專利名稱：：“隨形加散熱片”的金屬型設(shè)計(jì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一項(xiàng)機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法，具體是"隨形加散熱片"的金屬型設(shè)計(jì)。
背景技術(shù)：
：在批量鑄件的生產(chǎn)中，金屬型被廣泛采用。通常，金屬型的外形都采用簡單的幾何體。這種簡單幾何體金屬型的壁厚不均勻，導(dǎo)致鑄件的硬度不均。對于工作中需要滾動的鑄件，如球磨機(jī)用的鑄造磨球，會因?yàn)橛捕炔痪茐膱A整度，降低效率，增加消耗。傳統(tǒng)鑄件生產(chǎn)中，鑄件表面的硬度永遠(yuǎn)是最高的，這對于表面需要精加工的鑄件，如發(fā)動機(jī)的球鐵曲軸、碴漿泵和閥門的過流件、密封件，這樣的金屬型就顯得不經(jīng)濟(jì)了，因?yàn)殍T件表面的機(jī)械性能最好的"等軸細(xì)晶粒組織"要被無奈地切除，而使用性能較差的部分，使壽命降低，造成浪費(fèi)；增加工時(shí)，加大成本。還有的鑄件，伊j如，球磨機(jī)的襯板，在工作中是磨損消耗的，由于鑄件內(nèi)部的硬度低，使用壽命縮短。這些都造成了浪費(fèi)。和砂型鑄件一樣，金屬型鑄件也普遍存在內(nèi)部結(jié)晶粗大，疏松的問題，影響鑄件的質(zhì)量。所以金屬型需要解決的有兩個(gè)問題，一個(gè)是硬度不均勻的問題，另一個(gè)是提高內(nèi)部硬度的問題。二
發(fā)明內(nèi)容為了解決上述問題，本發(fā)明提供一種新的金屬型設(shè)計(jì)方法:"隨形加散熱片"的金屬型設(shè)計(jì)。本發(fā)明采用兩種手段解決上述問題"隨形"用于使鑄件盡量散熱均勻，從而使硬度也盡量均勻；"散熱片"用于提高鑄件內(nèi)部的冷卻強(qiáng)度，使鑄件內(nèi)部也能形成"等軸細(xì)晶粒組織"，從而提高鑄件的強(qiáng)度。所謂"隨形"，是指鑄型的外形，盡量隨鑄件的外形變化而變化，不再是簡率的幾何體。采用"隨形"的設(shè)計(jì)，能盡可能地讓金屬型的外形與鑄件的外形一致，使金屬液的散熱比較均勻，硬度就能比較均勻。但鑄造總有澆口、澆道，因此局部硬度不均是不可避免的。金屬液在金屬型中的冷卻、凝固，是金屬型吸熱和通過金屬型表面散熱(輻射)的結(jié)果。通常，為了獲得足夠的冷卻強(qiáng)度，金屬型的重量要達(dá)到全部金屬液重量的5倍以上。但金屬型和砂型有著本質(zhì)的區(qū)別金屬型是比較好的熱傳導(dǎo)體，而砂型是不良的熱傳導(dǎo)體。這就是說，對于金屬型，我們也可以利用其良好的導(dǎo)熱性，用增加散熱面積的辦綠來獲得鑄件需要的冷卻強(qiáng)度，而不需要強(qiáng)調(diào)金屬型的熱容量。吸熱和散熱一樣，都是當(dāng)溫差越大時(shí)，熱交換越激烈。當(dāng)金屬液進(jìn)入金屬型時(shí)，溫差超過IOO(TC，熱交換急劇進(jìn)行；而此時(shí)鑄型表面與空氣的溫差最多只有30(TC左右，且交氣的導(dǎo)熱系數(shù)大大低于金屬型，散熱較緩慢。所以在初始階段，吸熱總是大于散熱；鑄件表面很快結(jié)晶、凝固，形成等軸細(xì)晶粒組織。一般情況下，由于散熱p積小，在一段時(shí)間內(nèi)，散熱梯度總是小于吸熱梯度；而吸熱是有限的，所以鑄件內(nèi)部沒有足夠的冷卻強(qiáng)度，結(jié)果使結(jié)晶粗大，甚至疏松、縮孔。但由于金屬型是較好的熱傳導(dǎo)體，金屬液進(jìn)入金屬型后，金屬型的吸熱梯度很快就會減小，而散熱梯度將逐漸提高。如果金屬型的表面積足夠大，大大提高了鑄型表面的熱輻射，散熱梯度就能很快提高，以至于在鑄件內(nèi)部的某個(gè)深度開始，吸熱梯度小于散熱梯度，從而得到足夠的冷卻強(qiáng)度，使鑄件內(nèi)部也能形成較較理想的結(jié)晶組織，提高鑄件的品質(zhì)。由于金屬型在澆鑄開始時(shí)能獲得大的冷卻強(qiáng)度，所以鑄件總是由外向里冷卻、凝固，使表面的硬度高。要想使鑄件表面的硬度低于內(nèi)部的硬度，可以適當(dāng)減少金屬型的重量。2005年，本發(fā)明人采用此種方法在山西設(shè)計(jì)了一副生產(chǎn)OllO咖鑄造磨球的金屬型。其外形不再是圓柱體，而是隨其分布的4個(gè)球型改為4個(gè)半球形，并設(shè)有加強(qiáng)筋(散熱片)，使散熱表面積為現(xiàn)行金屬型表面積的5.3倍，表面積提高474倍多。