专利名称：复合结构的旋转轴/喷头及其制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铝及铝合金的出气精炼处理所用的旋转出气装置，特别是该装置上的旋转轴、旋转喷头及其制造工艺。
随着铝合金铸件用量的扩大和对产品质量要求的不断提高，高校能的铝合金精炼用旋转出气技术装置的应用越来越多。旋转出气技术通过插入熔体中的旋转喷头，将精炼气体弥散在铝合金熔体中。旋转喷头通过螺纹与空心旋转轴相接，旋转轴的动力源来自电动机。
旋转轴和旋转喷头是铝合金旋转出气装置中最关键的部件。一方面因为它们在很大程度上决定着铝合金精炼的效能，另一方面又因为它们所处的高温和运动工况严酷，是易损件，所以，它们的性能价格比的高低对旋转出气技术的普及应用具有重要的制约作用。在现今使用的旋转出气装置中，旋转轴和旋转喷头的结构及制造工艺有以下种一种采用有较高抗热震能力的高等级的石墨或炭化硅制造，一般是先将石墨坯料分别加工出旋转轴和旋转喷头及连接螺纹，然后浸泡防氧化涂层，进行高温烧结处理。由于石墨或炭化硅材料的低强度和易脆性，使得轴和喷头不得不做得厚大，材料消耗大成本高，使用中极易意外碰撞而断裂损坏；高温石墨在抽出液面后的氧化以及工作中相对熔体的冲刷磨损使得旋转喷头的刃角几何形状逐渐退化，破碎气泡的效能逐步降低，在服役期间难以保持恒定的出气性能，导致铸件质量的波动；石墨材料加工的连接螺纹，在使用中容易磨损，造成漏气和晃动。防氧化涂层虽然对石墨的抗氧化剥落能力有所提高，但使用一段时间防氧化涂层剥落后，旋转轴和旋转喷头会很快氧化剥落和磨损。另外一种使用一般钢结构制造，由于铝合金熔体对铁的咬蚀，可造成铝合金中铁含量超标而报废。中国专利ZL94203730.8铸铁加耐火涂料保护的旋转喷头，使用中一旦出现表面涂料破损，咬蚀会自该处向深层迅速扩散，必须不断检查和修补，生产操作不便。
本实用新型的目的是针对上述问题提供一种不氧化剥落、抗冲击能力强、连接密封可靠、使用寿命长、性能稳定、制造成本低的旋转轴/喷头及其制造工艺。
本发明的目的是这样实现的旋转轴和旋转喷头采用钢管和耐火浇注料的复合结构，由一端带有螺纹的钢管4、覆盖在钢管4上的浇注料2、对称分布在钢管4且沿轴向焊接的凸筋3组成，凸筋3将钢管4和浇注料2耦合连接；钢管4的壁厚、外径、内径应分别大于5mm、20mm、5mm，材料为中碳钢或合金钢；凸筋3为两根或四根直径为φ5-10mm的园柱钢，材料为低碳钢。
本发明的制造工艺包括①浇注料2可选用任何无定型耐火材料，最好选用抗震性强、与铝合金成分相容的耐火材料，先进行2-3分钟的干混，加水后再进行3-8分钟的湿混，形成具有适宜流动性的耐火浇注料；②浇注时所采用的模具1可以是木模或金属模，其高度应保证钢管4的螺纹不被埋入浇注料中即可；③旋转轴/喷头的复合成型过程是在模具1中进行，由于影响旋转轴/喷头质量的主要因素是复合浇注料的致密度，致密度越高抗热震能力越强，所以应控制浇注料2的流动性和振动频率、振幅和时间能够保证浇注料的致密度。将模具1固定在每分钟振动频率为300-1000的振动台上，钢管4在模具1中定位，填入浇注料振动3分钟后，停留30-50分钟固化后脱模，随后在80-160℃中进行烘干和烧结制得复合结构的旋转轴/喷头。
