新工艺冒口及其制作方法属于铸造技术领域。 在铸造中,常用冒口是由保温层、冒口顶部、冒口底部及冒口所组成的,是由保温材料、粘结剂和辅助材料所制成的。这种冒口,保温性能较差,冒口内金属残留量较多,有的多至与铸件重量相同,这是浪费。要增强这种冒口的保温性能,又需加入发热剂等,要过滤浇注液,又需增加过滤网,这就又提高了铸件成本。
经查阅陕西省西安铸造学会编辑出版的《铸造技术》杂志一九八三年第三期第二十六页“鞍钢机修厂”王景之的《发热冒口及其计算》一文,介绍英国使用的发热冒口,其成本因加入发热剂而提高,其工艺收得率也只有57~81%,尚有19~43%的金属残留量主要残存在冒口口中未被利用于铸件。
经黑龙江省专利服务中心检索一九六三年至一九八六年五月二十三日的《世界专利》文献中的二十四个国家的专利,均未发现与本发明新工艺冒口及其制作方法完全相同的专利。就其中相关的Noab N1PPoN RU TSUBO KK 10.018384-228940 J59137-151-AOf
WeeK8437保温冒口-采用电阻加热器导线环绕冒口架的方法,因其采用电加热而提高了铸件成本。
本发明新工艺冒口及其制作方法目的是:将冒口内外保温层〔b〕和〔d〕中间制成具有均匀分布的、其间隔为〔e〕的诸多内浇口〔C〕,在浇注过程,利用浇注液的高温余热,通过诸多内浇口〔C〕的热传导,给冒口〔D〕的内外保温层〔b〕和〔d〕等各部加温,以延缓冒口内金属液凝固时间,提高金属液地高温流动性,便于充满铸型,减少冒口金属残留量,并利用诸多内浇口〔C〕将浇注液过滤,以减少铸件夹渣提高质量,降低成本。
新工艺冒口是由内外保温层〔b〕和〔d〕、对于多层加温型内保温层由内向外为〔b〕、〔b〕、〔b〕……,冒口顶部〔a〕、冒口底部〔f〕和冒口〔D〕所组成的,是由普通保温材料(型砂)、粘结剂、辅助材料并未加入发热剂所制成的。
新工艺冒口分为四种类型:单层加温型、多层加温型(双层以上)、截锥型、压边型。
新工艺冒口特征是:利用冒口内外保温层〔b〕和〔d〕中间具有均匀分布在一个或多个同一圆周上的、其间隔为〔e〕的诸多内浇口〔C〕的热传导给新工艺冒口内外保温层〔b〕和〔d〕及间隔〔e〕加温,在浇注过程的短暂时间内,使内外保温层〔b〕、〔d〕及间隔〔e〕获得高温,以延缓冒口〔D〕内金属液凝固时间,使凝固后冒口内金属残留量只有常用冒口的10~20%,甚至少于10%,并且,诸多内浇口〔C〕还代替过滤网将浇注液过滤,减少了铸件夹渣,降低了成本。
新工艺冒口的内保温层〔b〕及诸多内浇口〔C〕的间隔〔e〕升温所需时间与其厚度的关系遵循表1。
表1内保温层[b]升温所需时间(秒)4916253649内保温层[b]及间隔[c]厚度(毫米)468101214
新工艺冒口的诸多内浇口〔C〕,要以直径为3~15毫米金属棒为芯制作,并使其间隔〔e〕=4~14毫米。
新工艺冒口内半径R=3V件dε孔S球S件n-(G直+G内)2.6πd]]>
式中:
V件:铸件体积,可计算
d:铸件材料比重,可查表
ε孔:铸件孔缩率,可查表
(S球)/(S件) :同重量的球体表面积与铸件表面积之比,可计算
n:保险系数,取n=1.1~1.2
(G直+G内):直浇口与内浇口中金属重量之和,为铸件缩孔重量的( 1/3 ~ 1/2 ),多层加温型取值较大
π:圆周率
新工艺冒口高度H与其内半径R应为H=2.6R。
冒口顶部〔a〕及内外保温层〔b〕和〔d〕之关系为a=d>2b,并取b=4~14毫米。
