专利名称：基于消失模铸造与振动浇注的双金属弯管制造工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于耐磨复合管件制造技术领域，特别是一种双金属弯管制造工艺。
背景技术：
近年来，随着建筑行业的蓬勃发展，高压混凝土输送泵车不断更新换代，其臂架泵送混凝土的高度和距离也在不断增加，对其臂架输送管道，尤其是承受冲击以及耐磨的弯管部分的性能及使用寿命提出了更高的要求。由于高速传送的物料在通过臂架输送弯管时产生很大的离心力，加剧了高速物料对输送弯管外侧的冲击磨损及腐蚀,从而使其成为输送管道中最为薄弱的一环。现有单一材质很难实现耐磨性与韧性的完美结合，无法有效的提高臂架输送弯管的使用寿命。因此，目前广泛采用兼具耐磨性与韧性的双金属复合弯管，以有效提高臂架输送弯管的使用寿命，减少其更换频率，降低使用成本。目前，双金属弯管制造工艺主要有离心铸造工艺、装镶铸石管道工艺、塑性成型工艺以及陶瓷复合钢管工艺等几种。由于工艺本身的局限性，离心铸造工艺只能生产复合直管而不能生产弯管，且其不能消除内外材质因冷却收缩不一致而产生的细小缝隙。装镶铸石管道工艺所生产的铸石弯管采用铸石作为内衬材料，复合弯管耐磨耐蚀性能良好，但由于铸石属脆性材料，其抗拉及抗冲击性能较差，一般用于低应力冲击条件下使用，且铸石复合弯管尺寸较大，限制了其在高压混凝土泵车上的应用。塑性成型工艺一般采用内缩或外胀的方式使内外两层形成紧密配合状态，即机械结合，但无法形成有效的冶金结合；陶瓷复合钢管工艺复杂，且多为直管，其弯管一般由多节直管相互焊接而成，其节状形态阻碍了流体在其中的流动，管内存在的多个焊接接缝也极易发生磨损磨穿现象，限制了其使用寿命。中国专利文献95106239. 5中公开了一种利用消失模真空吸铸工艺进行双金属弯管的制备，该工艺利用泡沫内衬与外层钢管进行组合形成模样，随后在真空作用下进行浇注。此工艺一方面由于其冷却速度较慢，容易造成耐磨体晶粒粗大、组织不致密等问题，另一方面，其双金属界面也会因内衬体冷却收缩而产生细小缝隙，不利于双金属复合弯管韧性的提高，尤其是双金属弯管外侧存在缝隙，不能使双金属形成机械冶金结合，严重降低了双金属复合弯管的韧性，同时使用过程中很容易由于弯管更换不及时发生双金属弯管内衬体与外层钢管的分离脱落现象，从而输送管道整体阻塞，造成工程事故。
发明内容
本发明的目的就是要避免现有技术中存在的不足之处，提供一种既能够消除双金属弯管外侧结合界面缝隙，实现双金属紧密冶金结合，提高双金属复合弯管外侧的韧性，又能够实现细化耐磨体晶粒，使其组织更为致密耐磨的基于消失模铸造的双金属弯管制造工艺。实现本发明目的基于消失模铸造与振动浇注的双金属弯管制造工艺，包括将双金属弯管内衬的泡沫模样与外侧外壁钻有通孔的外层钢管进行组装，并用泡沫体封堵所述通孔，形成组合模样；将所述组合模样粘接消失模发泡成型的浇注系统及出气孔，形成整体模样，并置于砂箱中填砂造型；烧空整体模样内的泡沫模样并利用高温火焰对钢管预热，再将所述砂箱置于振动浇注震实台上进行无真空振动浇注，保温一定时间后开箱清理铸件，即完成双金属弯管的制作。