金屬型模具及其制造方法、金屬型鑄造設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種金屬型模具及其制造方法、金屬型鑄造設(shè)備，該金屬型模具設(shè)置在金屬型鑄造設(shè)備上，該金屬型模具包括采用金屬組織結(jié)構(gòu)均勻的低碳結(jié)構(gòu)鋼加工而成的第一半模具和第二半模具；所述第一半模具和所述第二半模具分別對應(yīng)設(shè)置有：用以澆鑄時形成鑄件外形的型腔、澆口、澆道、可固定連接至所述金屬型鑄造設(shè)備上的固定支腳、及在所述第一半模具和第二半模具閉合時可相互貼合的分型面；所述型腔為與鑄件的外表面形狀相吻合的凹形空腔，并容置有用于限定所述鑄件內(nèi)表面形狀及壁厚的砂芯；所述型腔的上方設(shè)置有用于定位所述砂芯與所述型腔之間相對位置的定位部。采用本發(fā)明制造方法得到的金屬型模具能縮短澆鑄時間、快速充盈成形、提高成品率。
【專利說明】金屬型模具及其制造方法、金屬型鑄造設(shè)備
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬鑄造領(lǐng)域，特別涉及一種金屬型模具及其制造方法、金屬型鑄造設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬型鑄造工藝是近些年來逐步興起且應(yīng)用越來越廣泛的技術(shù)，其具有生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)場地占用面積小，對操作人員技術(shù)要求低，容易組成機(jī)械化流水線，適用于規(guī)?；?br> 批量生產(chǎn)。
[0003]現(xiàn)有的鑄造機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，主要體現(xiàn)在整個機(jī)械動作采用液壓電氣控制，每臺機(jī)附帶有體積較大的液壓工作站。以前多用于溫度較低的有色金屬鑄造。用于高溫鑄鐵鑄件鑄造，操作溫度和環(huán)境溫度高，造成液壓油油溫過高，電器配件易損壞，設(shè)備故障率高，液壓管高容易被飛濺的高溫鐵水燒損。液壓傳動動作速度較慢，生產(chǎn)效率低。
[0004]并且，采用現(xiàn)有結(jié)構(gòu)形式的金屬型模具生產(chǎn)薄壁灰鑄鐵管件，由于鐵水在澆鑄過程中容易冷卻凝固，采用傳統(tǒng)的鑄件在型腔中平臥式的鑄造方式，往往容易出現(xiàn)鐵水未完全充盈型腔時便凝固，因此，存在鐵水凝固快鑄件澆不足、成型困難的現(xiàn)象，造成廢品。
[0005]另外，現(xiàn)有傳統(tǒng)的砂型鑄造工藝在管件鑄造時，由于造型砂具有的可退讓行，鐵水澆鑄充型時在重力和鐵水凝固膨脹收縮的作用下，鑄件的尺寸變化范圍較大，為保證管件最小壁厚要求，往往加大鑄件尺寸的鑄造余量，使鑄造成本增加。
[0006]此外，目前金屬型模具采用的耐熱鑄坯加工金屬型材料費(fèi)用昂貴且容易產(chǎn)生熱裂紋，使用壽命短，生產(chǎn)成本高，這一制約金屬型鑄造技術(shù)推廣應(yīng)用瓶頸。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明提出一種金屬型模具及其制造方法，采用本發(fā)明的制造方法得到的金屬型模具能夠縮短澆鑄時間、快速充盈成形、提高成品率。此外，本發(fā)明還提供一種設(shè)置有該金屬型模具的金屬型鑄造設(shè)備。
[0008]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0009]一方面，本發(fā)明提出一種金屬型模具，該金屬型模具設(shè)置在金屬型鑄造設(shè)備上，該金屬型模具包括采用金屬組織結(jié)構(gòu)均勻的低碳結(jié)構(gòu)鋼加工而成的第一半模具和第二半模具；所述第一半模具和所述第二半模具分別對應(yīng)設(shè)置有:用以澆鑄時形成鑄件外形的型腔、澆口、澆道、可固定連接至所述金屬型鑄造設(shè)備上的固定支腳、以及在所述第一半模具和第二半模具閉合時可相互貼合的分型面；所述型腔為與鑄件的外表面形狀相吻合的凹形空腔，并容置有用于限定所述鑄件內(nèi)表面形狀及壁厚的砂芯；所述型腔的上方設(shè)置有用于定位所述砂芯與所述型腔之間相對位置的定位部；所述澆口分別對應(yīng)設(shè)置于所述第一半模具和第二半模具的上方；所述澆道與所述澆口連通，并從所述型腔的上部延伸進(jìn)入所述型腔內(nèi)部。
[0010]進(jìn)一步地，上述裝置中，所述低碳結(jié)構(gòu)鋼為Q235熱軋普通低碳結(jié)構(gòu)鋼，其含碳量在0.12%?0.22%范圍內(nèi)；和/或，所述型腔的內(nèi)表面涂設(shè)有隔熱層。
[0011]進(jìn)一步地，上述裝置中，所述定位部包括定位芯槽和砂芯定位槽，所述定位芯槽，為與所述砂芯的定位芯頭與所述型腔；所述砂芯定位槽用于定位所述砂芯的主體與所述型腔之間相對位置；所述砂芯上設(shè)置有定位凸緣，所述定位凸緣的外形與所述砂芯定位槽的內(nèi)壁形狀相配合。
[0012]進(jìn)一步地，上述裝置中，所述第一半模具和所述第二半模具還分別設(shè)置有:用于兩個半模具閉合時保持二者的相對位置不移位的定位銷孔和定位銷；其中，所述第一半模具上的定位銷孔與所述第二半模具上的定位銷的位置及尺寸相配合；所述第一半模具上的定位銷與所述第二半模具上的定位銷孔的位置及尺寸相配合。
[0013]進(jìn)一步地，上述裝置中，所述第一半模具和所述第二半模具閉合時，所述澆口的形狀為上部呈喇叭形下部呈圓柱體的空腔；和/或，所述澆道的上部與所述澆口圓柱體相連通，下部與所述型腔相連通；其中，所述澆道為根據(jù)鑄件的鑄造工藝所要求的尺寸加工而成的凹形扁槽。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢:
[0015]本發(fā)明的金屬型模具由一對兩半模具組成，采用垂直分型，澆口設(shè)置在模具上方，澆道從型腔的上部延伸進(jìn)入型腔。兩半模具閉合時，分型面完全貼合，形成鑄件成型的空腔。金屬型模具的垂直分型和澆注系統(tǒng)設(shè)置方式有利于鐵水在重力的作用下，在型腔和砂芯的狹窄縫隙中的快速充盈成形。與現(xiàn)有的上部雨淋式澆口相比，本發(fā)明的金屬型模具能夠縮短澆鑄時間，避免因充型時間過長而出現(xiàn)的鑄件澆不足現(xiàn)象，提高了成品率。
[0016]另一方面，本發(fā)明提出一種金屬型鑄造設(shè)備，該金屬型鑄造設(shè)備包括:機(jī)架、定模板、動模板、動模板導(dǎo)向軸、合模裝置、以及上述任一種金屬型模具；其中，所述第一半模具和所述第二半模具分別對應(yīng)設(shè)置于所述定模板和所述動模板上；所述定模板安裝于所述機(jī)架上，所述動模板導(dǎo)向軸安裝在所述機(jī)架和所述定模板之間，并穿設(shè)于所述動模板；所述合模裝置一端安裝于所述機(jī)架上，另一端安裝在所述動模板上；在所述合模裝置的帶動下，所述動模板在所述動模板導(dǎo)向軸上往復(fù)運(yùn)動，完成開合模動作。
[0017]進(jìn)一步地，上述設(shè)備中，所述合模裝置為氣動合模裝置、手動或電動螺桿合模裝置。
[0018]進(jìn)一步地，上述設(shè)備中，所述機(jī)架包括:水平型鋼框架、和用于固定所述氣動合模裝置的豎直加固鋼板；其中，所述水平型鋼框架與所述豎直加固鋼板焊接或一體成型；和/或，所述動模板導(dǎo)向軸至少為兩個以上，所述動模板導(dǎo)向軸根據(jù)操作便利的要求選擇任意兩個以上對角分布的軸孔安裝，并通過螺母緊固。
[0019]進(jìn)一步地，上述設(shè)備中，所述定模板垂直連接于所述水平型鋼框架；和/或，所述定模板和所述動模板上分別開設(shè)有兩個以上用于固定所述金屬型模具的貫穿孔洞。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢:
