形之补强肋(或散热片)
(5b)……圆圈形散热片(或补强肋)
M1，M2，M3，MA……分别表示用以本发明的不同实施例之铸模
S1，S2，S3……分别表示不同铸模之开模线
do……铸模之外径
di……铸模之内径
C……母模穴
C1，C2，C3……分别表示不同铸模内之子模穴
(9)……注入箱
(10)……注入嘴
兹参照1至图8将本发明之实施例1说明如下：
首先，详细说明制造外周面一体形成有多个横断呈T字型之补强肋或散热片之长直线型铸管的水平式离心力加压铸造法。
本实施例之水平式离心力加压铸造法，主要利用铸模M1之内径中央长孔做为母模穴，俾铸造长直线型铸管之管体，并利用形成于铸模之外径与内径之间之子模穴(其一端连接于母模穴)来铸造形成于该管体外周面之补强肋或散热鳍片的方法。
图1系表示将铸造不相同铸件用之多个空心短圆柱形(简称为圆圈形)铸模M1、M2、M3……装入于离心浇铸筒(1)内的斜视说明图。借以说明本发明之一特征将多节地铸模装入于离心浇铸筒(1)内的铸模制备法。每一种铸件之铸模如图1所示，均由两半节或两半片的铸模组合(合并)而成为一节铸模。图2为将多节铸造外周面具有剖面呈T字形铸管所用之铸模M1装入于离心浇铸筒(1)内之后，借着一片铸模端板(2)将铁制押板(3)以固定楔(4)从离心浇铸筒(1)之两端予以加压固定的剖面说明图。利用其两押板(3)夹固多个铸模M1，使其能与离心浇铸筒同步旋转进行铸造时不致于发生松开者。在图2中，(4a)表示固定楔(4)之插孔。(2a)为该端板(2)之中央透孔，其孔径应小于铸件即铸管(5)之内径(d)。(3a)为设在上述押板(3)中央之透孔，其孔径应大于上述端板(2)之透孔(2a)之孔径。di与do分别为铸模之内、外径，D为离心浇铸筒(1)之外径。上述do亦为离心浇铸筒(1)之内径，而di亦为铸管之外径。
图1中之M1所示的铸模，系用以铸造外周面具有多个横剖面呈T字形之补强肋的长直线型铸管(5)，可从该铸模M1之分模线S1分成两半片。而图3则系沿着图2之A—A线所示之剖面图；图中之C1表示子模穴部份。
图4系表示正在铸造本发明之外周具有多个T字形补强肋(或散热鳍片)铸管(5)之铸造说明图。又，图5系图4之左侧面图。
欲进行铸造时，先起动马达(未予图示)，经由变速传动装置(未予图示)来转动接触于离心浇铸筒(1)之圆圈轨道(8)之一对驱动滚轮(6)及一对被动滚轮(7)，俾以适当之速度来驱动上述离心浇铸筒(1)。图5中之箭号R系表示离心浇铸筒(1)之转向。然后将熔融的金属熔液(30)(例如钢水或铁水或其他可铸造之金属熔液)经由注入箱(9)及注入嘴(10)注入于被收容在离心浇铸筒(1)内之铸模M1内。此时，因为离心浇铸筒(1)与多个铸模M1一同在同步旋转中，故被注入于铸模M1内之熔液(30)受到离心力F(通常为30—120G左右)及重力g之作用，很快就分流至每一铸模M1之子模穴，并逐渐地由外径向内径方向注满该子模穴(相当于加强肋或散热片部分)，最后才填充内径(di)母模穴C至所定之厚度(t)(相当于铸管之管壁厚度，即管厚)。此管厚(t)之大小系决定于所浇入之熔液(30)的总量。俟冷却后，停止转动，然后将铸管(铸件)(5)从离心浇铸筒(1)抽出，并施行表面除砂清理工作，而获得如图6所示之铸管即外周形成有多个横断面呈T字形圆圈之铸件。图中，(5)表示铸管本体，而(5a)表示横断面呈T字形之补强肋(Rib)。以水平式离心铸造法铸造管状铸件时，离心力F须大于于重力g，否则，熔液不会完全附着于铸模内径之表面而会从内径之上侧滴落于下侧。相反地，若离心力F过大时，会使被注入之熔液发生强大的压力而压损铸模，导致铸造的失败。
