CN104889374B - 一种带有散热片的球墨铸铁铸件结构及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种带有散热片的球墨铸铁铸件结构，包括铸件本体，散热片，所述散热片的吸热端位于所述铸件本体的关键部位的热节区域，所述散热片的散热端延伸至所述铸件本体的外部，所述散热片的厚度不小于2mm，所述散热片为一定形状的薄片，所述散热片的厚度与所述铸件本体的壁厚或热节模数正相关，本申请技术方案改变了传统工艺中只通过冷铁、补贴和冒口的方法，在中、小型球墨铸铁件铸造工艺中，通过在铸件本体上设置散热片来调节整过铸型在充型、凝固冷却过程中温度场的方法，在减少或避免使用冒口、冷铁的情况下，使整个铸型达到顺序凝固或同时凝固的目的，从而解决、位移铸件热节部位的缩松问题。

Description

一种带有散热片的球墨铸铁铸件结构及其设计方法

技术领域

本发明涉及球墨铸铁的铸造领域，具体涉及一种带有散热片的球墨铸铁铸件结构及其设计方法。

背景技术

随着现代高新技术的不断发展，各行业的核心零部件，如球墨铸铁件，都在向高强度、薄壁、可靠性高、功能复合化发展，以满足需求。球墨铸铁件的结构更加复杂、铸件壁厚差别更大、自由收缩倾向增大，具有分散的、局部热节多的特点。分散的局部热节多，难以实现补缩，使得球墨铸铁件的铸造工艺难度不断加大、制造成本的急剧增加。

现目前，解决球墨铸铁件因热节导致的缩松问题，主要是采用冷铁、冒口和补贴等工艺方法，通过调节温度场使整个铸型趋于顺序凝固或同时凝固，以达到解决球墨铸铁件缩松缺陷的目的。然而采用这些工艺方法或多或少都会给实际铸件产品的工艺设计、生产和制造成本带来一些不利的影响。

例如，冷铁的设置会增加铸件产品的工艺设计复杂程度、周期和制造成本；此外，冷铁放置是在造型过程中进行的，增加了造型操作的难度，同时存在放置位移、工作面与铸件不吻合等问题，减弱或失去冷铁的作用，导致铸件表面和内部质量问题。而冒口设置工艺的缺陷在于：1、在铸件中、下部位不宜设置冒口，会增加工艺设计的难度；2、直接降低铸件的工艺出品率；3、增加了铸件的清理工序和难度；4、增加铸件的制造成本。此外补贴设置的工艺会增加铸件加工余量，减低工艺出品率；其次改变了原本产品的结构；此外铸件由于铸件结构的限制，没法补贴加工量。上述各现有技术的种种缺陷的存在，是困扰众多生产厂家的亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本申请提供一种带有散热片的球墨铸铁铸件结构及其设计方法，改变了传统工艺中只通过冷铁、补贴和冒口的方法，在中、小型球墨铸铁件铸造工艺中，通过在铸件本体上设置散热片来调节整过铸型在充型、凝固冷却过程中温度场的方法，在减少或避免使用冒口、冷铁的情况下，使整个铸型达到顺序凝固或同时凝固的目的，从而解决、位移铸件热节部位的缩松问题。

为解决以上技术问题，本发明提供的技术方案是一种带有散热片的球墨铸铁铸件结构，包括铸件本体，散热片，所述散热片的吸热端位于所述铸件本体的关键部位的热节区域外部，所述散热片的散热端延伸至所述铸件本体的外部，所述散热片的厚度不小于2mm。

优选的，所述散热片的吸热端与所述热节区域的连接方式为：所述散热片的吸热端与所述热节区域的外部相连接。

优选的，所述散热片为矩形薄片，所述散热片的长度为10—50mm，所述散热片的宽度为10—50mm，所述散热片的长度和宽度应根据铸件本体的形状和结构进行适当调整。

优选的，所述关键部位包括：

a、铸件主体壁厚在4—20mm，或热节圆直径不大于50mm的部位；

b、铸件主体中受力、承压、加工、钻孔、探伤的部位；

c、铸件分散的局部、孤立热节部位或不适于设置冷铁、芯铁或冒口的热节部位；

d、铸件有超声波探伤、磁粉探伤要求的部位；

所述关键部位即指铸件本体中需要热节转移或消除的部位，所述散热片的设置范围还包括结构较复杂、热节分散的中、小型球墨铸铁铸件；铸件分散的局部、孤立热节部位；铸件加工量小，有些部位由于铸件结构的限制，没法补贴加工量部位。