[0021]本發(fā)明設(shè)計的金屬型鑄造設(shè)備，采用氣動驅(qū)動控制，對澆注管道集中供氣，只需氣源且無需電源，具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備占地面積小、設(shè)備動作速度快、生產(chǎn)效率高、裝卸模具快捷等特點(diǎn)，特別是非常適合于機(jī)械化鑄造生產(chǎn)線生產(chǎn)。
[0022]另外，本發(fā)明設(shè)計的金屬型鑄造設(shè)備維修方便、操作簡便，使其故障率大大下降，并降低生產(chǎn)操作成本低,十分便于組成機(jī)械化自動鑄造生產(chǎn)線。[0023]又一方面，本發(fā)明還提出一種制造上述金屬型模具的方法，該方法包括:選用金屬組織結(jié)構(gòu)均勻的低碳結(jié)構(gòu)鋼作為制造金屬型模具的熱軋型材；根據(jù)鑄件的形狀與結(jié)構(gòu)制造時尚金屬型模具；在下料時，設(shè)置所述熱軋型材的軋制方向加工得到的金屬型模具的金屬結(jié)構(gòu)纖維方向處于水平狀態(tài)；其中，加工完成的金屬型模具總重量不小于所述鑄件重量的75倍。
[0024]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢:
[0025]本發(fā)明的金屬型模具的材料選用金屬組織結(jié)構(gòu)均勻的低碳結(jié)構(gòu)鋼，其材質(zhì)均勻性好，具有很好的抗熱裂性能和較好的焊接性能，便于在模具發(fā)生局部燒損時焊接修復(fù)。另夕卜，加工完成的金屬型模具總重量不小于鑄件重量的75倍，以使金屬型模具具有較強(qiáng)的吸收熱量的能力，而不至于產(chǎn)生過高的溫升造成金屬型燒蝕。此外，模具坯料下料時，應(yīng)使熱軋型材的軋制方向紋理在模具加工完成后為水平方向，以保證模具具有足夠的抗彎強(qiáng)度，提聞抗裂性能。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)施例中金屬型鑄造設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例中金屬型模具的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖3為本發(fā)明實(shí)施例中砂芯的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例中鑄件的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明
[0030]I 金屬型鑄造設(shè)備
[0031]2 金屬型模具
[0032]21第一半模具
[0033]22第二半模具
[0034]3 砂芯
[0035]30定位芯頭
[0036]31定位凸緣
[0037]32砂芯出砂口
[0038]33砂芯封閉端
[0039]4 鑄件
[0040]5 機(jī)架
[0041]6 定模扳
[0042]7 模板
[0043]8 動模板導(dǎo)向軸
[0044]9 氣動合模裝置
[0045]10 型腔
[0046]11 澆口
[0047]12 澆道
[0048]13定位芯槽[0049]14定位銷孔
[0050]15定位銷
[0051]16固定支腳
[0052]17砂芯定位槽
[0053]18分型面
[0054]19砂芯主體
【具體實(shí)施方式】
[0055]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0056]需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相
互組合。
[0057]本發(fā)明的基本思想在于:設(shè)計一種金屬型模具及使用該模具的金屬型鑄造設(shè)備，金屬型模具由一對兩半模具組成，采用垂直分型，澆口設(shè)置在模具上方，澆道從型腔的上部延伸進(jìn)入型腔。兩半模具閉合時，分型面完全貼合，形成鑄件成型的空腔。金屬型模具的垂直分型和澆注系統(tǒng)設(shè)置方式有利于鐵水在重力的作用下，在型腔和砂芯的狹窄縫隙中的快速充盈成形。
[0058]其中，該金屬型鑄造設(shè)備采用氣動驅(qū)動控制，對澆注管道集中供氣，且無需電源。本發(fā)明的金屬型鑄造設(shè)備適合于機(jī)械化鑄造生產(chǎn)線生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，設(shè)備占地面積小，故障率大大下降，采用氣動驅(qū)動控制，設(shè)備動作迅速，生產(chǎn)效率高。
[0059]下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的各優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步說明:
_0] 金屬型模具實(shí)施例一
[0061]參照圖1和圖2，其分別示出了本實(shí)施例的金屬型模具的結(jié)構(gòu)、以及設(shè)置有該金屬型模具的金屬型鑄造設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
[0062]本實(shí)施例中，該金屬型模具設(shè)置在金屬型鑄造設(shè)備上，該金屬型模具包括采用金屬組織結(jié)構(gòu)均勻的低碳結(jié)構(gòu)鋼加工而成的第一半模具21和第二半模具22。第一半模具21和第二半模具22分別對應(yīng)設(shè)置有:用以澆鑄時形成鑄件外形的型腔10、澆口 11、澆道12、可固定連接至金屬型鑄造設(shè)備上的固定支腳16、以及在第一半模具21和第二半模具22閉合時可相互貼合的分型面18。
[0063]其中，型腔10為與鑄件的外表面形狀相吻合的凹形空腔，并容置有用于限定鑄件內(nèi)表面形狀及壁厚的砂芯3 ;型腔10的上方設(shè)置有用于定位砂芯3與型腔10之間相對位置的定位部。澆口 11分別對應(yīng)設(shè)置于第一半模具21和第二半模具22的上方；澆道12與澆口 11連通，并從型腔10的上部延伸進(jìn)入型腔10內(nèi)部。
[0064]上述實(shí)施例中，低碳結(jié)構(gòu)鋼為Q235熱軋普通低碳結(jié)構(gòu)鋼，其含碳量在0.12%?
0.22%范圍內(nèi)。因?yàn)殍F合金金屬在高溫下的損壞，除了被高溫熔化外，主要是由于在高溫下金屬產(chǎn)生熱應(yīng)力膨脹，引起結(jié)構(gòu)開裂。而這種應(yīng)力破壞，一是由于金屬材料本身組織成分的耐高溫?zé)嶙冃蔚男阅芩鶝Q定，即在高溫下膨脹變形小，材料有一定塑性，不易硬化，不易開裂。另一個方面是由于金屬材料組織結(jié)構(gòu)所決定的，即金屬組織結(jié)構(gòu)是否均勻，因?yàn)榧?xì)小的裂紋、縮孔、孔洞、砂眼等在熱應(yīng)力狀態(tài)下，都可以形成應(yīng)力集中點(diǎn)，造成模具開裂。
[0065]由此可見，這兩者的取舍，決定著技術(shù)效果和成本?，F(xiàn)有的金屬型模具設(shè)計大多注重選用價格昂貴的耐熱金屬的鑄坯加工模具，以提高模具的耐熱應(yīng)力開裂的性能。在本實(shí)施例的實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，真正造成模具開裂損壞的原因主要是鑄坯金屬組織結(jié)構(gòu)不均勻、有細(xì)微缺陷，這恰恰是鑄坯無法克服的，不是材料成分本身的問題。
[0066]因此，造成模具熱應(yīng)力開裂的主要原因是模具材料組織結(jié)構(gòu)均勻性，同時考慮選用的材料具有一定的塑性。基于這種認(rèn)識，本實(shí)施例選用了最常用熱軋普通低碳結(jié)構(gòu)鋼Q235。
[0067]一方面，這種常用材料有成型的熱軋厚板材，經(jīng)過軋制，材質(zhì)均勻，內(nèi)部組織缺陷少，價格低廉。另一方面，低碳結(jié)構(gòu)鋼Q235的低含碳量的特性，使其具有較好的塑性，且在交替冷熱沖擊下不易硬化。經(jīng)過試驗(yàn)證明，這種材料的模具使用壽命可達(dá)8000模次以上，是耐熱合金鑄坯模具使用壽命的4倍。