具体可以为如下步骤(I)采用消失模发泡成型技术制作弯管内衬泡沫模样，并将其放置于50 55°C的烘房中进行充分干燥；(2)将外层钢管进行充分固定，利用冲击钻在钢管外侧管壁上钻通孔，孔的分布成对称排列，孔的尺寸及数量根据复合弯 管尺寸大小而定；(3)利用发泡成型技术或手工切割技术制作用来封堵步骤(2)中通孔的小型泡沫体，其形状不限，其尺寸比步骤⑵中所钻孔的尺寸大15 30mm，高度为10 30mm ；(4)将步骤(I)中的已经烘干的弯管内衬泡沫模样与步骤⑵中外侧打好孔的钢管进行组装，并用热熔胶或冷胶对两端缝隙进行封堵；(5)用步骤(3)中的小型泡沫体封堵住钢管外侧管壁上的通孔，并用热熔胶或冷胶对其接触边缘进行封堵，形成组合模样；(6)将步骤(5)中封堵好孔洞的组合模样粘接消失模发泡成型的浇注系统及出气孔，形成整体模样；(7)将步骤￠)中粘接好浇注系统及出气孔的整体模样浸涂高强度耐火涂料，并将其置于烘房中进行充分干燥；(8)重复步骤(7) 2 3次，直至涂层厚度达I 2mm左右；(9)将烘干涂料后的整体模样置于砂箱中填砂造型，并置于振动台上振实砂型，所用消失模干砂目数为30 50目；(10)将步骤(9)中造好型的砂箱置于振动浇注震实台上，并用以乙炔和氧气为燃料的高温火焰枪烧空组合体内部泡沫模样，先将出气孔烧大约lmin，随即从铸型浇冒口出开始烧泡沫约6 7min，使钢管外侧内壁处充分预热，随即停止加热。(11)加热停止后立即进行无真空振动浇注，所述振动浇注震实台振动频率为10 150Hz、振幅为O. 2 1. 8mm，振动电机的转速为650 2500rpm，具体参见图1 ;(12)保温一定时间后，开箱并清理铸件，完成双金属弯管的制作。本发明的方法具有复合弯管外侧双金属界面结合度高、耐磨体组织致密耐磨性好等优点，有效消除了弯管外侧双金属复合界面因材质温度及热膨胀系数差异所造成的收缩缝隙，通过双金属界面机械咬合的方式实现了内层耐磨体的由内侧向外侧的定向收缩；消失模先烧后浇技术的运用有效减少了高温金属液气化泡沫的热量损失及其充型阻力，同时减少了传统消失模技术中存在的增碳、皱皮等缺陷。本发明的方法采用无真空消失模浇注工艺，减少了浇注冷却阶段内衬体的热量损失，从而更加有利于内衬体与外层钢管的冶金结合。本发明的方法中消失模振动浇注技术的应用使双金属复合内衬的微观晶粒组织更加细小致密，显著减少了传统消失模铸造中的组织粗大及气孔、夹渣等铸造缺陷。本发明工艺生产的双金属复合弯管内衬体组织更加致密耐磨，复合弯管外侧机械及冶金结合程度高，有效提高了双金属弯管外侧的韧性及耐磨性能，提高了使用寿命，不仅有效降低了双金属复合弯管的生产成本，而且显著减少了双金属复合弯管频繁更换给厂家带来的经济损失。
图1为本发明的具体实例示意图；图2为本发明所铸偏心双金属复合弯管横截面示意图。图中，1-弯管内衬泡沫模样，2-外层钢管，3-通孔，4-小型泡沫体，5-浇注系统，6-出气孔，7-砂箱，8-干砂，9-振动电机台面，I O-振动电机，11 -内层耐磨材质，12-复合弯管外侧耐磨体厚度，13-偏心距，14-复合弯管内侧耐磨体收缩缝隙。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。以下实施例仅是解释性的，并不构成是对本发明的限定，凡是在不脱离本发明技术方案的精神实质所作的修改或变形，都属于本发明的保护范围。本发明工艺适用于铸造各种偏心、不偏心的管径及壁厚不同的双金属复合弯管。本实施例的双金属复合弯管外层材质可选用ZG20、16Mn无缝钢管或其他焊接性及韧性良好的低碳钢或低合金钢，内层耐磨材质优选可选用高铬铸铁。本实施例的基于消失模铸造与振动浇注的双金属弯管制造工艺，其具体工艺操作步骤见如下(I)采用消失模发泡成型技术制作弯管内衬泡沫模样1，并可将其放置于50 55°C的烘房中进行充分干燥。