在设计冒口底部〔f〕的冒口颈〔E〕时,要使冒口颈〔E〕的横断面积S1小于诸多内浇口〔C〕的横断面积之和S,即S1<S,以使浇注液先将冒口〔D〕浇满。冒口颈〔E〕的直径根据浇注时间而定。冒口颈〔E〕的高度H1>5毫米,视铸件大小,大件取值较大。
在制作冒口底部〔f〕时,使角度α=10°~15°,并使冒口底部〔f〕与冒口部分分为两体造型,以便拔模。将截锥型冒口的内部锥度作成20°~30°。
新工艺冒口与常用冒口对比,经过相同试样HT20~40试验,金属液的凝固温度随时间变化曲线绘成图5。曲线Ⅰ为常用冒口凝固温度随时间变化曲线,在7分钟时,温度降到固相线,即凝固;曲线Ⅱ为新工艺冒口中单层加温型冒口内金属液凝固曲线,在13分钟时,温度降到固相线,是常用冒口金属液凝固时间的1.86倍;曲线Ⅲ为新工艺冒口的多层加温型中的双层加温型,当18分钟时,温度降到固相线,是常用冒口金属液凝固时间的2.57倍。由此可见,新工艺冒口保温效果好,延缓了冒口内金属液凝固时间,使凝固的铸件,可从冒口中得到充足的、流动性好的金属液补缩。在冒口内金属液凝固后,所剩甚少,金属残留量只有常用冒口的10~20%,甚至可少于10%。
新工艺冒口的浇注工艺路线是:浇注液自浇口杯〔A〕浇入,流经直浇口〔B〕浇入诸多内浇口〔C〕,过滤后,浇入冒口〔D〕。与此同时,浇注液流经冒口颈〔E〕浇入铸型内。
本发明新工艺冒口及其制作方法,与现有铸造技术中常用冒口相比,具有突出优点和显著的效果:
1、新工艺冒口保温性能好,延缓了冒口内金属液凝固时间,冒口内金属残留量只有常用冒口的10~20%,甚至更少,提高了金属液利用率,降低了成本;
2、不必加过滤网过滤,降低了铸件成本;
3、新工艺冒口采用普通保温材料制成,未加入任何发热剂,成本又可降低;
4、由于设计了冒口颈〔E〕,减少了冒口清理工作量;
5、将本发明推广应用到整个铸造行业,其社会经济效益是非常可观的。
附图说明:
图1是新工艺冒口的单层加温型。图6是图1A-A的剖视图。
图2是新工艺冒口的多层加温型中的双层加温型。
图3是新工艺冒口的截锥型。
图4是新工艺冒口的压边型。
图5是新工艺冒口中的单层加温型(Ⅱ)、双层加温型(Ⅲ)与常用冒口(Ⅰ)内金属液凝固温度随时间变化曲线。其试样为同一尺寸同一材料HT20-40。
本发明实施例最好方式是将新工艺冒口作成截锥型。若将截锥型制成多层加温型则保温效果更好。多层截锥型冒口制作方法是:将普通保温材料掺入粘结剂,辅助材料,放入搅拌设备中混合均匀,以手工或机械将冒口底部与冒口部分按两体造型,使内部锥度为20°~30°,以直径为3~15毫米金属棒为芯制作诸多内浇口〔C〕,并使〔C〕均匀分布在内外保温层〔b〕和〔d〕间的多个同一圆周上,诸多内浇口〔C〕的各圆周之间距自内层向外层分别为〔b′〕、〔b″〕、〔b′′′〕……,且使其冒口顶部〔a〕、外保温层〔d〕、内保温层〔b〕及间隔〔e〕、间距〔b′〕、〔b″〕、〔b′′′〕……满足关系式
a=d>2b=2c=2b′=2b″=2b′′′……,并使b=e=4~14毫米,作成冒口颈〔E〕高度H1>5毫米,其横断面积S1小于诸多内浇口〔C〕横断面积之和S,使冒口底部角度α=10°~15°,冒口高度H与冒口内半径R为H=2.6R,冒口顶部半径R1与冒口内半径R作成R1=2R,使冒口内半径
R=3V件dε孔S球S件n-(G直+G内)2.6πd]]>,因是截锥,故R应为截锥的上下半径之和的 1/2 。将制作的冒口,自然干燥到用手搬动不坏为止,然后将冒口放入干燥设备中烘干到含水分小于0.1%即为作好的新工艺冒口。