[0068]另外，耐熱合金鑄坯模具產(chǎn)生裂紋不能焊接修復(fù)，而采用熱軋普通低碳結(jié)構(gòu)鋼Q235制作的金屬型模具，具有優(yōu)良的焊接性能，可通過焊接修復(fù)損壞部位，可使其使用壽命再延長2000模次以上。
[0069]綜合效益來講，熱軋普通低碳結(jié)構(gòu)鋼Q235金屬型模具使用壽命是現(xiàn)有模具5倍以上，材料價格僅為現(xiàn)有耐熱合金鑄坯的40%不到，大大降低了模具使用成本。金屬型模具成本對整個金屬型鑄造技術(shù)的經(jīng)濟(jì)適用性至關(guān)重要，也是目前金屬型鑄造工藝未能廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵因素。
[0070]因此，從材料的選擇方法上，本實(shí)施例更注重了材料組織的均勻性對模具壽命的
影響因素。
[0071]優(yōu)選的是，型腔10的內(nèi)表面涂設(shè)有隔熱層。所述金屬型模具隔熱涂料為一種用于鑄件每次澆鑄前噴涂在具有一定溫度的金屬型模具型腔表面可形成一個一定厚度干燥透氣涂層的水性涂料。為了保證涂層的均勻性和管件鑄件壁厚尺寸精度，在具體使用時，一般采用每次澆鑄前噴涂，澆鑄完成取出鑄件后，需要清理掉殘余涂料，然后重新噴涂，再進(jìn)行燒鑄。
[0072]本實(shí)施例在研究過程中確定金屬型模具隔熱涂料應(yīng)具備如下特性:
[0073]I)具有耐高溫性能，可耐受高溫鐵水，且能保證鑄件外形美觀；
[0074]2)具有隔熱保溫性能，以減緩金屬型模具的升溫速度和鐵水的凝固速度；
[0075]3)具有良好的透氣性能，使鑄件和金屬型型腔之間形成透氣層，以吸收鑄件澆鑄凝固過程中產(chǎn)生的氣體；
[0076]4)具有一定的涂層強(qiáng)度，以保證在鐵水澆鑄時干涂層不被沖刷脫落；
[0077]5)具有較好的脫模性和高溫潰散性，便于鑄件脫模和型腔中參與涂層的清理。
[0078]本實(shí)施例在總結(jié)以往傳統(tǒng)工藝所用涂料的缺陷，研制了一種具有耐高溫、隔熱性能好、透氣性好和易清理的復(fù)合型水性涂料，克服了傳統(tǒng)工藝所用涂料僅具有耐高溫單一功能的不足。涂料配方主要采用了高嶺土、硅藻土、膨潤土、水溶性有機(jī)粘合劑等成分。
[0079]所用煅燒細(xì)粉狀高嶺土為耐高溫材料，其耐火度一般在1700°C左右；用其配制的隔熱涂料可在金屬型型腔內(nèi)形成一個耐高溫保護(hù)涂層，以使模具可以耐受高溫鐵水而不至于被燒蝕損壞。與其它耐高溫材料相比，采用高嶺土除了具有耐高溫特點(diǎn)外，鑄件外表粗糙度降低，外觀質(zhì)量明顯提高。
[0080]所用煅燒細(xì)粉狀硅藻土為耐高溫保溫材料，其熔點(diǎn)1650_1750°C，熱的不良導(dǎo)體，是理想的隔熱保溫材料?？障堵矢?，透氣性和吸附能力高。用其配制的隔熱涂料可在金屬型型腔內(nèi)形成一個隔熱保護(hù)涂層，以阻隔和減緩高溫鐵水向金屬型模具的熱傳導(dǎo)速度，降低模具溫升速度，減緩鐵水的凝固速度。在保護(hù)模具免受高溫沖擊的同時，還可避免薄壁管件鑄件產(chǎn)生白口。由于硅藻土的多孔性和透氣性，可吸收高溫鐵水在型腔凝固時產(chǎn)生的氣體，避免了鑄件表面凹坑和氣孔等缺陷的產(chǎn)生。
[0081]所用煅燒細(xì)粉狀膨潤土作為隔熱涂料的懸浮劑、粘結(jié)劑和分散劑用于涂料配制，不僅可以使粉狀耐高溫隔熱粉體骨料均勻地懸浮分散在水溶液中，而且其粘結(jié)性能使涂層干燥時耐高溫隔熱粉體骨料相互粘結(jié)形成具有一定強(qiáng)度的涂層，以防止?jié)茶T時被高溫鐵水沖刷脫落，造成渣孔、砂眼等缺陷。同時，膨潤土可以使涂層經(jīng)過高溫?zé)g后，具有很好的潰散性，便于鑄件脫模和型腔內(nèi)壁殘余涂料的快速清理。
[0082]本配方涂料中所用水溶性有機(jī)粘合劑選用的是聚乙烯醇，傳統(tǒng)工藝金屬型涂料中往往采用水玻璃作為粘合劑，盡管水玻璃具有較高的耐熱性，但其不易脫模，且澆鑄后殘余涂層附著牢固，不易清理，往往會在鑄件表面產(chǎn)生地圖狀斑痕和管件鑄件壁厚不均勻的問題。采用水溶性聚乙烯醇有機(jī)粘合劑，其不僅可以增加干涂層的強(qiáng)度，而且在高溫下很容易被燒掉，殘余涂層強(qiáng)度隨之降低，易清除。
[0083]在一可選實(shí)施例中，定位部包括定位芯槽13和砂芯定位槽17,定位芯槽13,為與砂芯3的定位芯頭20與型腔10 ;砂芯定位槽17用于定位砂芯3的主體與型腔10之間相對位置。砂芯3上設(shè)置有定位凸緣31，定位凸緣31的外形與砂芯定位槽17的內(nèi)壁形狀相配合。
[0084]需要說明的是，金屬型模具2材料經(jīng)本
【發(fā)明者】反復(fù)試驗(yàn)，確定選用熱軋普通低碳結(jié)構(gòu)鋼Q235的厚板型材加工。所選Q235熱軋普通低碳結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般選在0.12?
0.22%范圍，其具有的淬透性低特點(diǎn)，使其在高溫鐵水的沖擊下，不容易在金屬型型腔表面形成容易產(chǎn)生裂紋的淬硬層，具有很好的抗熱裂性能。所選0235熱軋普通低碳結(jié)構(gòu)鋼采用通用厚板型材，材質(zhì)均勻性好，避免了傳統(tǒng)工金屬型選用耐熱合金鑄坯容易出現(xiàn)的內(nèi)部缺陷和鑄造應(yīng)力，具有較好的焊接性能，便于在模具發(fā)生局部燒損時焊接修復(fù)。
[0085]特別值得一提的是，所選Q235熱軋普通低碳結(jié)構(gòu)鋼厚板型材加工金屬型模具，模具加工下料尺寸應(yīng)滿足以下:
[0086]A、加工完成的金屬型模具總重量不小于鑄件重量的75倍。足夠大的重量可使金屬型模具具有較強(qiáng)的吸收熱量的能力，而不至于產(chǎn)生過高的溫升造成金屬型燒蝕。
[0087]B、模具坯料下料時，應(yīng)使熱軋型材的軋制方向紋理在模具加工完成后為水平方向，即模具的金屬結(jié)構(gòu)纖維方向處于水平狀態(tài)與澆鑄方向垂直，以保證模具具有足夠的抗彎強(qiáng)度，提高抗裂性能。
[0088]綜上，所選Q235熱軋普通低碳結(jié)構(gòu)鋼加工金屬型模具，材料價格便宜，僅為耐熱合金鑄坯的40%，且易于采購。材質(zhì)均勻性好，抗熱裂，模具使用壽命長，可重復(fù)維修，修復(fù)性好，首次使用模次可達(dá)5000次以上，經(jīng)修復(fù)的使用壽命可延長至8000?10000模次。傳統(tǒng)工藝采用的耐熱合金鑄坯，同等工藝條件下，模具使用壽命僅為1500?2000模次，且不可修復(fù)。相比較可見，本實(shí)施例的金屬型模具壽命提高了 4?5倍，模具費(fèi)用在產(chǎn)品成本中所占的比例由以往的10?15%，降低到了 2.5%以下，大大減低了生產(chǎn)成本，是這一技術(shù)在薄壁灰鑄鐵管件鑄造應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)適用性方面取得突破。
[0089]另外，需要說明的是，上述實(shí)施例優(yōu)選采用雙重定位的砂芯結(jié)構(gòu)。這是因?yàn)椋捎诩庸て畹木壒?，殼芯砂芯與金屬型模具的組裝配合部位往往須設(shè)計留有一定的間隙余量，以確保金屬型模具安裝完砂芯閉合時不被擠破壓裂。而間隙的存在往往引起砂芯安裝在金屬型模具中會有微量位移，造成澆鑄后的鑄件壁厚不均勻。為解決這個技術(shù)問題，本實(shí)施例提出一種新型的砂芯結(jié)構(gòu)，參照圖1至圖4，其示出了本實(shí)施例所述的砂芯結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例的砂芯結(jié)構(gòu)增設(shè)輔助定位結(jié)構(gòu)一一定位凸緣，限制砂芯主體垂直方向的自由度。與只采用單一定位方式的傳統(tǒng)工藝來比，減小砂芯在金屬型模具中的位移量，保證了鑄件壁厚的均勻性。
