一种双盘法兰直管离心整体铸造金属模具的制作方法

文档序号：12361074阅读：447来源：国知局

本发明涉及金属模具制造技术领域中的一种双盘法兰直管离心整体铸造金属模具，特别涉及双盘法兰直管离心整体铸造。

背景技术：

目前，在承压管线中大量使用双盘法兰管与阀门，消火栓，伸缩节等连接，在冶金，矿山，地铁，化工，污水处理等行业应用十分广泛。目前国内外市场上用于承压的输水管线多数采用离心球墨铸铁管。但双法兰离心球墨铸铁管受脱模困难的影响而无法实现离心整体铸造成型。传统的离心铸造只能生产盘插或承插直管，这是因为离心铸造成型的铸管需从管模带盘或带承口的一端从圆筒形管模中拔出，实现管模与铸管分离。而双盘管是无法从圆筒形管模中拔出的。

在双盘法兰管不能离心铸造成型之前，供应市场的双盘法兰管有以下几种生产方式：

一、焊接双盘法兰管。将离心球墨铸铁管按用户需求截取一定长度，把预先准备好并加热法兰盘套在管体上，管体与法兰过盈配合，利用碳弧焊机手工焊接，或利用气体保护焊机自动焊接。焊缝一般为角焊缝或填充焊缝。焊接双盘法兰管存在的主要问题：（1）焊缝与铸管本体材质不一致，“异质”焊缝强度低。（2）焊接区域应力集中，切无法完全消除。（3）管子两端的法兰在焊接前通过人工装配，尺寸误差大；焊接过程中受热应力影响很难保证两法兰孔的同心度和盘面的平行度。（4）目前国内外尚无铸铁焊缝的评价标准，因此焊接质量用户无法评价。结论；焊接法兰管因其焊缝强度低，脆性大而经常发生事故，所以不受用户欢迎。

二、螺纹法兰管。顾名思义法兰与管是用螺纹连接的。这种连接方式轴向抗拉强度尚可，但径向强度低。因插口螺纹变形会造成接口漏水，大口径，地埋管均无法使用。因为受使用条件限制和接口密封不可靠等因素影响，也不受用户欢迎。

三、砂型整铸法兰管。整铸法兰管目前多数采用普通砂型铸造和消失模铸造。其中普通砂型铸造存在的主要问题是，管壁厚不均匀，弯曲变形；消失模铸造存在的主要问题是，夹渣，气孔多，水压试验漏水率大。特别需要指出的是，管径规格越小，长度越长，存在上述缺陷的几率越大，DN200以下，长度在2米以上的法兰管很难整铸成型，即便成型，合格率也很低，无法满足市场需求。如何规避上述几种法兰管的缺陷，离心整体铸造双盘法兰直管是用户迫切需求。因此，研制开发一种双盘法兰直管离心整体铸造金属模具一直是急待解决的新课题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种双盘法兰直管离心整体铸造金属模具，该发明实现双盘法兰管整体离心铸造，替代焊接法兰管和其他生产工艺制造的法兰管，双盘法兰与管身一次整铸成型，完全达到国家GB/T13295-2013，国际ISO2531；2009标准要求，有效的降低管材安全风险，提高管线使用寿命，生产效率高，成本低，节能环保等优势。

本发明的目的是这样实现的：一种双盘法兰直管离心整体铸造金属模具，包括左锥形插盘、带穿墙法兰管模、紧固螺栓、不带穿墙法兰管模、楔铁、锁紧销、树脂砂退让芯、过渡节管模、右锥形插盘，左锥形插盘与带穿墙法兰管模之间安装树脂砂退让芯并通过紧固螺栓连接，带穿墙法兰管模与过渡节管模通过紧固螺栓连接，过渡节管模与不带穿墙法兰管模通过紧固螺栓连接，不带穿墙法兰管模与右锥形插盘之间安装树脂砂退让芯并通过紧固螺栓连接，在两个带穿墙法兰管模的侧面分别安装楔铁、锁紧销，在两个不带穿墙法兰管模的侧面分别安装楔铁、锁紧销，在两个过渡节管模的侧面分别安装楔铁、锁紧销；左锥形插盘由第一定位销和第一法兰盘组成，在左锥形插盘的第一法兰盘孔中安装第一定位销；带穿墙法兰管模由第一定位销套、第二定位销、穿墙法兰组成，在穿墙法兰的左端孔内安装第一定位销套，在穿墙法兰的右端孔内安装第二定位销；不带穿墙法兰管模由第三定位销、不穿墙法兰、第二定位销套组成，在不穿墙法兰的左端孔内安装第二定位销套，在不穿墙法兰的右端孔内安装第三定位销；右锥形插盘由第三定位销套和第二法兰盘组成，在右锥形插盘的第二法兰盘孔中安装第三定位销套；

