金属型铸造模具的涂层的涂敷方法以及该金属型铸造模具与流程

本发明涉及金属型铸造领域，尤其涉及金属型铸造模具的涂层的涂敷方法以及该金属型铸造模具。

背景技术：

目前，对于现有的金属型铸造而言，由于通过采用风冷和水冷的传统方式来实现铸件在金属型铸造模具中的凝固，因此成本相对较高，并且难以控制铸件在金属型铸造模具中的顺序凝固，而且经常会出现轴线缩孔和缩松的问题。

对于金属型铸造而言，通过方便、高效的方法来控制铸件在金属型铸造模具中的顺序凝固，并且消除铸件的缩孔缩松的缺陷，对于提高铸件的质量，扩大金属型铸造模具的适用范围是有重要意义的。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供了一种金属型铸造模具的涂层的涂敷方法以及该金属型铸造模具。本发明的金属型铸造模具的涂层的涂敷方法以及该金属型铸造模具设计简单，容易实现，且成本较低，可以方便地解决金属型铸件上的缩松缩孔的缺陷问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种金属型铸造模具的涂层的涂敷方法，所述方法包括：

根据铸件的形状和尺寸，沿垂直方向，将所述金属型铸造模具的整个内腔壁划分成多个区域；以及

在所述多个区域上分别涂敷具有不同的热阻抗值的涂层，以使得所述铸件在所述金属型铸造模具内从下到上顺序地凝固成型；

其中，对于在所述垂直方向上相邻的两个区域，被涂敷在位于下方位置处的区域上的涂层的热阻抗值小于被涂敷在位于上方位置处的区域上的涂层的热阻抗值。

此外，每个所述区域沿所述垂直方向的高度满足以下等式(1)：

h＝a×M，其中M＝V/SA (1)

其中，a为系数并且0<a≤1.6，h表示所述区域的高度，M表示所述铸件要与所述区域接触的部分的模数，V表示所述铸件要与所述区域接触的部分的体积，以及SA表示所述区域的表面面积。

此外，所述被涂敷在位于下方位置处的区域上的涂层的热阻抗值与所述被涂敷在位于上方位置处的区域上的涂层的热阻抗值之间的关系满足以下等式(2)：

RTL＝b×RTU (2)

其中，b为系数并且0<b≤0.78，RTL表示所述被涂敷在位于下方位置处的区域上的涂层的热阻抗值，以及RTU表示所述被涂敷在位于上方位置处的区域上的涂层的热阻抗值。

此外，当所述金属型铸造模具的所述内腔壁中存在有与铸件的厚壁部分相对应的部分时，所述与铸件的厚壁部分相对应的部分中的每个区域沿所述垂直方向的高度满足所述等式(1)，并且所述系数a的取值范围偏向其下限值。

此外，当所述金属型铸造模具的所述内腔壁中存在有与铸件的中子部分相对应的区域时，涂敷在所述与铸件的中子部分相对应的区域上的涂层的热阻抗值满足所述等式(2)，并且所述系数b的取值范围偏向其上限值。

此外，所述涂层的热阻抗值的大小根据涂料中的保温发热物质的热传导系数来决定，当所述保温发热物质的所述热传导系数大时，所述涂层的热阻抗值小；当所述保温发热物质的所述热传导系数小时，所述涂层的热阻抗值大。

此外，所述涂层的热阻抗值的大小根据所述涂层的厚度来决定，所述涂层的厚度越厚，所述涂层的热阻抗值越大。

此外，通过刷涂方式或者喷涂方式在各个区域上涂敷涂层。

根据本发明的另一个方面，提供了一种金属型铸造模具，所述金属型铸造模具具有采用本发明的涂敷方法来涂敷的涂层。

由于由金属制成的金属型铸造模具具有小的热阻抗值的热物理性质，而相对于金属型铸造模具而言，涂料具有大的热阻抗值，因此金属型铸造模具可以通过涂敷涂层来控制铸件的传热凝固以及随后的冷却过程，而且还可以通过涂敷涂层来控制铸件的凝固时间。

通过采用本发明的金属型铸造模具的涂层的涂敷方法，能够使得铸件在该金属型模具内从下到上顺序地凝固成型，从而方便有效地解决了铸件在凝固过程中的缩松缩孔的缺陷问题。

本发明主要适用于金属型铸造模具，尤其适用于金属型重力铸造模具和倾转铸造模具。

附图说明

图1显示根据本发明的实施例的金属型铸造模具的涂层的涂敷方法的流程图；

图2显示根据本发明的实施例的金属型铸造模具的第一实例的剖面视图；以及

图3显示根据本发明的实施例的金属型铸造模具的第二实例的剖面视图。

具体实施方式

下面将参考附图描述根据本发明的各种实施例。

图1显示根据本发明的实施例的金属型铸造模具的涂层的涂敷方法的流程图。

如图1所示，首先，在步骤S101，根据铸件的形状和尺寸，沿垂直方向，将金属型铸造模具的整个内腔壁划分成多个区域。金属型铸造模具的内腔壁是指金属型铸造模具要与用于形成铸件的金属液相接触的部分，即金属型铸造模具的内表面。

