[其他]离心铸造方法及带衬铸模及其铸件

说明书

本发明是管状金属件离心铸造方法的一项改进，这项改进是在旋转铸模内加一层用干细粉末耐火材料做的衬层，零件浇注在衬层上。

用内表面横截面为圆形并绕此横截面的法向轴线旋转的硬模（通常为金属模）进行管状金属件离心铸造的方法已经是很古老了。自从发明了离心铸管法和砂型离心浇注法以来，铸铁压力管就一直用这种方法铸造。使用这种离心铸造方法时，通常都在金属模内表面加一层耐火材料衬层，用以保护铸模，防止浇注的金属损坏铸模表面，并使铸件易于同铸模分离。从前的许多方法是在铸模上用粉末耐火材料（（通常为铸造用砂）和粘合剂（如膨润土水悬浮液）形成耐火衬层。虽然这种方法得到广泛的采用，但它有一些缺点：耐火衬层能被浇注的熔融金属穿透;耐火材料粉末被铸件表面粘去，因而加工困难，成本昂贵;并且很难通过控制耐火衬层的导热率来控制铸件金属石墨的类型和粒度。我的Re    31482号美国专利在许多次应用中都克服了这些缺点，该专利是用一种无粘合剂粉末耐火材料在硬模的内表面上做耐火衬层，旋转铸模利用离心力使衬层密实，再将密实的衬层按照铸件的形状精密成形。这种方法的发明是由于发现了细粉末耐火材料（如研磨耐火粉，特别是锆石粉）可以密实化，成为一种稳定的衬层，甚至因铸件有外突缘而需要在衬层上开槽时，开槽后的槽壁仍可保持尺寸稳定。衬层密实并成形后，耐火材料粉末极为微密，达到了最大的容积密度，既不会变形，浇注时也不会受熔融金属侵蚀。但是，在使用这一专利的方法来浇注的铸件外形要求耐火衬层局部厚度大于该处浇注的熔融金属厚度时，产生了三个难以解决的问题。

第一个问题是，虽然耐火粉末衬层已达到最大的容积密度，但仍含有足够的内部孔隙，容纳大量的空气。当浇注温度低或铸件比衬层薄时，空气就会受到浇注金属的热量而膨胀，不仅在金属处于液态时，甚至在金属开始固化时，空气也会穿透熔融金属而形成不应有的孔隙。

第二个问题是由于象细锆石粉之类的衬层过高的绝热性能产生的。这第二个问题不仅使第一个问题更加严重，而且在浇注的金属是铸铁，并且规范要求严密控制石墨粒度时，使浇注金属内石墨粒度的控制更为困难。当铸件在邻接外伸突缘处为薄壁时，与薄壁对应的耐火衬层必定会大大厚于与突缘对应的衬层，铸件薄壁部分耐火衬层提供的热绝缘就会大于突缘部分衬层提供的热绝缘。因此，薄壁部分的金属冷却得就比较慢，加强了薄壁部分的石墨增长。例如，在浇注发动机汽缸衬筒铸铁件时，规范通常要求铸铁中的片状石墨粒度在4至6级之间，但缓慢的散热会使薄壁部分的石墨粒度增大，例如达到3级，可能在加工时产生剥落现象。

第三个问题是锆石粉之类的细粉末耐火材料的低导热率会延长冷却时间，因而降低生产率。因此需要改进。

从前人们提出了各种各样控制耐火衬层导热率的方法，但成效很有限。例如，曾经有人提出，用不同材料制做耐火衬层的各个部分，使其有不同的导热能力，但实际上只采用了用高导热率材料做的固体环，而使用固体环是非常麻烦的。还有人提出过使用各种不同导热率的耐火材料的混合物，但是，在不使用粘合剂的情况下这是行不通的，因为在不同粒度的材料粉末混合物覆盖到铸模表面时会自行分级，这种自动分级会使衬层的成份不均匀，因而这种方法是不可取的。 当一种粒度较小的和一种粒度较大的粉末材料混合物按照我的美国专利Re.31482复盖到铸模表面上时，混合物先在铸模表面上滚动，然后按照粒度分级，粘附在铸模表面上的是粒度较小的粉末，粒度较大的粉末则集中在衬层的内表面。当使用不同比重的粉末时，则会按照比重分级。在这两种情况下，衬层沿径向厚度的成分是不均匀的。

本发明的总目的是提高使用干粉末耐火材料做硬模衬层的离心铸造法的效率，并扩大其应用范围。

另一个目的是提供一种可以大大降低铸件孔隙率的离心铸模耐火衬层。

第三个目的是提供一种改进的离心铸模衬层制作方法，这种方法可以在铸模内表面上形成一层粉末耐火材料衬层，此衬层即使采用不同粒度和（或）不同比重的粉末耐火材料也会在径向厚度方向得到均匀的成分。

第四个目的是提供一种离心铸造方法和为这种方法用的带衬铸模。这种方法可以浇注带中间突缘的管状铸件，并可使金属中的石墨粒度在规定的范围以内。

还有一个目的是提高管状金属件离心铸造的生产率。