所述的一种双盘法兰直管离心整体铸造金属模具的工作原理及使用操作方法是：将离心双盘法兰管模具设计成水平分型的两个半模，方便铸件从模具中取出；利用管模盘接特点，将管模具多节拼装，满足用户对法兰管的压力等级及长度需求，离心管模节长度设计是，在1-10自然数中取3个“重要数”，既管模节长度分别设计成1米，2米，5米和100毫米，200毫米，500毫米；通过拼接满足用户对不同长度管的需求；长度在5.8米内，压力等级在PN10，PN16，PN25之间任意选择；更换管模具两端的锥形夹持头可调整法兰压力等级，更换管模具过度段可调整铸管长度，更换管模具带穿墙法兰段还可实现双盘穿墙法兰管的生产；更换带插口段管模，可实现盘插，盘插带穿墙管生产；多节管模是通过法兰连接实现的，两法兰对接部位设计穿墙法兰；在管模分型面设计有凹凸定位和锁紧装置；浇注前将管模预热到180℃-220℃，在管模内壁喷0,5-1mm厚的硅藻土涂料，其目的：一是防止在浇注过程中管模承受较大的热冲击，二是防止浇注过程中铁水因激冷而产生大量的珠光体和渗碳体，这两种组织标准规定是不允许的；三是浇注后方便铸件与模具分离；在左锥形插盘和带穿墙法兰管模之间及不带穿墙法兰管模和右锥形插盘之间安装树脂砂退让芯的目的有两个，一是防止浇注后铸管自由收缩时受刚性管模阻碍法兰与管身之间产生裂纹；球墨铸铁一般体收缩量为0.8％，线收缩量为1％；树脂砂芯在浇注后受高温碳化分解，强度消失，给凝固收缩时的铸管留有较大退让空间，从而有效防止受刚性管模阻碍收缩造成裂纹；二是法兰孔可通过树脂砂退让芯整体铸出；将组装好管模具安放在专用离心机上，专用离心机设有主动力头，液压夹持头，举升缸，浇注溜槽；主动力头的作用是通过锁紧套的摩擦力向管模输出动力，带动管模高速旋转，在离心力作用下（约50G）铸件成型，液压夹持头的主要作用是利用液压油缸的水平推力将管模推向主动力头一侧，在夹紧管模的同时，两端的锥形套还能将两半管模锁紧；举升缸的作用是在夹紧管模时能使两锥形套对中，通过举升缸上的托轮还能在油缸推力下使管模水平移动；浇注后，松开夹紧装置，利用举升缸托住管模；浇注溜槽的作用是将定量的铁水注入管模中，用定量的铁水控制铸管壁厚达到标准要求；利用两开金属模具解决双盘法兰管，穿墙法兰管不能离心铸造的问题，克服其他铸造方法和焊接法兰的铸造缺陷多，成型率低，金相，性能不达标难题；离心铸造可有效控制管体壁厚，同时满足K级，C级管压力等级；组合拼装的模具设计，同时满足不同长度规格，不同法兰压力等级，不同穿墙法兰位置的需求；水平离心浇注，提高成型合格率和一次水压合格率，其中；成型合格率可达98％，一次水压合格率可达95％，是普通砂型铸造，消失模铸造的1-3倍，生产效率高达5倍，可实现大批量生产，满足市场需求；特别是整铸一体的法兰和穿墙法兰与焊接法兰相比，机械性能高一倍以上，整体金相组织完全一致，质量更可靠，用户更满意；离心浇注不仅使合金组织更致密，更有利于保护环境，浇注中产生的少量废气，粉尘可全部回收，真正实现绿色环保铸造；

所述的一种双盘法兰直管离心整体铸造金属模具的铸造方法是：

（1）模具准备：安装在管模两端的法兰盘可以自由更换为PN10，PN16，PN25，PN值不同（压力等级），法兰的厚度，螺栓孔径，孔数也不同；穿墙法兰位置是通过调整直管段管模长度完成的；