本发明的效果是①按照本发明制造的复合结构旋转轴/喷头，钢制的螺纹连接，加工方便、密封可靠；②通过焊接凸筋藕合连接浇注料，复合结构牢靠，具有比石墨材料更高的抗机械冲击能力；③由于外层耐火材料强韧不易磨损，旋转轴/喷头使用中自始至终保持完好的几何形状，保证了除气精炼质量的稳定；④实现旋转轴和旋转喷头的整体一次成型，简化了生产工艺，降低了制造成本；⑤按此工艺制造的旋转轴/喷头，经过250次以上的铝合金精练处理，每次处理时间8-10分钟，表面无裂缝，无剥落，平均使用寿命超过对比石墨制品两倍以上，制造成本则为石墨制品的二分之一。
本发明的具体实施例结合以下附图加以说明。
图1是本发明的结构图。
图2是本发明A-A向的剖视图。
图中1-模具，2-浇注料，3-凸筋，4-钢管，本发明由模具1、浇注料2、圆棒型凸筋3、无缝钢管4组成，钢管4材料为中碳钢，凸筋3材料为低碳钢。首先根据零件的图纸要求，加工浇注用铝合金外膜模具。在钢管4上加工出必要的连接螺纹，沿钢管4轴向点焊φ5的圆棒凸筋3四条，对称布置。连接好的钢管4和凸筋3放在模具中定位并固定在振动台上。
将耐火浇注料2Al2O3、SiO2、CaO、钢纤维、水分别占总重量的40-85％、10-65％、0-10％、0-5％、3-15％先进行2分钟的干混，经过3分钟的湿混，形成具有适宜流动性的耐火材料浇注料。浇注料2灌模后振动台以每分钟300次的频率持续振动五分钟震实。40分钟固化后取出复合完成一体的旋转轴/喷头，然后进行烘干烧结处理，温度控制在150℃。
权利要求
1.一种复合结构的旋转轴/喷头，其特征在于旋转轴和旋转喷头采用钢管和耐火浇注料的复合结构，由一端带有螺纹的钢管(4)、覆盖在钢管(4)上的浇注料(2)、对称分布在钢管(4)且沿轴向焊接的凸筋(3)组成，凸筋(3)将钢管(4)和浇注料(2)耦合连接；钢管(4)的壁厚、外径、内径应分别大于5mm、20mm、5mm，材料为中碳钢或合金钢；凸筋(3)为两根或四根直径为φ5-10mm的园柱钢，材料为低碳钢。
2.一种制造权利要求1所述复合结构的旋转轴/喷头的工艺，其特征在于2.1浇注料(2)可选用任何无定型耐火材料，最好选用抗热震性强、与铝合金成份相容的耐火材料，先进行2-3分钟的干混，加水后再进行3-8分钟的湿混，形成具有适宜流动性的耐火浇注料；2.2浇注时所采用的模具(1)可以是木模或金属模，其高度应保证钢管(4)的螺纹不被埋入浇注料中即可。2.3旋转轴/喷头的复合成型过程是在模具(1)中进行，将模具(1)固定在每分钟振动频率为300-1000的振动台上，钢管(4)在模具(1)中定位，填入浇注料振动3分钟后，停留30-50分钟固化后脱模，随后在80-160℃温度中进行烘干和烧结，制得复合结构的旋转轴/喷头。
3.根据权利要求(1)和(2)，所述复合结构的旋转轴/喷头及其制造工艺，其特征在于浇注料(2)是由Al2O3、SiO2、CaO、钢纤维、水组成，各组分占总重量的百分比分别为40-85％、10-65％、0-10％、0-5％、3-15％。
全文摘要
一种涉及旋转出气装置上的复合结构旋转轴/喷头及其制造工艺,主要是用于铝及铝合金的精炼处理。旋转轴和旋转喷头是用钢管和耐火浇注料复合按照规定的工艺方法而制成的,这种复合结构的旋转轴/喷头,避免了石墨材料使用时的诸多缺点,使用中能够持久保持旋转轴/喷头完好的几何形状,有利于出气精练质量的稳定,并且将旋转轴/喷头一次成型,降低制造成本。
文档编号C22B21/06GK1357641SQ00131278
公开日2002年7月10日 申请日期2000年12月15日 优先权日2000年12月15日
发明者郑宇新, 王泽忠 申请人:东风汽车公司