(2)将外层钢管2进行充分固定，利用冲击钻在钢管外侧管壁上钻通孔3，通孔3一般优选为多个，通孔成对称排列分布，孔的尺寸及数量根据复合弯管尺寸大小而定。外层钢管2为弯管，通孔3钻在弯管外侧的外壁上，这样浇铸后两种金属即可咬合在一起，实现双金属复合弯管外侧的机械及冶金结合。通过弯管外侧形成双金属机械咬合，可以抑制内层管壁材料(例如高铬铸铁)厚壁处向弯管中心的自由收缩，从而使内衬耐磨体在冷却凝固过程中实现由薄壁处向厚壁处的定向收缩，使双金属弯管厚壁处形成牢固的机械冶金结合，有效地消除了弯管外侧在冷却收缩过程中由于材质不同及温度差异而导致的收缩缝隙，充分保证了复合弯管外侧的机械冶金结合，提闻了其朝性，有效提闻了其使用寿命。此外，通过机械结合可有效防止双金属复合弯管在使用过程中的内衬脱落现象，具有优良的安全性能；(3)利用发泡成型技术或手工切割技术制作用来封堵通孔3的小型泡沫体4，其形状不限，优选其尺寸比所钻通孔的尺寸大15 30mm，高度为10 30mm。浇铸前，这些泡沫体会被烧得，这样可是浇铸金属进入外层钢管2的通孔中，从而机械和冶金咬合。(4)将已经烘干的弯管内衬泡沫模样I与步骤(2)中外侧外壁打好通孔的钢管2进行组装，并用热熔胶或冷胶对两端缝隙进行封堵，防止涂料在浸涂过程中由缝隙处进入结合界面，阻碍其冶金结合的形成；(5)用小型泡沫体封4依次堵住钢管外侧管壁上的通孔3，并用热熔胶或冷胶对其接触边缘进行封堵，防止涂料在浸涂过程中由接触边缘缝隙进入结合面阻碍冶金结合，接触边缘封堵完成后形成最终组合模样；(6)将步骤(5)中封堵好孔洞的组合模样粘接消失模发泡成型的浇注系统5及出气孔6，形成整体模样。浇铸系统5和出气孔6的泡沫模样会在浇铸前被烧掉，以分别用于浇铸内层金属液体和浇铸过程中的气体排放。(7)将步骤(6)中粘接好浇注系统5及出气孔6的整体模样浸涂高强度耐火涂料，并将其置于烘房中进行充分干燥。(8)重复步骤(7)，例如2 3次，直至涂层厚度达I 2mm左右。(9)将烘干涂料后的整体模样置于砂箱中填砂造型，并置于振动台上振实砂型，所用消失模干砂目数可优选为30 50目。(10)将步骤(9)中造好型的砂箱置于振动浇注震实台上，并用以乙炔和氧气为燃料的高温火焰枪烧空组合体内部泡沫模样，先将出气孔烧大约lmin，随即从铸型浇冒口出开始烧泡沫约6 7min，使钢管外侧内壁处充分预热，随即停止加热。先用高温火焰将铸型内泡沫模样烧空并对外层钢管内壁进行预热，这样既减少了高温金属液的充型阻力及其因气化泡沫模样而造成的热量损失，而且通过高温火焰将泡沫模样烧空，有效的减少了传统消失模铸造中的铸件表面增碳、皱皮等碳缺陷。此外，利用高温火焰对钢管内壁进行充分预热，为双金属复合弯管厚壁复合处提供了充足的热量，不仅有效保证了弯管厚壁双金属界面处的结合强度，而且同时减少了厚壁钢管与内层高温金属液的温差，有利于双金属弯管厚壁处实现内外不同材质的共同收缩，有效的减小了双金属弯管厚壁自由收缩受阻而带来的应力集中，从而使双金属复合弯管具有更好的承受冲击能力。(11)加热停止后立即进行无真空振动浇注，本实施例中所选的振动浇注震实台可优选设置其振动频率为10 150Hz、振幅为O. 2 1. 8mm，振动电机的转速为650 2500rpm，具体参见图1。振动浇注技术抑制了冷却凝固阶段晶粒的长大，细化了晶粒组织，同时也使气体、夹渣等更容易上浮，减少耐磨体中的铸造缺陷，使内衬耐磨体具有优良的耐磨性能。(12)保温一定时间后，开箱并清理铸件，即可完成双金属弯管的制备。