[0090]如圖1所示，砂芯3設(shè)置在用于鑄造鑄件的金屬型模具2上，該砂芯包括:砂芯主體19、定位芯頭30、定位凸緣31、砂芯出砂口 32和砂芯封閉端33。
[0091]如圖3和圖4所示，本實(shí)施例中，砂芯主體19的外形與鑄件內(nèi)部空間形狀相一致，砂芯主體19的上端、下端和側(cè)面分別對應(yīng)開設(shè)有上開口、下開口及側(cè)開口，上開口、下開口及側(cè)開口分別設(shè)置有用于定位砂芯主體19與金屬型模具2相對位置的定位芯頭30。下開口及側(cè)開口處設(shè)置的定位芯頭30配設(shè)有用于封閉開口的砂芯封閉端33，上開口處設(shè)置的定位芯頭30上設(shè)置有砂芯出砂口 32。其中，定位芯頭30的外形與金屬型模具2上相對應(yīng)的定位芯槽13內(nèi)壁形狀相配合。
[0092]在一優(yōu)選實(shí)施例中，砂芯出砂口 32的外側(cè)面上設(shè)置有用于定位砂芯主體19與金屬型模具2相對位置的定位凸緣31。
[0093]進(jìn)一步來講，上述實(shí)施例中，砂芯3為一個外形與鑄件4內(nèi)部空間形狀相一致的一端開口的空心薄壁的樹脂砂實(shí)體，在鑄件澆注前用于安裝在金屬型模具2。定位芯頭30外形與金屬型模具2上相對應(yīng)的定位芯槽13內(nèi)壁形狀相吻合，用于固定砂芯3與金屬型模具2的相對位置，以使型腔10內(nèi)壁與砂芯主體19外壁之間的保持設(shè)計規(guī)定的間隙。定位凸緣外形21與金屬型模具2中的砂芯定位槽17內(nèi)壁形狀相吻合，用于安放砂芯3時固定其與金屬型模具2的相對位置。金屬型砂芯結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)如下:
[0094]在一優(yōu)選實(shí)施例中，砂芯主體19為空心薄壁的熱固性覆膜樹脂砂殼芯結(jié)構(gòu)。例如:可選用一種適用于金屬型鑄造薄壁灰鑄鐵管件的熱固性覆膜樹脂砂殼芯砂芯結(jié)構(gòu)形式和材料。以解決使用傳統(tǒng)粘土砂芯生產(chǎn)效率地，砂芯透氣性差，外觀粗造，鑄造精度等級地、鑄件容易產(chǎn)生氣孔砂眼等鑄造缺陷的問題。
[0095]需要指出的是，砂芯3可采用熱固性酚醛樹脂覆膜砂熱芯盒砂芯工藝，經(jīng)砂芯設(shè)備和熱芯盒制芯模具加工而成。因此，砂芯3具有耐高溫?zé)g、鑄件不粘砂、透氣性好和潰散性好特點(diǎn)。
[0096]上述實(shí)施例中，樹脂砂砂芯指中空的砂芯可用于如潮模砂、樹脂砂等多種造型工藝，一般砂芯的壁厚多選擇8?IOmm范圍，原因是上述造型工藝在鐵水澆鑄時，冷卻慢，如果砂芯太薄，容易燒穿砂芯造成漏鐵水，使鑄件無法成型。而在金屬型鑄造中，由于鐵水澆鑄時，冷卻較快，且熱量大多被金屬型模具吸收，因此適當(dāng)降低砂芯壁厚，仍可以保證砂芯不被燒壞、燒穿，可以大大降低成本。[0097]綜合實(shí)施例的金屬型、隔熱涂料和砂殼芯砂芯的改進(jìn)效果，解決了傳統(tǒng)鑄造工藝外觀質(zhì)量粗糙，尺寸精度等級低，鑄造余量大等不足，所生產(chǎn)薄壁灰鑄鐵鑄件外觀質(zhì)量達(dá)到了半精鑄等級，尺寸精度偏差由±0.5mm，提高到了 ±0.1mm，降低了鑄造余量，同類產(chǎn)品的重量下降了 15%左右，節(jié)約了鐵水，降低了生產(chǎn)成本。
[0098]針對上述砂芯的結(jié)構(gòu)，下面介紹一種上述砂芯的制芯工藝實(shí)施例:
[0099]本實(shí)施例是在金屬型薄壁灰鑄鐵管件鑄造工藝中，選這種成熟的制芯工藝方法。不同之處在于:本實(shí)施例結(jié)合金屬型冷卻快，樹脂砂芯不易被燒壞的特點(diǎn)，采用了減薄砂芯壁厚的方法，以降低成本。因此沒有說服力的優(yōu)選方式。
[0100]下面，本實(shí)施例將對薄殼型砂芯樹脂砂砂芯制芯工藝作進(jìn)一步說明:
[0101]砂芯是管件類鑄件管腔成型的砂型材料。傳統(tǒng)的砂型鑄造和金屬型鑄造工藝一般采用實(shí)心粘土砂芯、實(shí)心樹脂砂芯或空心厚壁覆膜砂芯。先前技術(shù)中，對于薄壁灰鑄鐵管件金屬型鑄造工藝采用傳統(tǒng)鑄造工藝的砂芯存在如下問題:
[0102]I)米用實(shí)心粘土砂芯,一般米用手工生產(chǎn)，生產(chǎn)效率低，由于砂芯的實(shí)心結(jié)構(gòu),用于金屬型鑄件澆鑄時排氣性能很差，容易出現(xiàn)氣孔夾砂等鑄造缺陷，且鑄件內(nèi)部的芯砂清理困難，勞動強(qiáng)度大；
[0103]2)采用實(shí)心樹脂砂芯，盡管可采用機(jī)械化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，但仍然存在拍起效果不好和清砂困難的問題，且材料成本高；
[0104]3)考慮到改善鑄造工藝性能和提高生產(chǎn)效率，傳統(tǒng)砂型機(jī)械造型工藝中也采用熱固性覆膜砂在模具中射砂固化制成兩半砂型，然后組合成空心厚壁砂芯。
[0105]這種傳統(tǒng)的砂芯生產(chǎn)效率高，也解決了澆鑄排氣和清砂困難的問題，但由于傳統(tǒng)的砂型鑄造工藝時鐵水降溫和凝固速度慢，砂芯表面被高溫鐵水燒損的深度往往達(dá)到7?8mm,為了保證空心砂芯不被燒散,空心砂芯的壁厚往往超過IOmm,覆膜砂材料價格昂貴，薄壁灰鑄鐵管件重量輕，單位鑄件重量與用砂重量之比超過了 1:1，使制芯成本占到了鑄造材料成本的三分之一，產(chǎn)品成本缺乏競爭優(yōu)勢。
[0106]為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)施例研制了一種薄殼型砂芯樹脂砂砂芯工藝，砂芯材料選用熱固性酚醛樹脂覆膜砂，制芯采用熱芯盒砂芯工藝，砂芯設(shè)計整體薄殼型結(jié)構(gòu)。選用此技術(shù)方案的理由如下:
[0107]I)熱固性酚醛樹脂覆膜砂熱芯盒砂芯工藝可采用機(jī)械化生產(chǎn)，生產(chǎn)效率高，砂芯質(zhì)量穩(wěn)定，尺寸精度高，生產(chǎn)設(shè)備及工藝技術(shù)成熟，可有效抵地控制砂芯的厚度。
[0108]2)采用整體殼型結(jié)構(gòu)，可使可使管狀體砂芯具有穩(wěn)定的力學(xué)強(qiáng)度結(jié)構(gòu)，便于儲存、搬運(yùn)和在金屬型中安裝。同時，整體殼型結(jié)構(gòu)可以避免組合結(jié)構(gòu)砂芯澆鑄時容易在組合縫隙部位形成毛刺的不足,增加鑄件打磨成本
[0109]3)采用薄殼型結(jié)構(gòu)可以大大地降低制芯成本。通過反復(fù)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于薄壁灰鑄鐵管件金屬型鑄造工藝在鐵水澆鑄時，鐵水的降溫和凝固速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)砂型鑄造，澆鑄后砂芯的燒損深度只有2?3mm,根據(jù)這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),本實(shí)施例設(shè)計采用5?6mm壁厚的薄殼型砂芯，加之采用具有一定強(qiáng)度的整體殼型結(jié)構(gòu)，通過實(shí)際生產(chǎn)驗(yàn)證證明，其完全可滿足鑄造工藝及操作的要求，并使制芯成本下降了 45?50%。
[0110]4)本實(shí)施例中制芯工藝亦可采用中厚壁酚醛樹脂和聚異氰酸酯雙組份氣體固化冷芯盒樹脂砂制芯，該工藝適用于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜砂芯制作，盡管工序稍顯復(fù)雜，壁厚也比較厚，但冷芯盒樹脂砂相對于熱固性覆膜砂材料價格要便宜40 %，綜合成本仍比熱固性覆膜砂低。
[0111]因此，本實(shí)施例中的一種薄殼型砂芯樹脂砂砂芯方法，解決了薄壁灰鑄鐵管件金屬型鑄造工藝中砂芯對鑄件質(zhì)量及生產(chǎn)成本的影響。
[0112]金屬型模具實(shí)施例二
[0113]參照圖1和圖2，其分別示出了本實(shí)施例的金屬型模具結(jié)構(gòu)、以及使用本實(shí)施例金屬型模具的金屬型鑄造設(shè)備的結(jié)構(gòu)。