优选的，所述铸件本体的壁厚为6—20mm时，所述散热片的厚度为2—12mm，所述铸件本体的壁厚与所述散热片的厚度正相关。

更为优选的，所述铸件主体壁厚为6—8mm时，所述散热片的厚度为2mm；所述铸件主体壁厚为9—10mm时，所述散热片的厚度为2—3mm；所述铸件主体壁厚为11—13mm时，所述散热片的厚度为4—6mm；所述铸件主体壁厚为14—15mm时，所述散热片的厚度为7—8mm；所述铸件主体壁厚为16—20mm时，所述散热片的厚度为9—12mm。

优选的，所述铸件本体热节模数为1.5—5.0cm时，所述散热片的厚度为2—12mm，所述铸件本体的热节模数与所述散热片的厚度正相关。

更为优选的，所述铸件本体的热节模数为1.5—2.0cm时，所述散热片的厚度为2mm；所述铸件本体的热节模数为2.0—3.0cm时，所述散热片的厚度为2—3mm；所述铸件本体的热节模数为3.0—3.5cm时，所述散热片的厚度为4—6mm；所述铸件本体的热节模数为3.5—4.0cm时，所述散热片的厚度为7—8mm；所述铸件本体的热节模数为4.0—5.0cm时，所述散热片的厚度为9—12mm。

优选的，所述散热片为与球墨铸铁铸件材料相同的散热片。

本申请技术方案还提供一种上述带有散热片的球墨铸铁铸件结构的设计方法，包括以下步骤：

(1)根据所述铸件本体结构、技术要求进行铸件毛坯、浇注系统三维建模，完成后分别进行铸件主体的裸模拟、添加浇注系统后铁液充型和凝固模拟，对铸件主体的模数进行计算；

(2)根据铸件本体的技术要求、结构、热节区域、步骤(1)得出的模拟结论，在所述铸件本体的热节区域设置散热片；

(3)将步骤(2)中设置有散热片的铸件结构进行凝固模拟，与所述步骤(1)得出的模拟结果进行对比，验证散热片的设计效果；

(4)将模拟后的铸件结构进行实际铸造，通过包括首件加工、解剖、探伤、试压的验证方式，得出所述散热片的实际效果，将所述实际效果与步骤(3)中的设计效果对比，进一步确定所述带有散热片的铸件结构。

本申请所述“热节区域”是指，铁水在凝固过程中，铸件内比周围金属凝固缓慢的节点或局部区域，也可以说是最后冷却凝固的地方。由于结构和铸造参数的原因，在模腔内各点的熔融状态的铁水凝固时间是不相等的，这就会给铸件在凝固后产生热应力，造成铸件变形、裂纹等；同时，由于冷却凝固时间不等，铸件会出现缩松、缩孔、冷隔、气孔等缺陷。

本申请与现有技术相比，其详细说明如下：本申请技术方案提供了一种带有散热片的球墨铸铁铸件结构及其设计方法，通过在铸件本体上设置散热片来调节整过铸型在充型、凝固冷却过程中温度场的方法，在减少或避免使用冒口、冷铁的情况下，使整个铸型达到顺序凝固或同时凝固的目的，使球墨铸铁铸件有要求、重要部位的热节缩松问题得到减轻、位移或彻底地消除；此外，可减少或避免铸件在铸造工艺中设置冷铁，可以提高无模铸造工艺、3D打印制芯工艺的效率，特别适用于中小型、小批量球墨铸铁铸件的研发、生产。与现有的采用冷铁、冒口、补贴等工艺方法，本申请技术方案具有工艺操作简单、工艺周期短、能保持原有铸件本体的结构、出品率高等效果。

