本实用新型涉及模具制作工艺，尤其是一种高强度球墨刹车盘及其铸造模具。
背景技术：
刹车盘是汽车制动系统中关键零件，同轮毂装配在一起，通过与制动衬片进行干摩擦，产生巨大的摩擦力，降低车轮转速从而减速制动。在高速行驶时，汽车紧急制动刹车盘承受巨大的磨损，其质量的好坏直接影响刹车性能以及车辆的安全性能。
球墨铸铁刹车盘的生产过程中，在热处理、抛丸清理后或机加工时常会发现一些直径大约为0.5-3mm，形状为球形、椭圆状或针孔状内壁光滑的孔洞，这些孔洞一般在铸件表皮下2-3mm分布，这就是所谓的皮下气孔。皮下气孔的形成是由于含镁铁液表面的张力大，容易形成氧化膜，这对阻碍析出气体和入侵气体的排出有一定影响，这些气体滞留于皮下就会形成气孔。另外，球墨铸铁糊状凝固特点使气体通道较早被堵塞，也会促进皮下气孔缺陷的形成。
现有的模具工艺，采用侧边进铁水的方式进行浇铸，产品得料率低下，浪费成本、浪费能源。采用侧边进铁水，刹车面四周不能做到铁水同时冷却凝固，形成温度差大的局面，从而导致刹车盘之刹车面整圈硬度偏差大。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种高强度球墨刹车盘及其铸造模具，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高强度球墨刹车盘，由以下原料按所述重量配比制成：C3.5～3.8%、Si3.0～3.3%，Mn0.5～0.6%，Nb0.03～0.05％，Cr0.2～0.35%，Cu0.1～0.2%，Mo0.05～0.07％，包芯线0.2～0.25％，余量为铁和不可避免的杂质；
所述包芯线包括碳钢外皮和粉状内芯，所述内芯由下列化学成分按所述质量百分比制成：Ca15～20％，Si25～30％，高镁铝合金11～15%、其中Mg：Al为2:（0.7～1），Ti0.7～1.2%，Ce0.9～1.2%，La0.7～1.0%，Zr2.2～3.0％，V0.35～0.5%，Cu1.2～1.5%，Ba0.5～0.8%，余量为铁和不可避免的杂质；将铁水经过浇注系统由铸造模具浇注口进入，通过主浇道在流入其下部横浇道，再由横浇道进入各个浇口，通过直浇道向上外模型的浇铸型腔浇注铁水，再通过直浇道向下外模型的浇铸型腔内浇注铁水，待浇注口和冒口出现铁水后，停止浇铸，待其冷却后拆模，去除铸件上的附着物和毛刺，修整尺寸后即得高强度刹车盘。
碳(C)：在本实用新型中，如后所述，由于将Si含量设定得高，因此优选C3.5～3.8%的范围。
硅(Si)：Si具有C的石墨化及基体的铁素体化的效果。通常的球墨铸铁的Si含量为2.5％左右。在本实用新型中，Si含量为3.0～3.3%。进一步提高耐氧化性。
锰(Mn) ：Mn 是为了将材料的不可避免的杂质即S以MnS的形式固定而使其无害化所需要的元素。
铌(Nb)：Nb是通过在基体中形成微细的碳化物析出来提高高温下的抗拉强度及屈服应力的元素。在本实用新型中，添加Nb0.03～0.05％。当Nb含量变多时，损害铸铁的延性，并且Nb 是碳化物生成倾向强且妨碍C的球状化的元素，并且使基体中的碳化物尺寸粗大。
铬(Cr)：Cr是提高高温下的耐氧化性的元素。在本实用新型中，添加Cr0.2～0.35%。当Cr含量变多时，损害铸铁的延性。
铜（Cu）：控制铜元素的含量，以改善淬火开裂倾向。在本实用新型中，铜元素的含量为0.1～0.2%。
钼(Mo)：Mo是通过固熔于基体中来提高高温下的抗拉强度及屈服应力的元素。Mo与C结合而成生碳化物，硬度上升而延性降低。为了不损坏切削性，在本实用新型中，添加Mo0.05～0.07%。