若以重力g之倍数G来表示离心力F之大小时，通常之砂模宜采用40—80G之离心力F，而金属模宜采用40—50G。产生这种离心力F所需之铸模转速N(rpm)可依铸管或铸模之直径D(mm)大小，从图12之重力倍数与直径关系图表中求得之。例如采用外径350mm之铸模(金属模)且使用重力倍数70G时，则可由该图12求出其适当之旋转数为600rpm。
在上述实施例1中，如改用外周设有横断面呈I字形之圆圈子模穴之铸模时，则可铸造在长直线型铸管(5)外周一体形成有多片薄圆圈状补强肋或散热片(5b)之铸管(35A)(如图7所示)。同样也，如改用外周设有依有规则或无规则排列之细长条形子模穴之铸模时，可铸造外周一体形成有多个薄长条形散热片(5c)之铸管(35B)(如图8所示)。
如上述之实施例1及其各种变态例，因为均使用铸模之内径(中央长孔)作为母模穴，故可以混合装入于同一离心浇铸筒内来施行铸造。
本实施例之水平式离心力加压铸造法，系如图9所示，以上述之离心铸造机利用形成于铸模M2之内径di与外径do之间的模穴C2来铸造球型阀外壳铸件之方法。如图9所示，其特征系在于将该铸模M2之内径(中央长孔)di作为浇注熔液时之流道Ru使用，而仅以该流道之左端一小段作为模穴兼用浇口Ri使用而已。因此，没有铸管之本体部分。在本实施例所用之铸模M2系由两半片(各半片之侧面呈半圆圈形，如图1中之M2所示)相对称之铸模片组合(或粘合)而成者。然而上述实施例1所用之铸模M1则由两半节(各节之侧面呈圆圈形)相对称之较短铸模节所组成。
图9系表示沿开模线S2(如图1所示)启开后之右半片或左半片铸模的正面图。
在该图中所示之铸模(宜采用壳模)M2系由表成铸件外形之表面模(M21)与形成铸件内侧形状之内侧模(M22)所组合，而用以铸造左右口径相同或不相同之球型阀(Ball Valve)的阀壳(Valve casing)。在以水平式离心铸造机进行铸造时，先将两片铸模组合(粘合)成一节铸模M2(如图1所示)，然后将多节铸模M2依次装入离心铸造机之离心浇铸筒(1)内。俟装定铸模端板(2)与押板(3)后，使该离心浇铸筒(1)在所设定之回转数回转。此时，将一定量之熔液注入多个铸模M2之中央长孔流道Ru时，该熔液则受到离心力F之作用，由浇口Ri进入模穴C2内，凝固后则成为球型阀之外壳铸件。如此所铸成之铸件，因为模穴各部均对回转中心线对称，故可获得质量平均之优秀铸件。惟浇口Ri部分之内径表面很粗糙，需要车削一定厚度之后才能使用。
图10系表示铸造圆筒形流体控制阀外壳用铸模MA，由MA1、MA2及MA3等3部分所组成之半片正面图。
如该图10所示，本变态例系与实施例2同样的方法，即利用铸模内径(中央长孔)di做为熔液之流道Ru，而仅用其中间之一小部分作为模穴兼用浇口Ri，来进行离心力加压铸造，因此，利用此变态例可以铸造管径相同或不相同(有段差)之铸管，其最小口径系在浇口Ri部分，因为其内侧表面很粗糙，故须车削一层才能使用。又因为仅使用铸模之内径(中央长孔)之一小部分作为浇口使用，故其铸模MA可以与M2混在一起，装入离心浇铸筒(1)内，但是不能与铸模M1混合装入使用。
以下参照图11说明本发明之实施例3。该图11系沿图1中之开模线S3启开铸模M3后之两个相对称的任何一个半节模的铸模M3之平面图。在该图11中表示有两对相对称之铸造短管状铸品用模穴C3，而此两对模穴C3之排列系考虑转动时之平衡而相对着铸模M3之内径di成相对称之状态，同时，在每一个模穴C3配设一个心型Sc(core)。