权利要求
1.一种双金属弯管制造工艺，包括 将双金属弯管内衬的泡沫模样(I)与外侧外壁钻有通孔(3)的外层钢管(2)进行组装，并用泡沫体(4)封堵所述通孔(3)，形成组合模样； 将所述组合模样粘接消失模发泡成型的浇注系统(5)及出气孔(6)，形成整体模样，并置于砂箱中填砂造型； 烧空整体模样内的泡沫模样并利用高温火焰对钢管预热，再将所述砂箱置于振动浇注震实台上进行无真空振动浇注，保温一定时间后开箱清理铸件，即完成双金属弯管的制作。
2.根据权利要求1所述的双金属弯管制造工艺，其特征在于，所述外层钢管(2)上的通孔(3)为多个，均匀分布在该外层钢管(2)上外侧的管壁上，以用于浇注后两层金属的咬口 ο
3.根据权利要求1或2所述的双金属弯管制造工艺，其特征在于，采用高温火焰加热外层钢管(2)，以将所述整体模样内的泡沫模样烧空。
4.根据权利要求3所述的双金属弯管制造工艺，其特征在于，烧空时，先将出气孔(6)烧空，再从浇注系统(5)处开始烧泡沫，使外层钢管(2)外侧内壁处充分预热。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的双金属弯管制造工艺，其特征在于，在对整体模样填砂造型前，需先在其外表面喷涂高强度耐火涂层。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的双金属弯管制造工艺，其特征在于，所述泡沫模样(I)和外层钢管(2)进行组装后可用热熔胶或冷胶对两端缝隙进行封堵。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的双金属弯管制造工艺，其特征在于，所述泡沫体(4)封堵所述通孔(3)后，可用热熔胶或冷胶对其接触边缘进行封堵。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的双金属弯管制造工艺，其特征在于，浇注震实台可优选设置振动频率为10 150Hz、振幅为O. 2 1. 8mm的浇注震实台。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的双金属弯管制造工艺，其特征在于，所述外层钢管(2)外层材质可选用ZG20或16Mn的无缝钢管，或其他低碳钢或低合金钢，内层材料优选_络铸铁。
10.利用权利要求1-9中任一项所述的工艺所制备的双金属弯管。
全文摘要
本发明公开了一种双金属弯管制造工艺，包括将双金属弯管内衬的泡沫模样(1)与外侧外壁钻有通孔(3)的外层钢管(2)进行组装，并用泡沫体(4)封堵通孔(3)，形成组合模样；将组合模样粘接消失模发泡成型的浇注系统(5)及出气孔(6)，形成整体模样，并置于砂箱中填砂造型；烧空整体模样内的泡沫模样，再将砂箱置于振动浇注震实台上进行振动浇注，保温一定时间后开箱清理铸件，即完成双金属弯管的制作。本发明的方法采用无真空振动浇铸，生产的双金属复合弯管内衬体组织更加致密耐磨，复合弯管外侧机械及冶金结合程度高，有效提高了双金属弯管外侧的韧性及耐磨性能，提高了使用寿命，不仅有效降低了双金属复合弯管的生产成本。
文档编号B22D27/08GK103008544SQ20121052361
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月6日 优先权日2012年12月6日
发明者叶升平, 郭亚军 申请人:华中科技大学