每个区域沿垂直方向的高度满足以下等式(1)：

h＝a×M，其中M＝V/SA (1)

其中，a为系数并且0<a≤1.6，h表示该区域的高度，M表示铸件要与该区域接触的部分的模数，V表示铸件要与该区域接触的部分的体积，以及SA表示该区域的表面面积。

接着，在步骤S102，在划分而成的多个区域上分别涂敷具有不同的热阻抗值的涂层(即，涂料层)，以使得铸件在金属型铸造模具内从下到上顺序地凝固成型。

具体地，对于在垂直方向上相邻的两个区域，被涂敷在位于下方位置处的区域上的涂层的热阻抗值小于被涂敷在位于上方位置处的区域上的涂层的热阻抗值。

换句话说，被涂敷在金属型铸造模具的内腔壁的底部区域上的涂层具有最低的热阻抗值，然后至下而上依次被涂敷在金属型铸造模具的内腔壁的各个区域上的涂层的热阻抗值依次递增，被涂敷在金属型铸造模具的内腔壁的顶部区域(即，冒口区域)上的涂层具有最高的热阻抗值。

对于在垂直方向上相邻的两个区域，被涂敷在位于下方位置处的区域上的涂层的热阻抗值与被涂敷在位于上方位置处的区域上的涂层的热阻抗值之间的关系满足以下等式(2)：

RTU＝b×RTL (2)

其中，b为系数并且0<b≤0.78，RTL表示被涂敷在位于下方位置处的区域上的涂层的热阻抗值，以及RTU表示被涂敷在位于上方位置处的区域上的涂层的热阻抗值。

上述公式(2)通过传热公式计算而出。根据传热公式的计算，0.78倍以下的差距可以较好的拉开上方区域上的涂层和下方区域上的涂层的传热时间，从而方便地实现铸件的顺序凝固。

涂料的热阻抗值是涂料的热物理属性，决定着涂料的传热速度的快慢。应用具有不同的热阻抗值的涂料来进行涂敷，可以控制铸件的不同部位的传热速度，从而控制铸件的凝固速度，以实现铸件的顺序凝固。

涂层的热阻抗值的大小可以根据用来涂敷的涂料中的保温发热物质的热传导系数来决定。当涂料中的保温发热物质的热传导系数大时，涂层的热阻抗值小。当涂料中的保温发热物质的热传导系数小时，涂层的热阻抗值大。

通常，采用石墨作为涂料中的保温发热物质。可以通过控制涂料中的石墨的颗粒大小来控制其热传导系数。当石墨的颗粒大时，其热传导系数小。反之，当石墨的颗粒小时，其热传导系数大。因此，采用具有不同的颗粒大小的保温发热物质来制成涂料，所得到的涂层的热阻抗值的大小也不同。

可以用于控制热阻抗值的大小的保温发热物质并不局限于此处所给出的石墨，也可以采用其他任何可以控制热阻抗值的大小的保温发热物质来调节涂层的热阻抗值的大小。

另外，涂层的热阻抗值的大小还可以根据涂层的厚度来决定。涂层的厚度越厚，涂层的热阻抗值越大。

此外，一般通过刷涂方式或者喷涂方式在各个区域上涂敷涂层。而且，一般通过刷涂方式或者喷涂方式从下到上依次在各个区域上涂敷涂层，即从热阻抗值小的涂料依次涂敷至热阻抗值大的涂料。但是，本发明并不局限于从下到上依次在各个区域上涂敷涂层，也可以从上到下依次在各个区域上涂敷涂层，或者任意地在各个区域上涂敷相应的涂层。

在铸件中，难免会有厚壁、中子部分等的特殊结构。对于厚壁、中子部分等的特殊结构的处理，一般是根据传热公式算出铸件的厚壁和中子部分凝固所需要的时间，从而确定金属型铸造模具的内腔壁中与铸件的厚壁和中子部分相对应的区域的涂层的热阻抗值。

当金属型铸造模具的内腔壁中存在有与铸件的厚壁部分相对应的部分时，与铸件的 厚壁部分相对应的部分中的每个区域沿垂直方向的高度满足上述等式(1)。较佳地，对于厚壁部分，等式(1)中的系数a的取值范围偏向其下限值。

此外，当金属型模具的内腔壁中存在有与铸件的中子部分相对应的区域时，涂敷在与铸件的中子部分相对应的区域上的涂层的热阻抗值满足上述等式(2)。由于中子部分的散热能力较差，因此，较佳地，对于中子部分，等式(2)中的系数b的取值范围偏向其上限值。

图2显示根据本发明的实施例的金属型铸造模具的第一实例的剖面视图。

如图2所示，第一实例的金属型铸造模具200由底部金属型铸造模具201、左边金属型铸造模具202和右边金属型铸造模具203组成。由铸件主体部件204和冒口部件205构成的铸件在由底部金属型铸造模具201、左边金属型铸造模具202和右边金属型铸造模具203所包围的内腔中凝固成型。