[0114]本實(shí)施例中，該金屬型模具包括:第一半模具21和第二半模具22。第一半模具21和第二半模具22對應(yīng)設(shè)置有:用以澆鑄時形成鑄件外形的型腔10、澆口 11、澆道12、固定支腳16、分型面18、以及用于限定鑄件形狀及壁厚的根據(jù)上述各實(shí)施例所述的砂芯3。
[0115]其中，型腔10為與鑄件的外表面形狀相吻合的凹形空腔。澆口 11分別對應(yīng)設(shè)置于第一半模具21和第二半模具22的上方，澆道12與澆口 11連通，并從型腔10的上部延伸進(jìn)入型腔10內(nèi)部。分型面18保持垂直狀態(tài)，第一半模具21和第二半模具22閉合時，分型面18相互貼合。
[0116]本實(shí)施例中，澆口 11根據(jù)鑄件4的鑄造工藝要求設(shè)置在金屬型的上方，當(dāng)兩個模具閉合式其形狀為上部呈喇叭形、下部呈圓柱體的空腔，澆道12是根據(jù)鑄件4的鑄造工藝要求尺寸加工而成凹形扁槽，上部與澆口 11圓柱體相連通，下部與金屬型模具2的型腔10相連通，當(dāng)澆鑄時，鐵水由澆口 11澆入，經(jīng)澆道12流入并充滿型腔10與砂型3的砂芯主體19之間的空隙,形成鑄件4實(shí)體。
[0117]需要說明的是，第一半模具21和第二半模具22還分別設(shè)置有:用于固定砂芯在型腔10中相對位置的定位芯槽13，定位芯槽13設(shè)置在型腔10的上方。其中，砂芯3上定位芯頭30的外形與所述定位芯槽13的內(nèi)壁形狀相配合。
[0118]本實(shí)施例中，第一半模具21和第二半模具22分別通過各自的固定支腳16相對固定連接至金屬型鑄造設(shè)備上。
[0119]例如，金屬型模具2的固定支腳16是焊接在金屬型模具2兩側(cè)長方形鋼板，通過螺栓緊固或一種壓板壓緊固定支腳16的方式將金屬型模具2的兩半模具分別安裝固定在金屬型鑄造設(shè)備上。
[0120]在一優(yōu)選實(shí)施例中，型腔10是與鑄件4外表面形狀相吻合的凹形空腔，用以澆鑄時成形鑄件外形。定位芯槽13是與砂芯3的定位芯頭30外表面形狀相吻合的凹形空腔，用以固定砂芯3在金屬型模具2中的相對位置，以保證鑄件4滿足設(shè)計規(guī)定的壁厚要求。
[0121]優(yōu)選的是，第一半模具21和第二半模具22還分別設(shè)置有:用于兩個半模具閉合時保持二者的相對位置不移位的定位銷孔14和定位銷15。其中，第一半模具21上的定位銷孔14與第二半模具22上的定位銷15的位置及尺寸相對應(yīng)吻合。第一半模具21上的定位銷15與第二半模具22上的定位銷孔14的位置及尺寸相對應(yīng)吻合。
[0122]例如，金屬型模具2中每一半模具分別設(shè)有一個定位銷孔14和一個定位銷15，其位置及尺寸根據(jù)不同鑄件由設(shè)計確定。其中，一半模具定位銷15與另一半模具定位孔14的位置及尺寸相對應(yīng)吻合，以保證金屬型模具2兩半模具閉合時保持相對位置不移位，確保鑄件外形尺寸符合設(shè)計要求。
[0123]在一優(yōu)選實(shí)施例中，定位芯槽13還設(shè)置有:用于定位砂芯在第一半模具21和第二半模具22中位置的砂芯定位槽17。砂芯定位槽17為砂芯上設(shè)置的定位凸緣相配合。也就是說，砂芯定位槽17的內(nèi)壁形狀與所述砂芯3上設(shè)置的定位凸緣31的外形相配合。
[0124]本實(shí)施例中，砂芯定位槽17是與砂芯3的定位凸緣31外表面形狀相吻合的凹形空腔，用以防止安裝在金屬型模具2中的砂芯3在澆鑄時位移，以保證鑄件的鑄造尺寸精度。
[0125]上述實(shí)施例中，金屬型模具2用于鑄造薄壁灰鑄鐵管件，采用垂直分型結(jié)構(gòu)，即金屬型模具2的分型面18保持垂直狀態(tài)，第一半模具21和第二半模具22閉合時，分型面18相互貼合。
[0126]例如，金屬型模具2的兩半模具閉合時，分型面18完全貼合形成金屬型模具2的一個空腔。其中，分型面18為根據(jù)鑄件設(shè)計的分型方向投影的外輪廓閉合線所形成的平面或曲面。因此，第一半模具21和第二半模具22的分型面18在兩半模具閉合時將完全貼合，以保證鑄件澆鑄時鐵水不泄漏和鑄件4成型后順利脫模。
[0127]需要說明的是，本實(shí)施例中，如圖2所示，金屬型鑄造設(shè)備可包括:機(jī)架5、定模板
6、動模板7、動模板導(dǎo)向軸8、氣動合模裝置9和金屬型模具2。其中，金屬型模具2為一對兩半模具，分別對應(yīng)設(shè)置于定模板6和動模板7上。定模板6安裝于機(jī)架5上,動模板導(dǎo)向軸8安裝在機(jī)架5和定模板6之間，并穿設(shè)于動模板7。合模裝置一端固定于機(jī)架5上，另一端連接于動模板7上；在氣動合模裝置9的帶動下，動模板7在動模板導(dǎo)向軸8上往復(fù)運(yùn)動，完成開合模動作。
[0128]這里，以一金屬型模具應(yīng)用于上述金屬型鑄造設(shè)備為實(shí)例，對金屬型模具2作進(jìn)一步說明:
[0129]金屬型模具2由一對兩半模具一第一半模具21及第二半模具22組成，包括型腔10、澆口 11、澆道12、定位芯槽13、定位銷孔14、定位銷15、固定支腳16、砂芯定位槽17和分型面18，金屬型模具2由固定支腳16分別固定安裝在金屬型鑄造設(shè)備I上的定模板6和動模板7上，動模板7在氣動合模裝置9的水平推動下使金屬型模具2兩半模具閉合在一起，金屬型模具2上相對的定位銷孔14和定位銷15在兩半模具閉合時契合，使其相對位置得以固定，兩半模具的分型面18在兩半模具閉合時保持完全貼合狀態(tài)。
[0130]綜上所述，上述各實(shí)施例中，金屬型模具2由一對兩半模具組成，采用垂直分型，澆口 11設(shè)置在模具上方，澆道12從型腔10的上部延伸進(jìn)入型腔10。兩半模具閉合時，分型面18完全貼合，形成鑄件成型的空腔。金屬型模具的垂直分型和澆注系統(tǒng)設(shè)置方式有利于鐵水在重力的作用下，在型腔和砂芯的狹窄縫隙中的快速充盈成形。與現(xiàn)有的上部雨淋式澆口相比，上述各實(shí)施例的金屬型模具2能夠縮短澆鑄時間，避免充型時間過長出現(xiàn)的鑄件澆不足現(xiàn)象，提高了成品率。
[0131]另外，上述各實(shí)施例的金屬型模具2采用整體結(jié)構(gòu)，金屬型模具2對金屬型砂芯的定位采用定位芯槽和砂芯定位槽雙重定位方式，以保證定位精度和鑄件尺寸精度。
[0132]需要說明的是，現(xiàn)有采用組裝結(jié)構(gòu)的模具，在這種模具高溫受熱時，易產(chǎn)生變形，造成模具組裝時的位置發(fā)生改變，合模困難，影響模具合模時的定位精度。加之組裝模具，部件受熱狀態(tài)不一致，會形成模具分型面拱起變形，造成合?？p隙增大，漏鐵水，造成鑄件廢品率增加。與此相比較來講，本實(shí)施例的金屬型模具2采用整體模具結(jié)構(gòu)，具有熱傳導(dǎo)不受阻、受熱變形較為均勻一致的優(yōu)勢，防止上述問題的發(fā)生。[0133]金屬型鑄造設(shè)備實(shí)施例
[0134]參照圖1，其示出了本實(shí)施例的金屬型鑄造設(shè)備的結(jié)構(gòu)。本實(shí)例的金屬型鑄造設(shè)備包括:機(jī)架5、定模板6、動模板7、動模板導(dǎo)向軸8、合模裝置和金屬型模具2。其中，金屬型模具2為一對兩半模具，分別對應(yīng)設(shè)置于定模板6和動模板7上。定模板6安裝于機(jī)架5上，動模板導(dǎo)向軸8安裝在機(jī)架5和定模板6之間，并穿設(shè)于動模板7。合模裝置一端安裝于機(jī)架5上，另一端安裝在動模板7上。在合模裝置的帶動下，動模板7在動模板導(dǎo)向軸8上往復(fù)運(yùn)動，完成開合模動作。
[0135]需要說明的是，上實(shí)施例中所述的合模裝置可為氣動合模裝置9、手動或電動螺桿合模裝置。其中，手動螺桿合模裝置可用于小批量生產(chǎn)，電動螺桿合模裝置可用于沒有氣源條件的情況。這里，本實(shí)施例的合模裝置可優(yōu)選采用氣動合模裝置9。