（2）初次使用的管模需进行预热处理，预热温度180℃-220℃，预热管模的目的是方便粘接管模涂料，连续生产可利用管模余温，喷涂温度不可过高或过低；

（3）在规定的温度下喷涂管模涂料，管模涂料由膨润土，硅藻土和水配制而成，涂料喷涂厚度0,5-1mm；

（4）待涂料干燥后，进行下芯合模操作，下芯时注意检查PN值是否与要求相符；两半模合笼后锁紧紧固销，检查合模缝隙小于0,3mm；

（5）将装备好的管模放到离心机托架上，启动举升缸油泵，将管模托起与离心机紧固套对中，启动液压锁紧油缸，将锥形套插入管模中，启动主电机让管模缓慢旋转；将准备好的定量铁水兑入管模中，铁水温度1350℃-1380℃，待铁水完全铺开后，管模高速旋转3-5分钟后开始降低管模转速，根据管径和壁厚不同，管模高速旋转的时间也不同，但高速旋转的离心力不能小于50G；待管模内铸件温度降至400℃时，管模停止旋转，同时举升缸升起，松开锁紧油缸，管模含铸件移到冷却工位继续冷却到300℃以下，打开模具并取出铸件，迅速清理管模残余涂料，残余的旧涂料会造成铸件表面缺陷，必须清理干净，借助管模余温重新喷涂新涂料后准备下一次浇注；

（6）对铸件进行抛丸清砂，修么毛刺，检测外观及尺寸合格；

（7）机械加工：加工法兰密封水线；

（8）防腐处理：水压试验合格后进行内外防腐；

（9）包装入库：喷唛头后包装，入库待发运。

本发明的要点在于它的结构、工作原理及铸造方法。

一种双盘法兰直管离心整体铸造金属模具与现有技术相比，具有离心铸造可有效控制管体壁厚，同时满足K级，C级管压力等级；组合拼装的模具设计，同时满足不同长度规格，不同法兰压力等级，不同穿墙法兰位置的需求，水平离心浇注，提高成型合格率和一次水压合格率，其中成型合格率可达98％，一次水压合格率可达95％，是普通砂型铸造、消失模铸造的1-3倍，生产效率高达5倍，可实现大批量生产，满足市场需求，特别是整铸一体的法兰和穿墙法兰与焊接法兰相比，机械性能高一倍以上，整体金相组织完全一致，质量更可靠，用户更满意，离心浇注不仅使合金组织更致密，更有利于保护环境，浇注中产生的少量废气，粉尘可全部回收，真正实现绿色环保铸造等优点，将广泛的应用于离心铸造技术领域中。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是图3的B-B剖视图。