本实用新型通过对化学成分进行合理的设计，将Mg、Al以合金形式加入包芯线中，减缓单独加镁时的激烈喷溅，镁在铁水中有显著的脱硫作用。镁是主导元素，稀土金属一方面可促进石墨球化，另一方面克服硫以及杂质元素的影响以保证球化也是必须的，让铁液中的不活化的晶核得以长大，结果使铁液中总的晶核数量增多。同时利用包芯线加入Ti、高镁铝合金、Ca等微合金元素，可细化球墨铸铁的石墨形态，比普通铸铁的组织细小、均匀、致密，大幅提高刹车盘力学性能和抗腐蚀性能，抗蚀性能提高了80%以上。
一种高强度球墨刹车盘的铸造模具，包括浇注系统、上外模型、砂芯、下外模型，所述上外模型、下外模型将砂芯夹置在当中并形成浇铸型腔，所述浇注系统包括型腔连接的主浇注口、主浇道、副浇口，所述主浇道中段设有主浇注口，所述主浇道两端分别与垂直于主浇道的横浇道连接，所述横浇道两端设有副浇口，所述副浇口与直浇道连接，所述直浇道依序贯穿上外模型的中心孔、砂芯中心孔抵达至下外模型的中心孔，所述直浇道靠近砂芯中心孔的位置设有上环形浇铸嘴，令上浇铸嘴与上外模型的浇铸型腔连通，直浇道的底部设有下浇铸嘴，令下浇铸嘴与下外模型的浇铸型腔连通。
作为优选，所述直浇道上设有扩张段和收缩段，扩张段底部设有主过滤片。
作为优选，所述环形浇铸嘴套置有环形陶瓷过滤片，环形陶瓷过滤片内侧和外侧均向外凸起。
本实用新型减少非金属夹杂物和熔渣，控制炉料中微量有害元素硫、锰、磷的含量，使得采用本实用新型的铸造方法生产的薄壁球墨铸铁件球化不良现象消除，球化衰退、皮下气孔废品率均趋近于零。
本实用新型方法具有工艺简单，造型方便，生产率高，产品合格率高的优点。其砂模内增设砂芯，铸件通过砂模和砂芯共同成型；浇注系统位于砂芯内部，改善了现有浇注系统一般位于外模的传统做法。高温铁水从浇注机浇注到砂模顶端的浇口杯后，立即进入位于砂芯内的直浇道，直浇道内的陶瓷过滤片能净化铁水，铁水通过陶瓷过滤片进入砂芯中心孔，在360°范围内进入铸件内腔，可以一次浇铸形成两件产品，因此提高了生产效率。降低成本、降低能耗；刹车面整圈硬度差减少，获得更高要求的产品。
附图说明
图1为现有技术的结构示意图，
图2为本实用新型的结构示意图；
图3为本实用新型的直浇道的剖视图；
图4是图3中A处的放大图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
一种高强度球墨刹车盘铸造模具，其特征是采用以下方法：将铁水经过浇注系统由铸造模具浇注口进入，通过主浇道在流入其下部横浇道，再由横浇道进入各个浇口，通过直浇道向上外模型的浇铸型腔浇注铁水，再通过直浇道向下外模型的浇铸型腔内浇注铁水，待浇注口和冒口出现铁水后，停止浇铸，待其冷却后拆模，去除铸件上的附着物和毛刺，修整尺寸后即得高强度刹车盘。
请参阅图1-4，高强度刹车盘的铸造模具，包括浇注系统1、上外模型62、砂芯6、下外模型64，所述上外模型62、下外模型64将砂芯6夹置在当中并形成浇铸型腔，所述浇注系统包括型腔连接的主浇注口11、主浇道2、副浇口3，所述主浇道2中段设有主浇注口11，所述主浇道两端分别与垂直于主浇道2的横浇道21连接，所述横浇道21两端设有副浇口3，所述副浇口与直浇道4连接，所述直浇道4上设有扩张段41和收缩段42，扩张段41底部设有主过滤片43。收缩段与扩张段配合，可以调整铁水的流动速率，让铁水按最佳脉动流到模具内，同时主过滤片43上的扩张段利于熔渣的扩散。
直浇道4依序贯穿上外模型的中心孔61、砂芯中心孔抵达至下外模型的中心孔63，所述直浇道靠近砂芯中心孔的位置设有上环形浇铸嘴65，令上环形浇铸嘴与上外模型的浇铸型腔61连通，直浇道的底部设有下浇铸嘴66，令下浇铸嘴66与下外模型的浇铸型腔连通。
所述砂芯6可以由两块结构相同的砂芯模型对应结合而成，环形浇铸嘴套置有环形陶瓷过滤片7，环形陶瓷过滤片7内侧和外侧均向外凸起。可以减缓铁水对浇铸型腔及过滤材料的冲击，同时可以令杂质上浮，提高过滤效果。
采用上述铸造模具进行球墨铸铁制动盘铸造。
实施例1