如图2所示，在该第一实例中，根据铸件的形状和尺寸，金属型铸造模具200的整个内腔壁沿垂直方向从下到上依次被划分成底部区域210、第一边部区域220、第二边部区域230、第三边部区域240、以及冒口区域250。

在底部区域210上被涂敷有底部涂层，在第一边部区域220上被涂敷有第一边部涂层，在第二边部区域230上被涂敷有第二边部涂层，在第三边部区域240上被涂敷有第三边部涂层，以及在冒口区域250上被涂敷有冒口涂层。

底部区域210、第一边部区域220、第二边部区域230以及第三边部区域240的高度均为1.2×M。在该第一实例中，铸件模数M可以近似为铸件的宽度D。冒口区域250的高度为整个冒口区域250的高度。

被涂敷在底部区域210上的底部涂层的热阻抗值为0.0048m²KW^-1。

被涂敷在第一边部区域220上的第一边部涂层的热阻抗值为0.0065m²KW^-1，与底部涂层的热阻抗值之间的倍数小于0.78。

被涂敷在第二边部区域230上的第二边部涂层的热阻抗值为0.0084m²KW^-1，与第一边部涂层的热阻抗值之间的倍数小于0.78。

被涂敷在第三边部区域240上的第三边部涂层的热阻抗值为0.014m²KW^-1，与第二边部涂层的热阻抗值之间的倍数小于0.78。

被涂敷在冒口区域250上的冒口涂层的热阻抗值为0.02m²KW^-1，与第三边部涂层的热阻抗值之间的倍数小于0.78。

图3显示根据本发明的实施例的金属型铸造模具的第二实例的剖面视图。

如图3所示，第二实例的金属型铸造模具300由静型金属型铸造模具301、动型金属型铸造模具302和中子金属型铸造模具303组成。由铸件主体部件304和冒口部件305构成的铸件在由静型金属型铸造模具301、动型金属型铸造模具302和中子金属型铸造模具303所包围的内腔中凝固成型。

如图3所示，在该第二实例中，根据铸件的形状和尺寸，金属型铸造模具300的整个内腔壁沿垂直方向从下到上依次被划分成底部区域310、中子区域320、第一边部区域330、第二边部区域340、第三边部区域350、第四边部区域360以及冒口区域370。

在底部区域310上被涂敷有底部涂层，在中子区域320上被涂敷有中子涂层，在第一边部区域330上被涂敷有第一边部涂层，在第二边部区域340上被涂敷有第二边部涂层，在第三边部区域350上被涂敷有第三边部涂层，在第四边部区域360上被涂敷有第四边部涂层，以及在冒口区域370上被涂敷有冒口涂层。

底部区域310的高度为1.2×M₀，其中，M₀表示铸件与底部区域310接触的部分的模数。被涂敷在底部区域310上的底部涂层的热阻抗值为0.0048m²KW^-1。

中子区域320的高度为整个中子区域320的高度。被涂敷在中子区域320上的中子涂层的热阻抗值为0.0065m²KW^-1，与底部涂层的热阻抗值之间的倍数小于0.78。

第一边部区域330是与铸件的厚壁部分相对应的区域，其高度为0.8×M₁，其中，M₁表示铸件与第一边部区域330接触的部分的模数。被涂敷在第一边部区域330上的第一边部涂层的热阻抗值为0.0065m²KW^-1，与底部涂层的热阻抗值之间的倍数小于0.78。

第二边部区域340的高度等于1.6×M₂，其中，M₂表示铸件与第二边部区域340接触的部分的模数。被涂敷在第二边部区域340上的第二边部涂层的热阻抗值为0.0084m²KW^-1，与第一边部涂层的热阻抗值之间的倍数小于0.78。

第三边部区域350的高度等于0.7×M₃，其中，M₃表示铸件与第三边部区域350接触的部分的模数。被涂敷在第三边部区域350上的第三边部涂层的热阻抗值为0.0084m²KW^-1，与第一边部涂层的热阻抗值之间的倍数小于0.78。

第四边部区域360的高度等于1.1×M₄，其中，M₄表示铸件与第四边部区域360接触的部分的模数。被涂敷在第四边部区域360上的第四边部涂层的热阻抗值为0.014m²KW^-1，与第三边部涂层的热阻抗值之间的倍数小于0.78

冒口区域370的高度为整个冒口区域的高度。被涂敷在冒口区域370上的冒口涂层的热阻抗值为0.02m²KW^-1，与第四边部涂层的热阻抗值之间的倍数小于0.78。

在本说明书中给出的所有数值仅仅是说明性的，而不是用于限定本发明的范围。

虽然经过对本发明结合具体实施例进行描述，对于本领域的技术技术人员而言，根据上文的叙述后作出的许多替代、修改与变化将是显而易见。因此，当这样的替代、修改和变化落入附后的权利要求的精神和范围之内时，应该被包括在本发明中。