附图说明

图1是本申请技术方案所述球墨铸铁铸件结构中散热片的设置结构图；

图2是图1中B-B处的剖面图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1、图2所示，一种带有散热片的球墨铸铁铸件结构，包括铸件本体1，散热片3，所述散热片3的吸热端位于所述铸件本体1的关键部位的热节区域2，所述散热片3的吸热端插入所述热节区域2的内部，所述散热片3的散热端延伸至所述铸件本体1的外部，所述散热片3为矩形薄片，所述散热片3的长度为10—50mm，所述散热片3的宽度为10—50mm，所述散热片3为与球墨铸铁铸件同时形成、材料相同的散热片。作为优选，所述关键部位包括：

a、铸件主体1壁厚在4—20mm，或热节圆直径不大于50mm的部位；

b、铸件主体1中受力、承压、加工、钻孔、探伤的部位；

c、铸件分散的局部、孤立热节部位或不适于设置冷铁、芯铁或冒口的热节部位；

d、铸件有超声波探伤(UT)、磁粉探伤(MT)要求的部位。

其中，所述铸件本体1的壁厚为6—20mm时，所述散热片3的厚度为2—12mm，所述铸件本体1的壁厚与所述散热片3的厚度正相关，所述铸件本体1热节模数为1.5—5.0cm时，所述散热片3的厚度为2—12mm，所述铸件本体1的热节模数与所述散热片3的厚度正相关。

所述铸件本体1壁厚、铸件本体1热节模数、散热片3厚度的具体设置如表1。

表1 铸件本体、散热片尺寸设置数据

上述铸件结构及散热片尺寸设置是通过以下设计方法实现的，包括以下步骤：

(1)根据所述铸件本体1的结构、技术要求、设计规范，确定浇注系统方式、位置，进行铸件毛坯、浇注系统三维建模，完成后分别进行铸件主体1的裸模拟、添加浇注系统后铁液充型和凝固模拟，对铸件主体1的模数进行计算，对热节区域2可能出现的缩松缺陷大小和概率进行有效的预测；

(2)根据铸件本体1的技术要求、结构、热节区域、步骤(1)得出的模拟结论，在所述铸件本体1的热节区域2设置一定尺寸的散热片3；

(3)将步骤(2)中设置有散热片3的铸件结构进行凝固模拟，与所述步骤(1)得出的模拟结果进行对比，验证散热片3的设计效果，根据产品技术要求，没达到工艺设计预期的标准和要求时，重新调整散热片3的形状和尺寸，从而更有效地保证铸造工艺设计的先进性和合理性；

(4)将模拟后的铸件结构进行实际铸造，通过包括首件加工、解剖、探伤、试压的验证方式，得出所述散热片3的实际效果，将所述实际效果与步骤(3)中的设计效果对比，进一步确定所述带有散热片3的铸件结构。

将上述经设计调整后的球墨铸铁铸件结构进行首件加工、解剖、探伤、试压，对所述散热片的实际效果进行验证，并将其与传统铸件工艺进行对比，分别随机选取本申请铸件、冒口工艺铸件、冷铁工艺铸件各200个，经验证后，统计各合格铸件数量，计算工艺出品率(合格率)。试验数据、对比验证结果如表2、表3。

其中对铸件结构进行首件加工、解剖、探伤、试压的合格标准为：首件加工无缺陷显示；解剖无缺陷显示；探伤达到超探Ⅱ级要求；试压水压无渗漏。

表2 本申请所述铸件结构中散热片的试验数据

表3 本申请所述铸件工艺与传统铸件工艺的对比结果

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种带有散热片的球墨铸铁铸件结构的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)根据铸件本体结构、技术要求进行铸件毛坯、浇注系统三维建模，完成后分别进行铸件主体的裸模拟、添加浇注系统后铁液充型和凝固模拟，对铸件主体的模数进行计算；

(2)根据铸件本体的技术要求、结构、热节区域、步骤(1)得出的模拟结论，在所述铸件本体的热节区域设置散热片；

(3)将步骤(2)中设置有散热片的铸件结构进行凝固模拟，与所述步骤(1)得出的模拟结果进行对比，验证散热片的设计效果；

(4)将模拟后的铸件结构进行实际铸造，通过包括首件加工、解剖、探伤、试压的验证方式，得出所述散热片的实际效果，将所述实际效果与步骤(3)中的设计效果对比，进一步确定所述带有散热片的铸件结构。