此实施例之特征系将铸模M3之内径(中央长孔)di仅用于熔液之流道Ru，而不作为模穴使用，同时将各浇口Ri之一端呈辐射状连通至流道Ru。因此，在施行铸造而将一定量之熔液由注入嘴(10)浇入于以所定转速之铸模M3内时，被浇入之熔液一边沿流道Ru前进一边受到离心力F之作用而经过各浇口Ri充满各模穴C3。此时，由于熔液受到离心力F之作用，不必设冒口(Riser)也可以不断地加压补充熔液。使铸件不会发生缺陷与缩孔，借以提高铸件之品质。
以多节铸模M3一次浇注，则可铸造多数个短管状铸品，这在以前则无法用水平式离心铸造法加予铸造。虽然以上所铸造者为两对同样的短管状铸品，但是对于两对不相同之短管状物亦可铸造，只要其重量之分配可以满足动态平衡与静态平衡之原则即可。若能满足上述平衡之原则，当然亦可用一节铸模M3来铸造3个或4个以上之短管状或其他形状之铸品。
综上所述，本发明系关于在横型离心浇铸筒内装设有多节铸模之水平式离心力加压铸造法，其第一特点系采用在上述铸模M1之内径与外径之间形成子模穴C1，并将该子模穴C1之一端连通于全部作为母模穴C使用之内径(中央长孔)而成之铸模M1。因此，可以用水平式离心力加压铸造法来加速熔液之流动率，俾铸造铸成率高达90％以上之品质优秀无缩孔而热应力小之圆周表面一体形成有多个补强肋或散热片的铸管。上述补强肋或散热片之形状可为横断面呈T字形、I字形之圆圈，或长条状之(薄)散热片。
本发明之第二特点系采用将整个模穴C2形成于铸模M2之内径与外径之间，而仅以其内径(中央长孔)之一小部分作为模穴兼用浇口之铸模M2，因此，可以铸造无浇冒口损失之得料率(yield)最高可达95％左右之无缩孔、热应力极小之高品质铸品(例如球型阀外壳)。
本发明之第三特点系将每一节之形成于铸模内径与外之间的多个模穴C3配置于相对称之可平衡的位置，并将每一模穴C3之一端引至铸模M3之内径(中央长孔)di，并将铸模M3之内径di完全利用于熔液之流道Ru而完全不作为模穴使用。因此，进行离心铸造时，可借离心力下来加压被浇入之熔液，使其很迅速地充满于各模穴C3，以获得得料率很高而品质优异的铸件。这种小型管状或非管状物铸件系在以往无法用水平式离心铸造法所能铸造者。
以上所述者，仅为说明本发明所列举之实例而已，当然这些实施例不可用来限制本发明之范围。因此，只要不违背本发明之精神(要旨)所作之各种变态例与改变例均应视为在本发明之范围。
本发明有如下功效：
1.因本发明将多节之内部形成有铸件所需形状、模穴的铸模，装入模型离心浇铸筒内，并将该铸模之内径(中央长孔)作为：(1)利用于铸管本体之模穴，(2)或仅利用其一小部分作为模穴兼浇口而将其余部分作为熔液之流道使用，(3)或将该中央长孔全部均用于熔液之流道；故能以一般水平式离心铸造机来铸造多种产品，如：(1)外周面一体形成有多个各种形状之补强肋或散热片的铸管，(2)口径相同或不相同之球型阀外壳或段差式圆管状流体控制阀等外壳，(3)小型短管状或非短管状之铸品。
2.因采用水平式离心力加压铸造法，故其生产性好，不需要设冷却过程中须补充熔液用之冒口及其浇道，也可以使铸件内部不产生气泡或缩孔等缺陷，且铸件之材质较细密，品质较稳定，机械性强度也较佳。
3.因在铸模内径(中央长孔)设辐射状浇道通至各模穴，使铸模旋转时，可利用离心力来增加铸入熔液之压力，故铸件之组织较致密，即使模穴中有断面较细薄的地方也可以使熔液向外周部位补充，而可避免发生溶液浇不满或发生溶液补充不足所引起之缩孔等缺陷。
4.一次可以用铸模M3铸造多个或多种铸件，因此可以大幅降低铸造之成本。
5.因以铸模M1或M2来铸造铸件时不需设置浇口、浇道，以及冒口，故可将其铸成率或得料率(yield)提高至90％以上。