用它們生產(chǎn)的磨球進(jìn)行對比試驗(yàn)，獲得了滿意的結(jié)果，證實(shí)了這種設(shè)計(jì)方法是完全正確的。附圖l為現(xiàn)行的傳統(tǒng)金屬模結(jié)構(gòu)圖。附圖2、3為新設(shè)計(jì)的金屬模結(jié)構(gòu)圖。對比試驗(yàn)采取同一爐鐵水用現(xiàn)行金屬型和新設(shè)計(jì)的金屬型同時(shí)澆鑄，所得磨球熱處理后采樣進(jìn)行性能檢測，檢測結(jié)果如下(以下簡稱"新"、"舊"磨球)。1、硬度對比如下(硬度單位全部采用RHC)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>1/2RW|、1/4RMWm^ll柳4個(gè)點(diǎn)翻鵬取平繊^^I^^Wc術(shù)j^ii周:)柳膝€)、f^fe^^e^^^f,日的，題^ii^M^iji/2R以前，ss低、新磨球的最大硬度差為2.5，表面平均硬度與球心的硬度差為0.5。而用傳統(tǒng)金屬模生產(chǎn)的磨球的最大硬度差為4，表面平均硬度與球心的硬度差為2.5。2、沖擊韌性新球模的磨球aK=3.92J/cm2;舊球模的磨球aK=3.52J/cof。新球模生產(chǎn)的磨萍比舊模具生產(chǎn)的磨球的沖擊韌性提高了11.4%。沖擊韌性的提高進(jìn)一步證明心部硬度提高的事實(shí)，進(jìn)一步證明"隨形加散熱片"的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是提高鑄件硬度、減小硬度差和提高鑄件內(nèi)部強(qiáng)度的可靠途徑。:、重量對比新磨球金屬型的熏量97kg，現(xiàn)行金屬型125重量125kg，新金屬型較現(xiàn)行的金屬型減輕了28kg，節(jié)省材料22.4%。4、金相檢驗(yàn)對比均為珠光體+網(wǎng)狀碳化物，新型球模生產(chǎn)的磨球的網(wǎng)狀碳化物有減少的趨勢?？梢钥闯?，新磨球的表面硬度和3/4R處的硬度低于舊磨球，直到1/2R處,新磨球的硬度才開始高于舊磨球，其轉(zhuǎn)折點(diǎn)在3/4R和1/2R之間。這是因?yàn)樾陆饘傩偷闹亓繙p得太多，吸熱的強(qiáng)度不夠，適當(dāng)提高新金屬型的重量，即提高吸熱的冷卻強(qiáng)度就可解決。使用本發(fā)明設(shè)if的金屬型，能顯著提高鑄件的品質(zhì)，使鑄件的硬度比較均勻，鑄件內(nèi)部的硬度提高；還可以使表面硬度小于內(nèi)部硬度，提高了鑄件的使用性能和節(jié)約加工工時(shí)。四在附圖3中，l是球型；7是抬箱孔，因?yàn)榻饘傩皖A(yù)熱30(TC，操作時(shí)只能用鋼筋插入抬箱孔移動金屬型；3是排氣孔；4是澆口通道；5是保溫底套；9、8是散熱片，它們同時(shí)是加強(qiáng)筋，以防止鑄件變形。五、具體實(shí)施方案有條件的單位，可以借助凝固模擬軟件獲得需要的設(shè)計(jì)。沒有條件的單位，可以在同一張坐標(biāo)紙上繪制不同散熱表面和不同金屬型重量的吸熱曲線，進(jìn)行對比，挑選符合要求的曲線。也可以通過試驗(yàn)確定。一般來講，隨形以后，散熱面積就要提高很多，不能滿足要求時(shí)，再增加散熱片。但是要注意的是，散熱片一定要加在容易變形或熱節(jié)的地方，讓它同時(shí)是加強(qiáng)筋，所以散熱片不能很薄。權(quán)利要求1、一種“隨形加散熱片”的金屬型設(shè)計(jì)，其特征是金屬型的外形因鑄件外形的變化而變化，同時(shí)加有散熱片。2、一種"隨形加散熱片"的金屬型設(shè)計(jì)，其特征是散熱片設(shè)在容易變形或熱節(jié)的位置，以加強(qiáng)筋的形式出現(xiàn)。全文摘要一種“隨形加散熱片”的金屬型設(shè)計(jì)，金屬型的外形，隨鑄件外形的變化而變化，以使鑄件散熱較均勻，減少硬度差；同時(shí)，增加了散熱片，以獲得鑄件內(nèi)部的足夠大的冷卻強(qiáng)度，散熱片設(shè)在容易變形或熱節(jié)的位置，同時(shí)是加強(qiáng)筋。采用這種方法設(shè)計(jì)的金屬型，可以使其鑄件的硬度較均勻；可以提高鑄件內(nèi)部的硬度，避免鑄件內(nèi)部結(jié)晶粗大、疏松等毛??；還可以在提高鑄件的使用性能和力學(xué)性能的同時(shí)，降低鑄件的表面硬度，以利于表面加工。文檔編號B22C9/06GK101450371SQ20071019586公開日2009年6月10日申請日期2007年12月3日優(yōu)先權(quán)日2007年12月3日發(fā)明者張祖臨申請人:張祖臨