专利名称：：“随形加散热片”的金属型设计的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一项机械产品的设计方法，具体是"随形加散热片"的金属型设计。
背景技术：
：在批量铸件的生产中，金属型被广泛采用。通常，金属型的外形都采用简单的几何体。这种简单几何体金属型的壁厚不均匀，导致铸件的硬度不均。对于工作中需要滚动的铸件，如球磨机用的铸造磨球，会因为硬度不均破坏圆整度，降低效率，增加消耗。传统铸件生产中，铸件表面的硬度永远是最高的，这对于表面需要精加工的铸件，如发动机的球铁曲轴、碴浆泵和阀门的过流件、密封件，这样的金属型就显得不经济了，因为铸件表面的机械性能最好的"等轴细晶粒组织"要被无奈地切除，而使用性能较差的部分，使寿命降低，造成浪费；增加工时，加大成本。还有的铸件，伊j如，球磨机的衬板，在工作中是磨损消耗的，由于铸件内部的硬度低，使用寿命缩短。这些都造成了浪费。和砂型铸件一样，金属型铸件也普遍存在内部结晶粗大，疏松的问题，影响铸件的质量。所以金属型需要解决的有两个问题，一个是硬度不均匀的问题，另一个是提高内部硬度的问题。二
发明内容为了解决上述问题，本发明提供一种新的金属型设计方法:"随形加散热片"的金属型设计。本发明采用两种手段解决上述问题"随形"用于使铸件尽量散热均匀，从而使硬度也尽量均匀；"散热片"用于提高铸件内部的冷却强度，使铸件内部也能形成"等轴细晶粒组织"，从而提高铸件的强度。所谓"随形"，是指铸型的外形，尽量随铸件的外形变化而变化，不再是简率的几何体。采用"随形"的设计，能尽可能地让金属型的外形与铸件的外形一致，使金属液的散热比较均匀，硬度就能比较均匀。但铸造总有浇口、浇道，因此局部硬度不均是不可避免的。金属液在金属型中的冷却、凝固，是金属型吸热和通过金属型表面散热(辐射)的结果。通常，为了获得足够的冷却强度，金属型的重量要达到全部金属液重量的5倍以上。但金属型和砂型有着本质的区别金属型是比较好的热传导体，而砂型是不良的热传导体。这就是说，对于金属型，我们也可以利用其良好的导热性，用增加散热面积的办绿来获得铸件需要的冷却强度，而不需要强调金属型的热容量。吸热和散热一样，都是当温差越大时，热交换越激烈。当金属液进入金属型时，温差超过IOO(TC，热交换急剧进行；而此时铸型表面与空气的温差最多只有30(TC左右，且交气的导热系数大大低于金属型，散热较缓慢。所以在初始阶段，吸热总是大于散热；铸件表面很快结晶、凝固，形成等轴细晶粒组织。一般情况下，由于散热p积小，在一段时间内，散热梯度总是小于吸热梯度；而吸热是有限的，所以铸件内部没有足够的冷却强度，结果使结晶粗大，甚至疏松、縮孔。但由于金属型是较好的热传导体，金属液进入金属型后，金属型的吸热梯度很快就会减小，而散热梯度将逐渐提高。如果金属型的表面积足够大，大大提高了铸型表面的热辐射，散热梯度就能很快提高，以至于在铸件内部的某个深度开始，吸热梯度小于散热梯度，从而得到足够的冷却强度，使铸件内部也能形成较较理想的结晶组织，提高铸件的品质。由于金属型在浇铸开始时能获得大的冷却强度，所以铸件总是由外向里冷却、凝固，使表面的硬度高。要想使铸件表面的硬度低于内部的硬度，可以适当减少金属型的重量。2005年，本发明人采用此种方法在山西设计了一副生产OllO咖铸造磨球的金属型。其外形不再是圆柱体，而是随其分布的4个球型改为4个半球形，并设有加强筋(散热片)，使散热表面积为现行金属型表面积的5.3倍，表面积提高474倍多。