一种球墨铸铁制动盘，由以下原料按所述重量配比制成：C3.5%、Si3.0%，Mn0.5%，Nb0.05％，Cr0.35%，Cu0.2%，Mo0.05％，包芯线0.2％，余量为铁和不可避免的杂质；
所述包芯线包括碳钢外皮和粉状内芯，所述内芯由下列化学成分按所述质量百分比制成：Ca15％，Si25％，高镁铝合金11%、其中Mg：Al为2:1，Ti0.7%，Ce0.9%，La0.7%，Zr3.0％，V0.5%，Cu1.2%，Ba0.8%，余量为铁和不可避免的杂质。将上述球墨铸铁化的铁水经过浇注系统由模具浇注口进入，通过主浇道在流入其下部横浇道，再由横浇道进入各个浇口，通过直浇道向上外模型的浇铸型腔浇注铁水，再通过直浇道向下外模型的浇铸型腔内浇注铁水，待浇注口和冒口出现铁水后，停止浇铸，待其冷却后拆模，去除铸件上的附着物和毛刺，修整尺寸后即得高强度刹车盘。
实施例2
一种球墨铸铁制动盘，由以下原料按所述重量配比制成：C3.6%、Si3.2%，Mn0.5%，Nb0.04％，Cr0.3%，Cu0.2%，Mo0.06％，包芯线0.23％，余量为铁和不可避免的杂质；
所述包芯线包括碳钢外皮和粉状内芯，所述内芯由下列化学成分按所述质量百分比制成：Ca18％，Si29％，高镁铝合金12%、其中Mg：Al为2:0.9，Ti1.0%，Ce1.1%，La0.9%，Zr2.6％，V0.42%，Cu1.3%，Ba0.7%，余量为铁和不可避免的杂质。
将上述球墨铸铁化的铁水经过浇注系统由模具浇注口进入，通过主浇道在流入其下部横浇道，再由横浇道进入各个浇口，通过直浇道向上外模型的浇铸型腔浇注铁水，再通过直浇道向下外模型的浇铸型腔内浇注铁水，待浇注口和冒口出现铁水后，停止浇铸，待其冷却后拆模，去除铸件上的附着物和毛刺，修整尺寸后即得高强度刹车盘。
实施例3
一种球墨铸铁制动盘，由以下原料按所述重量配比制成：C3.8%、Si3.3%，Mn0.6%，Nb0.03％，Cr0.2%，Cu0.1%，Mo0.07％，包芯线0.2～0.25％，余量为铁和不可避免的杂质；
所述包芯线包括碳钢外皮和粉状内芯，所述内芯由下列化学成分按所述质量百分比制成：Ca20％，Si30％，高镁铝合金15%、其中Mg：Al为2:0.7，Ti1.2%，Ce1.2%，La1.0%，Zr2.2％，V0.35%，Cu1.5%，Ba0.5%，余量为铁和不可避免的杂质。
将上述球墨铸铁化的铁水经过浇注系统由模具浇注口进入，通过主浇道在流入其下部横浇道，再由横浇道进入各个浇口，通过直浇道向上外模型的浇铸型腔浇注铁水，再通过直浇道向下外模型的浇铸型腔内浇注铁水，待浇注口和冒口出现铁水后，停止浇铸，待其冷却后拆模，去除铸件上的附着物和毛刺，修整尺寸后即得高强度刹车盘。
对本实用新型工艺先进性的验证：
对比例1：采用本实用新型实施例1-3任意一种配方，采用现有工艺及模具，侧边进铁水（如图1所示），铸造272*22刹车盘，得料率为65%，刹车面整圈硬度差25HB（检测144个点）。
实验例：采用本实用新型实施例1-3任意一种配方，按照本实用新型工艺及模具铸造272*22刹车盘，得料率为78%，刹车面整圈硬度差11HB（检测144个点）。
其检测结果如表1所示：
对本实用新型球墨铸铁配方先进性的验证：
对比例2：现有某韩国公司市售球墨铸铁刹车盘。
我们对对比例2及上述实施例1-3中制备的球墨铸铁刹车盘的其他相关指标进行测试，其性能如下表2所示：
通过上表可知，实施例1-3球墨铸铁刹车盘的抗拉强度高、硬度高、石墨球数多、球墨圆整度高、均匀，石墨分布均匀性高，在抗拉强度600Mpa 以上，延伸率仍能保证在8％以上；抗蚀性能提高了80%以上。本实用新型所得产品的得料率优于现有工艺，硬度差优于现有工艺。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。