[0136]本實(shí)施例設(shè)計的金屬型鑄造設(shè)備，采用氣動驅(qū)動控制，對澆注管道集中供氣，只需氣源且無需電源，具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備占地面積小、設(shè)備動作速度快、生產(chǎn)效率高、裝卸模具快捷等特點(diǎn)，特別是非常適合于機(jī)械化鑄造生產(chǎn)線生產(chǎn)。另外，本發(fā)明設(shè)計的金屬型鑄造設(shè)備維修方便、操作簡便，使其故障率大大下降，并降低生產(chǎn)操作成本低，十分便于組成機(jī)械化自動鑄造生產(chǎn)線。
[0137]因此，本實(shí)施例設(shè)計研制的金屬型鑄造設(shè)備適用于機(jī)械化鑄造生產(chǎn)線的氣動，并能夠有效解決目前所用的重力式鑄造機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，動作速度慢，生產(chǎn)效率低等不足等問題。
[0138]上述實(shí)施例中，機(jī)架5包括:水平型鋼框架51、和用于固定氣動合模裝置9的豎直加固鋼板52 ;其中，水平型鋼框架51與豎直加固鋼板52焊接或一體成型。上述實(shí)施例中，定模板6垂直連接于水平型鋼框架51。
[0139]在一優(yōu)選實(shí)施例中，豎直加固鋼板52的外側(cè)和水平型鋼框架51之間設(shè)置有加強(qiáng)筋。
[0140]上述實(shí)施例中，定模板6和豎直加固鋼板52的四個角、以及動模板7的兩個對角分別開設(shè)有用于安裝動模板導(dǎo)向軸8的軸孔。其中，動模板7開設(shè)的用于安裝動模板導(dǎo)向軸8的軸孔位置與定模板6上的軸孔位置相對應(yīng)。
[0141]需要說明的是，動模板導(dǎo)向軸8至少為兩個以上，動模板導(dǎo)向軸8根據(jù)操作便利的要求選擇任意兩個以上對角分布的軸孔安裝，并通過螺母緊固。
[0142]上述實(shí)施例中，動模板導(dǎo)向軸8的一端安裝在豎直加固鋼板52上兩個對角分布的軸孔中，另一端安裝在定模板6上的與豎直加固鋼板52上所選用軸孔相對應(yīng)的軸孔中。其中，動模板7通過軸孔安裝在動模板導(dǎo)向軸8上。
[0143]上述實(shí)施例中，定模板6的一側(cè)中心開設(shè)有用于固定連接氣動合模裝置9的安裝螺孔。動模板7—側(cè)中心開設(shè)有與氣動合模裝置9的氣缸軸頭相連接的安裝孔，動模板7 —側(cè)中心安裝孔與氣動合模裝置9氣缸軸頭用螺栓緊固連接。其中，定模板6和動模板7上分別開設(shè)有兩個以上用于固定金屬型模具2的貫穿孔洞。上述實(shí)施例中，金屬型模具2為垂直分型結(jié)構(gòu)，金屬型模具2的澆口設(shè)置在其上方，其澆道從型腔上部進(jìn)入腔內(nèi)。
[0144]可見，金屬型鑄造設(shè)備I具有結(jié)構(gòu)簡單，動作速度快，生產(chǎn)效率高，裝卸模具快捷，只需氣源，無需通電，維修方便，操作簡便，生產(chǎn)操作成本低等特點(diǎn)?？梢院芊奖愕亟M成機(jī)械化自動鑄造生產(chǎn)線。[0145]而傳統(tǒng)的液壓式重力澆鑄機(jī)，附帶液壓工作站、液壓管道、電磁控制閥及液壓油缸，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)行動作慢，對高溫惡劣環(huán)境適應(yīng)性差，占地面積大，造價昂貴，是金屬型鑄造設(shè)備I造價的10倍以上。
[0146]下面結(jié)合一實(shí)例，對上述實(shí)施例的金屬型鑄造設(shè)備做進(jìn)一步說明:
[0147]本實(shí)例中，可參見圖1所示，金屬型鑄造設(shè)備I包括機(jī)架5、定模板6、動模板7、兩根動模板導(dǎo)向軸8和氣動合模裝置9,定模板垂直焊接于機(jī)架5上,兩根動模板導(dǎo)向軸8安裝在機(jī)架5和定模板6上，動模板7安裝在兩根動模板導(dǎo)向軸8上并與氣動合模裝置9相連接水平往復(fù)運(yùn)動。
[0148]其中，金屬型鑄造設(shè)備用于制造薄壁灰鑄鐵管件，金屬型鑄造設(shè)備I的機(jī)架5由水平型鋼框架51和用于固定氣動合模裝置9的豎直加固鋼板52焊接組成；豎直加固鋼板52四個角加工有用于安裝動模板導(dǎo)向軸8的軸孔。
[0149]定模板6垂直焊接于機(jī)架5的型鋼框架上，定模板6四個角加工有用于安裝動模板導(dǎo)向軸8的軸孔，定模板6—側(cè)中心加工有固定氣動合模裝置9的安裝螺孔，定模板6上加工有多個貫穿孔洞用于固定金屬型模具2 ；
[0150]兩根動模板導(dǎo)向軸8 —端安裝在機(jī)架5豎直加固鋼板52上兩個對角分布的軸孔中，用螺母緊固，另一端安裝在定模板6與豎直加固鋼板52上所選用軸孔相對應(yīng)的軸孔中，用螺母緊固。其中，兩根動模板導(dǎo)向軸8可以根據(jù)金屬型鑄造設(shè)備I的操作便利要求選擇任意兩個對角分布的軸孔安裝。
[0151]動模板7的兩個對角加工有用于安裝動模板導(dǎo)向軸8的軸孔，動模板7 —側(cè)中心加工有與氣動合模裝置9的氣缸軸頭相連接的安裝孔，動模板7上加工有多個貫穿孔洞用于固定金屬型模具2。其中，動模板7的軸孔位置與定模板6上安裝動模板導(dǎo)向軸8的軸孔位置相對應(yīng)，動模板7通過軸孔安裝在動模板導(dǎo)向軸8上，動模板7 —側(cè)中心安裝孔與氣動合模裝置9氣缸軸頭用螺栓緊固連接，通過氣動合模裝置9氣缸帶動該動模板7在動模板導(dǎo)向軸8上往復(fù)運(yùn)動,完成開合模動作。
[0152]需要指出的是，本實(shí)施例中，金屬型模具2由一對兩半模具組成，包括型腔10、澆口 11、燒道12、定位芯槽13、定位銷孔14、定位銷15、固定支腳16、砂芯定位槽17和分型面18，金屬型模具2由固定支腳16分別固定安裝在金屬型鑄造設(shè)備I上的定模板6和動模板7上，動模板7在氣動合模裝置9的水平推動下使金屬型模具2的兩個半模具閉合在一起，金屬型模具2上相對的定位銷孔14和定位銷15在兩半模具閉合時契合，使其相對位置得以固定，兩半模具的分型面18在兩半模具閉合時保持完全貼合狀態(tài)。
[0153]其中，金屬型模具2采用垂直分型結(jié)構(gòu)，即金屬型模具2的分型面保持垂直狀態(tài)。金屬型模具2由一對兩半模具組成，兩半模具閉合時，分型面完全貼合形成金屬型模具2的一個空腔。其中，型腔10是與鑄件外表面形狀相吻合的凹形空腔，用以澆鑄時成形鑄件外形。金屬型模具2的兩半模具分別安裝固定在所屬金屬型鑄造設(shè)備I的定模板6和動模板7上。
[0154]在一實(shí)施例中，金屬型模具2內(nèi)設(shè)砂芯3，金屬型模具2的定位芯槽是與砂芯3的定位芯頭外表面形狀相吻合的凹形空腔，用以固定砂芯3在金屬型模具2中的相對位置，以保證鑄件4滿足設(shè)計規(guī)定的壁厚要求。
[0155]優(yōu)選的是，金屬型模具2模具結(jié)構(gòu)采用垂直分型，澆口設(shè)置在模具上方，澆道從型腔上部進(jìn)入型腔內(nèi)部。這種分型和澆注系統(tǒng)設(shè)置方式有利于鐵水在重力的作用下，在型腔和砂芯的狹窄縫隙中的快速充盈成形，縮短了澆鑄時間，避免了因充型時間過長出現(xiàn)的鑄件澆不足現(xiàn)象，提高了成品率。
[0156]金屬型模具2為一種薄壁灰鑄鐵管件金屬型模具，金屬型模具2采用垂直分型結(jié)構(gòu)，即金屬型模具2的分型面18保持垂直狀態(tài)。金屬型模具2由一對兩半模具組成，兩半模具閉合時，分型面18完全貼合形成金屬型模具2的一個空腔。
[0157]其中，型腔10是與鑄件4外表面形狀相吻合的凹形空腔，用以澆鑄時成形鑄件外形。澆口 11根據(jù)鑄件4的鑄造工藝要求設(shè)置在金屬型的上方，當(dāng)兩個模具閉合式其形狀為上部呈喇叭形下部呈圓柱體的空腔，澆道12是根據(jù)鑄件4的鑄造工藝要求尺寸加工而成凹形扁槽，上部與澆口 11圓柱體相連通，下部與金屬型模具2的型腔10相連通，當(dāng)澆鑄時，鐵水由澆口 11澆入，經(jīng)澆道12流入并充滿型腔10與砂型3的砂芯主體19之間的空隙，形成鑄件4實(shí)體。