图3是图1的A-A剖视图。

图4是本发明左锥形插盘部分的结构示意图。

图5是图4的C-C剖视图。

图6是本发明带穿墙法兰管模部分的结构示意图。

图7是图6的右视图。

图8是图6的D-D剖视图。

图9是本发明不带穿墙法兰管模部分的结构示意图。

图10是图9的右视图。

图11是本发明右锥形插盘部分的结构示意图。

图12是图11的右视图。

图13是用本发明铸造方法铸造双盘法兰管产品的结构示意图。

图14是用本发明铸造方法铸造单盘穿墙法兰管产品的结构示意图。

图15是用本发明铸造方法铸造焊接双盘法兰管产品的结构示意图。

图16是用本发明铸造方法铸造双盘穿墙法兰管产品的结构示意图。

图17是用本发明铸造方法铸造双插穿墙法兰管产品的结构示意图。

图18是用本发明铸造方法铸造焊接单盘穿墙法兰管产品的结构示意图。

具体实施方式

参照附图，一种双盘法兰直管离心整体铸造金属模具，包括左锥形插盘1、带穿墙法兰管模2、紧固螺栓3、不带穿墙法兰管模4、楔铁5、锁紧销6、树脂砂退让芯7、过渡节管模8、右锥形插盘9，左锥形插盘1与带穿墙法兰管模2之间安装树脂砂退让芯7并通过紧固螺栓3连接，带穿墙法兰管模2与过渡节管模8通过紧固螺栓3连接，过渡节管模8与不带穿墙法兰管模4通过紧固螺栓3连接，不带穿墙法兰管模4与右锥形插盘9之间安装树脂砂退让芯7并通过紧固螺栓3连接，在两个带穿墙法兰管模2的侧面分别安装楔铁5、锁紧销6，在两个不带穿墙法兰管模4的侧面分别安装楔铁5、锁紧销6，在两个过渡节管模8的侧面分别安装楔铁5、锁紧销6；左锥形插盘1由第一定位销1-1和第一法兰盘1-2组成，在左锥形插盘1的第一法兰盘1-2孔中安装第一定位销1-1；带穿墙法兰管模2由第一定位销套2-1、第二定位销2-2、穿墙法兰2-3组成，在穿墙法兰2-3的左端孔内安装第一定位销套2-1，在穿墙法兰2-3的右端孔内安装第二定位销2-2；不带穿墙法兰管模4由第三定位销4-1、不穿墙法兰4-2、第二定位销套4-3组成，在不穿墙法兰4-2的左端孔内安装第二定位销套4-3，在不穿墙法兰4-2的右端孔内安装第三定位销4-1；右锥形插盘9由第三定位销套9-1和第二法兰盘9-2组成，在右锥形插盘9的第二法兰盘9-2孔中安装第三定位销套9-1。

所述的一种双盘法兰直管离心整体铸造金属模具的工作原理及使用操作方法是：将离心双盘法兰管模具设计成水平分型的两个半模，方便铸件从模具中取出；利用管模盘接特点，将管模具多节拼装，满足用户对法兰管的压力等级及长度需求，离心管模节长度设计是，在1-10自然数中取3个“重要数”，既管模节长度分别设计成1米，2米，5米和100毫米，200毫米，500毫米。通过拼接满足用户对不同长度管的需求；长度在5.8米内，压力等级在PN10，PN16，PN25之间任意选择；更换管模具两端的锥形夹持头可调整法兰压力等级，更换管模具过度段可调整铸管长度，更换管模具带穿墙法兰段还可实现双盘穿墙法兰管的生产；更换带插口段管模，可实现盘插，盘插带穿墙管生产；多节管模是通过法兰连接实现的，两法兰对接部位设计穿墙法兰；在管模分型面设计有凹凸定位和锁紧装置；浇注前将管模预热到180℃-220℃，在管模内壁喷0,5-1mm厚的硅藻土涂料，其目的：一是防止在浇注过程中管模承受较大的热冲击，二是防止浇注过程中铁水因激冷而产生大量的珠光体和渗碳体，这两种组织标准规定是不允许的；三是浇注后方便铸件与模具分离；在左锥形插盘1和带穿墙法兰管模2之间及不带穿墙法兰管模4和右锥形插盘9之间安装树脂砂退让芯7的目的有两个，一是防止浇注后铸管自由收缩时受刚性管模阻碍法兰与管身之间产生裂纹。球墨铸铁一般体收缩量为0.8％，线收缩量为1％；树脂砂芯在浇注后受高温碳化分解，强度消失，给凝固收缩时的铸管留有较大退让空间，从而有效防止受刚性管模阻碍收缩造成裂纹；二是法兰孔可通过树脂砂退让芯整体铸出；将组装好管模具安放在专用离心机上，专用离心机设有主动力头，液压夹持头，举升缸，浇注溜槽；主动力头的作用是通过锁紧套的摩擦力向管模输出动力，带动管模高速旋转，在离心力作用下（约50G）铸件成型，液压夹持头的主要作用是利用液压油缸的水平推力将管模推向主动力头一侧，在夹紧管模的同时，两端的锥形套还能将两半管模锁紧；举升缸的作用是在夹紧管模时能使两锥形套对中，通过举升缸上的托轮还能在油缸推力下使管模水平移动；浇注后，松开夹紧装置，利用举升缸托住管模；浇注溜槽的作用是将定量的铁水注入管模中，用定量的铁水控制铸管壁厚达到标准要求；利用两开金属模具解决双盘法兰管，穿墙法兰管不能离心铸造的问题，克服其他铸造方法和焊接法兰的铸造缺陷多，成型率低，金相，性能不达标难题；离心铸造可有效控制管体壁厚，同时满足K级，C级管压力等级；组合拼装的模具设计，同时满足不同长度规格，不同法兰压力等级，不同穿墙法兰位置的需求；水平离心浇注，提高成型合格率和一次水压合格率，其中；成型合格率可达98％，一次水压合格率可达95％，是普通砂型铸造，消失模铸造的1-3倍，生产效率高达5倍，可实现大批量生产，满足市场需求；特别是整铸一体的法兰和穿墙法兰与焊接法兰相比，机械性能高一倍以上，整体金相组织完全一致，质量更可靠，用户更满意；离心浇注不仅使合金组织更致密，更有利于保护环境，浇注中产生的少量废气，粉尘可全部回收，真正实现绿色环保铸造；