用它们生产的磨球进行对比试验，获得了满意的结果，证实了这种设计方法是完全正确的。附图l为现行的传统金属模结构图。附图2、3为新设计的金属模结构图。对比试验采取同一炉铁水用现行金属型和新设计的金属型同时浇铸，所得磨球热处理后采样进行性能检测，检测结果如下(以下简称"新"、"旧"磨球)。1、硬度对比如下(硬度单位全部采用RHC)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>1/2RW|、1/4RMWm^ll柳4个点翻鹏取平繊^^I^^Wc術j^ii周:)柳膝€)、f^fe^^e^^^f,日的，题^ii^M^iji/2R以前，ss低、新磨球的最大硬度差为2.5，表面平均硬度与球心的硬度差为0.5。而用传统金属模生产的磨球的最大硬度差为4，表面平均硬度与球心的硬度差为2.5。2、冲击韧性新球模的磨球aK=3.92J/cm2;旧球模的磨球aK=3.52J/cof。新球模生产的磨萍比旧模具生产的磨球的冲击韧性提高了11.4%。冲击韧性的提高进一步证明心部硬度提高的事实，进一步证明"随形加散热片"的结构设计，是提高铸件硬度、减小硬度差和提高铸件内部强度的可靠途径。:、重量对比新磨球金属型的熏量97kg，现行金属型125重量125kg，新金属型较现行的金属型减轻了28kg，节省材料22.4%。4、金相检验对比均为珠光体+网状碳化物，新型球模生产的磨球的网状碳化物有减少的趋势。可以看出，新磨球的表面硬度和3/4R处的硬度低于旧磨球，直到1/2R处,新磨球的硬度才开始高于旧磨球，其转折点在3/4R和1/2R之间。这是因为新金属型的重量减得太多，吸热的强度不够，适当提高新金属型的重量，即提高吸热的冷却强度就可解决。使用本发明设if的金属型，能显著提高铸件的品质，使铸件的硬度比较均匀，铸件内部的硬度提高；还可以使表面硬度小于内部硬度，提高了铸件的使用性能和节约加工工时。四在附图3中，l是球型；7是抬箱孔，因为金属型预热30(TC，操作时只能用钢筋插入抬箱孔移动金属型；3是排气孔；4是浇口通道；5是保温底套；9、8是散热片，它们同时是加强筋，以防止铸件变形。五、具体实施方案有条件的单位，可以借助凝固模拟软件获得需要的设计。没有条件的单位，可以在同一张坐标纸上绘制不同散热表面和不同金属型重量的吸热曲线，进行对比，挑选符合要求的曲线。也可以通过试验确定。一般来讲，随形以后，散热面积就要提高很多，不能满足要求时，再增加散热片。但是要注意的是，散热片一定要加在容易变形或热节的地方，让它同时是加强筋，所以散热片不能很薄。权利要求1、一种“随形加散热片”的金属型设计，其特征是金属型的外形因铸件外形的变化而变化，同时加有散热片。2、一种"随形加散热片"的金属型设计，其特征是散热片设在容易变形或热节的位置，以加强筋的形式出现。全文摘要一种“随形加散热片”的金属型设计，金属型的外形，随铸件外形的变化而变化，以使铸件散热较均匀，减少硬度差；同时，增加了散热片，以获得铸件内部的足够大的冷却强度，散热片设在容易变形或热节的位置，同时是加强筋。采用这种方法设计的金属型，可以使其铸件的硬度较均匀；可以提高铸件内部的硬度，避免铸件内部结晶粗大、疏松等毛病；还可以在提高铸件的使用性能和力学性能的同时，降低铸件的表面硬度，以利于表面加工。文档编号B22C9/06GK101450371SQ20071019586公开日2009年6月10日申请日期2007年12月3日优先权日2007年12月3日发明者张祖临申请人:张祖临