[0158]在一可選實(shí)施例中，定位芯槽13是與砂芯3的定位芯頭30外表面形狀相吻合的凹形空腔，用以固定砂芯3在金屬型模具2中的相對位置，以保證鑄件4滿足設(shè)計規(guī)定的壁厚要求。其中，砂芯定位槽17是與砂芯3的定位凸緣31外表面形狀相吻合的凹形空腔，用以防止安裝在金屬型模具2中的砂芯3在澆鑄時位移，以保證鑄件的鑄造尺寸精度。
[0159]在一優(yōu)選實(shí)施例中，金屬型模具2兩半模具的每一半模具分別設(shè)有一個定位銷孔14和一個定位銷15，其位置及尺寸根據(jù)不同鑄件由設(shè)計確定。其中，一半模具定位銷15與另一半模具定位孔14的位置及尺寸相對應(yīng)吻合，以保證金屬型模具2兩半模具閉合時保持相對位置不移位，確保鑄件外形尺寸符合設(shè)計要求。
[0160]上述實(shí)施例中，金屬型模具2的固定支腳16是焊接在金屬型模具2兩側(cè)長方形鋼板，通過螺栓緊固或一種壓板壓緊固定支腳16的方式將金屬型模具2的兩半模具分別安裝固定在所屬金屬型鑄造設(shè)備I的定模板6和動模板7上。
[0161]其中，金屬型模具2的分型面18是根據(jù)鑄件4設(shè)計的分型方向投影的外輪廓閉合線所形成的平面或曲面，金屬型20兩半模具的分型面18在兩半模具閉合時將完全貼合，以保證鑄件澆鑄時鐵水不泄漏和鑄件4成型后順利脫模。
[0162]綜上所述，金屬型模具2模具結(jié)構(gòu)采用垂直分型，澆口 11設(shè)置在模具上方，澆道12從型腔10上部進(jìn)入型腔10。這種分型和澆注系統(tǒng)設(shè)置方式有利于鐵水在重力的作用下，在型腔和砂芯的狹窄縫隙中的快速充盈成形，縮短了澆鑄時間，避免了充型時間過長出現(xiàn)的鑄件澆不足現(xiàn)象，提高了成品率。
[0163]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明上述各實(shí)施例具有如下優(yōu)勢:
[0164]本發(fā)明上述各實(shí)施例設(shè)計的金屬型鑄造設(shè)備，采用氣動驅(qū)動控制，對澆注管道集中供氣，只需氣源且無需電源，具有結(jié)構(gòu)簡單、設(shè)備占地面積小、設(shè)備動作速度快、生產(chǎn)效率高、裝卸模具快捷等特點(diǎn)，特別是非常適合于機(jī)械化鑄造生產(chǎn)線生產(chǎn)。另外，本發(fā)明設(shè)計的金屬型鑄造設(shè)備維修方便、操作簡便，使其故障率大大下降，并降低生產(chǎn)操作成本低，十分便于組成機(jī)械化自動鑄造生產(chǎn)線。
[0165]因此，本發(fā)明設(shè)計研制的適用于機(jī)械化鑄造生產(chǎn)線的氣動金屬型鑄造設(shè)備，能夠有效解決目前所用的重力式鑄造機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，動作速度慢，生產(chǎn)效率低等不足等問題。[0166]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題對降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)便捷高效機(jī)械化生產(chǎn)，減輕傳統(tǒng)鑄造工藝對高薪造型技工的依賴等具有相互關(guān)聯(lián)的綜合效果。本發(fā)明成果的實(shí)施，是金屬型鑄造工藝技術(shù)向經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性邁進(jìn)了一大步，其產(chǎn)品綜合成本不僅遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的機(jī)械化鑄造方式，而且低于成本低廉的手工鑄造方式。產(chǎn)品品質(zhì)也達(dá)到了上述兩種生產(chǎn)方式所無法達(dá)到的半精鑄等級水平。通過本發(fā)明的技術(shù)方案建立的薄壁灰鑄鐵管件金屬型鑄造生產(chǎn)線，使之成為目前國內(nèi)品質(zhì)最好，成本最低，生產(chǎn)效率最高和規(guī)模最大的鑄鐵排水管件生產(chǎn)基地。
[0167]另外，本發(fā)明還提供一種制造上述各實(shí)施例所述的金屬型模具的方法，該方法包括:選用金屬組織結(jié)構(gòu)均勻的低碳結(jié)構(gòu)鋼作為制造金屬型模具的熱軋型材；根據(jù)鑄件的形狀與結(jié)構(gòu)制造時尚金屬型模具；在下料時，設(shè)置所述熱軋型材的軋制方向加工得到的金屬型模具的金屬結(jié)構(gòu)纖維方向處于水平狀態(tài)；加工完成的金屬型模具總重量不小于所述鑄件重量的75倍。
[0168]如上所述，需要說明的是，金屬型模具2材料經(jīng)本
【發(fā)明者】反復(fù)試驗(yàn)，確定選用熱軋普通低碳結(jié)構(gòu)鋼Q235的厚板型材加工。所選Q235熱軋普通低碳結(jié)構(gòu)鋼，含碳量一般選在
0.12~0.22%范圍，其具有的淬透性低特點(diǎn)，使其在高溫鐵水的沖擊下，不容易在金屬型型腔表面形成容易產(chǎn)生裂紋的淬硬層，具有很好的抗熱裂性能。所選0235熱軋普通低碳結(jié)構(gòu)鋼采用通用厚板型材，材質(zhì)均勻性好，避免了傳統(tǒng)工金屬型選用耐熱合金鑄坯容易出現(xiàn)的內(nèi)部缺陷和鑄造應(yīng)力，具有較好的焊接性能，便于在模具發(fā)生局部燒損時焊接修復(fù)。
[0169]為進(jìn)一步防止高溫鐵液與金屬型模具接觸時激冷產(chǎn)生白口現(xiàn)象，本發(fā)明還提供一種適用于薄壁灰鑄鐵管件金屬型鑄造工藝的鐵水成分及控制白口的方法實(shí)施例。本實(shí)施例中，金屬型鑄造時冷卻速度是傳統(tǒng)砂型的數(shù)十倍到數(shù)百倍，特別是薄壁灰鑄鐵管件鑄件，由于冷卻速度快，極易形成白口組織。為了消除鑄件中的白口組織，除了選用合適的隔熱涂料降低鐵水冷卻速度外，選擇合適的鐵水碳當(dāng)量(CE)及孕育方法是促進(jìn)石墨化和防止白口產(chǎn)生的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)灰鑄鐵典型化學(xué)成分和金相組織性能，碳當(dāng)量(CE)是影響鑄鐵凝固結(jié)晶時金相組織形態(tài)形成的重要參數(shù)，傳統(tǒng)砂型鑄造一般鐵水的碳當(dāng)量(CE)控制在4.3%左右，這種鐵水用于金屬型鑄造很容易產(chǎn)生白口。有資料介紹，金屬型鑄造鐵水碳當(dāng)量應(yīng)控制在4.9%~5.0%，在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，要達(dá)到這個控制范圍需要在鐵水熔煉時加入較多的增碳劑和硅鐵，這不僅增加了鐵水的材料成本，而且過高的碳當(dāng)量容易產(chǎn)生鑄件的冷脆性，使鑄件機(jī)械強(qiáng)度降低，管件極易破損。
[0170]因此，本實(shí)施例通過實(shí)驗(yàn)結(jié)合采用金屬型隔熱涂料，研制了一個是用于薄壁灰鑄鐵管件金屬型鑄造工藝的鐵水化學(xué)成分和控制白口的方法。
[0171]1)鐵水五種主要化學(xué)成分:
[0172]碳C3.5 ~3.8%，硅Si2.5 ~2.8%，錳Mn0.3~0.5%，磷Ρ<0.6%，硫S≤ 0.1%；其中，未調(diào)整成分之前的原鐵水中Mn、P、S的含量不得超過上限值；C含量未達(dá)到下限值時通過在爐料中添加增碳劑調(diào)整；Si含量未達(dá)到下限值時通過在孕育過程中添加孕育劑硅鐵來調(diào)整；需要說明的是本發(fā)明的鐵水化學(xué)成分中P含量高于傳統(tǒng)工藝中< 0.3%的控制指標(biāo)，其作用在于在金屬型鑄造中適當(dāng)提高P含量有助于改善鐵水的流動性，提高鑄件的抗熱裂性能。
