[发明专利]预置温度场金属型模具

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种金属型模具，它适用于高压铸造、低压铸造、差压铸造、重力金属型铸造、真空吸铸等金属型成型方式中的使用。

背景技术

设计金属型模具时：当需要同时凝固时，希望金属型的导热系数为无穷大或者为无穷小，这虽然在实践中无法做到，但是原理上没有错误，当需要顺序凝固时就太难了，导热过快或者过慢都不行，而且还希望铸型材料在补缩方向上的热阻大，易造成较大的温度梯度来增强补缩的效果，而在与补缩方向相垂直的方向上希望导热系数越大越好，以减少铸件在该方向上的温差，为顺序凝固奠定良好的基础。在材料的比热容上希望在补缩的方向上热容越来越大，以达到铸件在凝固方向上的温度梯度越来越大，而在和铸件凝固方向相垂直的方向希望热容保持不变以免干扰有利于顺序凝固的温度场，可世界上不存在这种热容上、导热上均符合我们要求的金属材料，为此我们必须通过人为地对金属材料的加工组合来达到上述目的。传统的金属型模具设计完成并确定好铸造工艺时，生产时在铸件上的温度分布也就为之确定下来且是难以改变的，这就造成了很多模具铸出来的铸件几乎全都是废品，有时通过改进工艺参数的方法也不能生产出合格的铸件，迫使人们不得不修改模具或者重新设计，其根源在于模具设计者在设计模具及制定工艺时，不能预知铸造生产时模具内的温度梯度的大小、位置及分布，当模具材料的导热系数及热容可以按人们的意愿变化时，传统的金属型模具设计方法将成为历史，将出现一种金属型模具在设计完与工艺确定时，即预先确定好生产铸件时其内的温度梯度大小、位置及分布，这为金属型模具的设计制造提供了一个全新的舞台。

发明内容

本发明的技术方案为1）将金属模具壁设计成沿补缩方向上从薄（源端）到厚（远离补缩源端）达到使模具材料的热容沿补缩通道上变化的目的。2）将模具沿垂直于补缩方向切成一片一片而后组合在一起形成整体的模具，边模每片分体模具的厚度可设计为20~30mm。铸件在凝固时就使模具沿补缩方向上的热阻增大（或者导热系数变小），这就是使模具在补缩方向上的温度梯度增大，有利于铸件的致密性的提高，而在与补缩方向垂直的平面上的导热率没有变化，更有利于均化该方向上的温度场。3）如在某一位置上想增大温度梯度，那么就在该位置上片切的更薄，或改变与其接触片的接触面积，使其热阻更大，故可支承起更大的温差存在于该处。4）如模具不能切成片，可在模具相同的位置上切削出沟槽，以代替切片，隔热槽的深度设计为模具厚度的0.4~0.8倍，隔热槽的宽度，控制在2~4mm范围内。5）如果沟槽不可切削，那么可以通过铸造（复合材料），使铸造出的毛坯本身就具有方向不同导热率也相差很大，达到上述目的。

本发明的优点1）根据铸件结构的特点及图纸的工艺要求等，先确定好什么位置需要补缩良好，以获得优良的机械性能，去设计金属型模具，使模具在规定好的工艺规程的生产中，在该部位出现较大的温度梯度，这就使模具的设计由过去的被动地呈现我们不能预知的温度场变成主动“预置”，这是金属型模具设计史上的巨大飞跃，其优点不言而喻。2）根据铸件的壁厚可知其热影响区大小去设计模具，避免了金属的浪费，为了增大温度梯度，即采用模具外壁倾斜的结构，即提高铸件的致密性，又省去较多的金属材料，更有利于成本的降低。3）用本方法设计模具其冒口大大变小，可提高工艺出品率。4）由于在补缩路径上的热阻大、温度梯度大，因而首尾的冷却对其主体的影响很小，可以用强水冷却加快生产节拍，即提高了铸件的机械性能，也提高了生产率。5）散热是强化温度梯度的动力，因而无须加保温。6）若能解决热处理过程轮辋的变形，可以实现轮辋部位的“近终形”铸造成形，降低材料成本和铸造毛坯的机加成本。

附图说明

图1是本发明预置温度场车轮模具局部剖示意图。

图中：1—边模切片，2—定位销，3—螺钉，4—顶模隔热槽，5~10—为满足工艺需求而在不同位置设置的冷却通道，11—避空槽。

具体实施方法

下面结合附图对本发明和具体实施方式做进一步的说明。

1）先把模具切成一片一片的1，使其按补缩方向由薄变厚的叠在一起，用定位销2定位，用螺钉3压紧，加工毛坯。根据毛坯的轮辋梯度，分片模具的厚度及之间的接触面积可相应调整，已满足轮辋顺序凝固的需求。如，毛坯轮辋无梯度或是倒梯度，分片模具的厚度就应减小，同时也可增加避空槽11以减小接触面积，增大在轮辋补缩方向上的热阻，以提高轮辋补缩方向的温度梯度；反之，则可适当增大。2）如不能叠片，先把模具按补缩方向从薄到厚制好，而后在非成型面按需要切成尽可能窄的小沟槽4，其深度按照机加能力、工件强度和所需预置的温度场要求制成毛坯，一般设置为模具厚度的0.4~0.8倍。3）如不能叠片，用铸造的方法制成满足上述要求的复合材料的毛坯。4）按工程要求（差压、低压、重力、高压）设计成满足机加工艺要求的图纸，而后加工出金属模具。5）根据产品的特征，可在5~10的位置，针对性地设置冷却通道。