所述的一种双盘法兰直管离心整体铸造金属模具的铸造方法是：

（3）在规定的温度下喷涂管模涂料，管模涂料由膨润土，硅藻土和水配制而成，涂料喷涂厚度0,5-1mm；

（4）待涂料干燥后，进行下芯合模操作，下芯时注意检查PN值是否与要求相符。两半模合笼后锁紧紧固销，检查合模缝隙小于0,3mm；

（6）对铸件进行抛丸清砂，修么毛刺，检测外观及尺寸合格；

（7）机械加工：加工法兰密封水线；

（8）防腐处理：水压试验合格后进行内外防腐；

（9）包装入库：喷唛头后包装，入库待发运。

实施例一

用离心机铸造PN16,长度5.8米，DN1000双盘法兰直管方法是：

（1）模具准备

A、根据用户需求，准备DN1000管模两端PN16的锥形插盘左右各1套，变更管模两端的锥形插盘，管件法兰盘可以更换成PN10，PN16，PN25，PN值不同（压力等级），法兰的厚度，螺栓孔径，孔数也不同。同时准备DN1000的过度节管模3节，长度分别为5米，0.5米，0.2米。DN1000，PN16的法兰厚度50毫米，合计总长度5.8米，满足客户需求；

B、将分段管模拼装连接，注意定位销，定位台完好；

C、初次使用的管模需进行预热处理，预热温度180℃-220℃，用远红外测温枪检测内壁温度达到规定要求。预热管模的目的是方便粘接管模涂料，连续生产可利用管模余温，喷涂温度不可过高或过低；喷涂料有三个目的：一是浇注过程中铁水因管模激冷而产生大量的珠光体和渗碳体，这两种组织标准规定是不允许超标的，管模内表面的涂料可有效防止这两种组织出现；二是保护管模管模在浇注过程中受较大的热冲击而降低使用寿命；三是浇注后方便铸件与模具分离；

D、在规定的温度下,用高压无气喷涂设备喷涂管模涂料，管模涂料由膨润土，硅藻土和水配制而成，涂料粘度用T6杯检测，控制在11秒，涂料喷涂厚度0.5-1mm；

E、待涂料干燥后，清除管模分型面上的涂料，目的是保证合模精度，防止离心浇注时漏铁；

F,进行合模操作前,将准备好的PN16退让砂芯放到管模定位槽中，利用导向销将两半模合笼后锁紧紧固销，检查合模缝隙小于0,3mm；

（2）离心浇注

将准备好的管模放到离心机的托架23上，启动气动举升缸24，将管模托起与离心机的从动锥形夹持套14和主动轴锥形套16对中；启动液压油缸4，将锥形套插入管模中；启动调速电机28让管模缓慢旋转；将准备好的定量铁水兑入管模中，铁水温度1350℃-1380℃，待铁水完全铺开后，管模高速旋转3-5分钟后开始降低管模转速；根据管径和壁厚不同，管模高速旋转的时间也不同；但高速旋转的离心力不能小于50G；待管模内铸件温度降至400℃时，管模停止旋转，同时气动举升缸24升起；松开液压油缸4，管模与铸件移到冷却工位继续冷却到300℃以下，打开模具并取出铸件；迅速清理管模残余涂料，残余的旧涂料会造成铸件表面缺陷，必须清理干净；借助管模余温重新喷涂新涂料后准备下一次浇注；

（3）清理与加工；

A、对铸件进行抛丸清砂，修磨毛刺，检测外观及尺寸合格；

B、机械加工；加工法兰密封水线；

（4）防腐与包装；

A、防腐处理；水压试验合格后进行内外防腐；

B、包装；喷唛头后用托盘，木箱包装，入库待发运。

实施例二

用离心机铸造PN10，DN200单盘穿墙法兰直管，长度为4.02米，其中穿墙法兰距法兰密封面长度为2.01米，方法是：