[0173]2)碳當(dāng)量CE的控制:[0174]本實(shí)施例中碳當(dāng)量控制在:CE = [C+0.3(Si+P)] 4.5% ;其中，本實(shí)施例中金屬型隔熱涂料的采用，使碳當(dāng)量控制值比以往的金屬型鑄造所需達(dá)到的碳當(dāng)量控制值降低了 0.3~0.5%，減少了增碳劑和硅鐵的使用量，節(jié)約了材料成本(因?yàn)槊吭黾?.1%的碳當(dāng)量，需要增近0.45%的75硅，按碳當(dāng)量0.3~0.5%的降低量，每噸鐵水可降低材料成本120 ~200 元)。
[0175]3) 鐵水的孕育:
[0176] 本實(shí)施例中鐵水的孕育是通過在鐵水出爐前、倒入鐵水包和澆包時，在鐵水中加入一定量硅鐵(孕育劑)，這三種孕育方式分別稱為:爐內(nèi)孕育、大包孕育和澆包孕育，其目的是進(jìn)一步調(diào)整碳當(dāng)量≥4.5%、促進(jìn)石墨化、防止鑄件產(chǎn)生白口。
[0177]爐內(nèi)孕育:采用硅含量為75%的75硅鐵，塊度尺寸20~50mm，當(dāng)熔煉電爐內(nèi)鐵水溫度達(dá)到1350~1380°C時，根據(jù)鐵水化驗(yàn)成分中C和Si的含量加入硅鐵，加入量依滿足碳當(dāng)量CE等于4.5%及硅鐵中硅的吸收率90%計算。
[0178]大包孕育:先在鐵水包內(nèi)按鐵水包所盛鐵水重量的0.1%加入75硅鐵，當(dāng)爐內(nèi)孕育后的鐵水達(dá)到出爐溫度1400~1420°C時，將高溫鐵水沖入鐵水包完成大包孕育。大包孕育時硅鐵粒度應(yīng)在I~5_范圍，以使硅鐵快速融化，提高吸收率。
[0179]小包孕育:先在鐵水澆包內(nèi)按澆包所盛鐵水重量的0.1%加入75硅鐵，澆鑄前將鐵水包鐵水沖入燒包，完成小包孕育。小包孕育時娃鐵粒度應(yīng)在I~3mm范圍，以使娃鐵快速融化，提高孕育效果。
[0180]綜上所述，本實(shí)施例中一種適用于薄壁灰鑄鐵管件金屬型鑄造工藝的鐵水成分及控制白口的方法，使得一種更為經(jīng)濟(jì)的、且能保證管件鑄件材質(zhì)性能的鐵水在薄壁灰鑄鐵管件金屬型鑄造工藝中得以應(yīng)用。
[0181]以上僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種金屬型模具，設(shè)置在金屬型鑄造設(shè)備上，其特征在于，該金屬型模具包括采用金屬組織結(jié)構(gòu)均勻的低碳結(jié)構(gòu)鋼加工而成的第一半模具(21)和第二半模具(22)； 所述第一半模具(21)和所述第二半模具(22)分別對應(yīng)設(shè)置有:用以澆鑄時形成鑄件外形的型腔(10)、澆口(11)、澆道(12)、可固定連接至所述金屬型鑄造設(shè)備上的固定支腳(16)、以及在所述第一半模具(21)和第二半模具(22)閉合時可相互貼合的分型面(18)；所述型腔(10)為與鑄件的外表面形狀相吻合的凹形空腔，并容置有用于限定所述鑄件內(nèi)表面形狀及壁厚的砂芯(3);所述型腔(10)的上方設(shè)置有用于定位所述砂芯(3)與所述型腔(10)之間相對位置的定位部； 所述澆口(11)分別對應(yīng)設(shè)置于所述第一半模具(21)和第二半模具(22)的上方；所述澆道(12)與所述澆口(11)連通，并從所述型腔(10)的上部延伸進(jìn)入所述型腔(10)內(nèi)部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬型模具，其特征在于， 所述低碳結(jié)構(gòu)鋼為Q235熱軋普通低碳結(jié)構(gòu)鋼，其含碳量在0.12%~0.22%范圍內(nèi)；和/或， 所述型腔(10)的內(nèi)表面涂設(shè)有隔熱層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2項(xiàng)所述的金屬型模具，其特征在于， 所述定位部包括定位芯槽(13)和砂芯定位槽(17),所述定位芯槽(13),為與所述砂芯(3)的定位芯頭(20)與所述型腔 (10);所述砂芯定位槽(17)用于定位所述砂芯(3)的主體與所述型腔(10)之間相對位置； 所述砂芯(3)上設(shè)置有定位凸緣(31)，所述定位凸緣(31)的外形與所述砂芯定位槽(17)的內(nèi)壁形狀相配合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬型模具，其特征在于， 所述第一半模具(21)和所述第二半模具(22)還分別設(shè)置有:用于兩個半模具閉合時保持二者的相對位置不移位的定位銷孔(14)和定位銷(15)； 其中，所述第一半模具(21)上的定位銷孔(14)與所述第二半模具(22)上的定位銷(15)的位置及尺寸相配合； 所述第一半模具(21)上的定位銷(15)與所述第二半模具(22)上的定位銷孔(14)的位置及尺寸相配合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬型模具，其特征在于， 所述第一半模具(21)和所述第二半模具(22)閉合時，所述澆口(11)的形狀為上部呈喇叭形下部呈圓柱體的空腔；和/或， 所述澆道(12)的上部與所述澆口(11)圓柱體相連通，下部與所述型腔(10)相連通；其中，所述澆道(12)為根據(jù)鑄件的鑄造工藝所要求的尺寸加工而成的凹形扁槽。
6.—種金屬型鑄造設(shè)備，其特征在于，包括:機(jī)架(5)、定模板(6)、動模板(7)、動模板導(dǎo)向軸(8)、合模裝置、以及根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的金屬型模具(2);其中， 所述第一半模具(21)和所述第二半模具(22)分別對應(yīng)設(shè)置于所述定模板(6)和所述動模板(7)上； 所述定模板(6)安裝于所述機(jī)架(5)上，所述動模板導(dǎo)向軸(8)安裝在所述機(jī)架(5)和所述定模板(6)之間，并穿設(shè)于所述動模板(7)； 所述合模裝置一端安裝于所述機(jī)架(5)上，另一端安裝在所述動模板(7)上；在所述合模裝置的帶動下，所述動模板(7)在所述動模板導(dǎo)向軸(8)上往復(fù)運(yùn)動，完成開合模動作。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬型鑄造設(shè)備，其特征在于，所述合模裝置為氣動合模裝置(9)、手動或電動螺桿合模裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬型鑄造設(shè)備，其特征在于， 所述機(jī)架(5)包括:水平型鋼框架(51)、和用于固定所述氣動合模裝置(9)的豎直加固鋼板(52);其中，所述水平型鋼框架(51)與所述豎直加固鋼板(52)焊接或一體成型；和/或， 所述動模板導(dǎo)向軸(8)至少為兩個以上，所述動模板導(dǎo)向軸(8)根據(jù)操作便利的要求選擇任意兩個以上對角分布的軸孔安裝，并通過螺母緊固。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬型鑄造設(shè)備，其特征在于， 所述定模板(6)垂直連接于所述水平型鋼框架(51);和/或，所述定模板(6)和所述動模板(7)上分別開設(shè)有兩個以上用于固定所述金屬型模具(2)的貫穿孔洞。
10.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的金屬型模具的方法，其特征在于，該方法包括: 選用金屬組織結(jié)構(gòu)均勻的低碳結(jié)構(gòu)鋼作為制造金屬型模具的熱軋型材； 根據(jù)鑄件的形狀與結(jié)構(gòu)制·造時尚金屬型模具；在下料時，設(shè)置所述熱軋型材的軋制方向加工得到的金屬型模具的金屬結(jié)構(gòu)纖維方向處于水平狀態(tài)； 其中，加工完成的金屬型模具總重量不小于所述鑄件重量的75倍。
【文檔編號】B22C9/06GK103521705SQ201310520661
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月30日
【發(fā)明者】吳克建 申請人:徐水縣興華鑄造有限公司