CN108311654A - 采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法，用于制备金属模具，主要包括以下步骤：S1、冶炼铁水，所述铁水成分为亚共晶铸铁成分；S2、当铁水温度达到1320‑1350℃时，将铁水出炉到铁水包内；S3、当铁水温度降至1270‑1300℃时，将铁水浇注至离心机的金属铸型内，离心铸造所述金属模具。本发明所述的采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法，可替代原有静态浇注法制备金属模具，制备过程中将液体金属注入高速旋转的金属铸型内，使金属液做离心运动充满金属铸型和形成金属模具，有助于液体金属中气体和夹杂物的排除；改善金属的结晶过程，从而改善金属模具的机械性能和物理性能。

Description

采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法

技术领域

本发明涉及金属模具制造技术领域，特别涉及一种采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法。

背景技术

静态浇注是浇注成型中较为简单和使用范围较为广泛的一种方法，其通过将浇注原料(通常是单体、预聚体或单体溶液等)注入模具型芯中，待其完成聚合或缩聚反应而固化，从而得到与模具型腔相似的制品。

模具是工业生产上用以注塑、吹塑、挤出、压铸或锻压成型、冶炼、冲压等方法得到所需产品的各种模子和工具。金属模具是一种常见的模具，其通常采用静态浇注法制备而成。

然而，采用静态浇注法浇注制备金属模具需要用到砂型模具，其芯体采用铁砖垒砌而成，表面挂砂，再通过刮板造型，外皮采用砂箱、铁桶造型，底注切线水口。

采用以上模具型芯制备金属模具，尤其是制备厚壁金属模具主要存在以下问题：

1、芯体需要使用大量铁砖，工人劳动强度大，且容易出现铁砖垒偏的现象，成型的金属模具内腔不规则，导致后期加工量不均，加工难度大，费时费力。

2、铁砖间缝隙需要使用型砂填实，导致造型过程中金属模具局部冷却不均，易出现疏松，影响金属模具的表面质量和使用寿命。

3、铁砖表面挂砂需手工拍实，劳动强度高，容易出现局部型砂强度不足，浇注后大面积粘砂的现象，影响加工效率，且制备的金属模具易出现砂眼等缺陷。

4、外皮使用砂箱造型，用砂量大，劳动强度高，冷却效果差，制备而成的金属模具整体晶粒粗大，使用寿命短。

5、底注切线水口开箱后浇口部位残留大量浇注棒，加工难度大。

6、为保证补缩效果需要较大的冒口，毛净比大，导致生产成本高。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法，以克服静态浇注法制备金属模具的不足。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法，用于制备金属模具，包括以下步骤：

S1、冶炼铁水，所述铁水成分为亚共晶铸铁成分；

S2、当铁水温度达到1320-1350℃时，将铁水出炉到铁水包内；

S3、当铁水温度降至1270-1300℃时，将铁水浇注至离心机的金属铸型内，离心铸造所述金属模具。

进一步地，

步骤S1中：所述铁水化学成分组成的质量分数％为:

C 3.0-3.5，Si 1.5-20，Mn 0.5-1.0，S≤0.03，P≤0.05，余量Fe。

进一步地，

步骤S2中：铁水出炉到铁水包内前，预先在铁水包内加入Fe75Zr2合金，

进一步地，所述Fe75Zr2合金的粒度为3-8mm。

进一步地，所述Fe75Zr2合金加入前经过200-500℃温度烘烤至少120min。

进一步地，所述Fe75Zr2合金的加入量为铁水总重量的0.4-0.8％。

进一步地，离心铸造时重力系数控制在50-80。

进一步地，所述铁水的浇注厚度为200-300mm。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

本发明所述的采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法，可替代原有静态浇注法制备金属模具的生产方法，将液体金属注入高速旋转的金属铸型内，使金属液做离心运动充满金属铸型和形成金属模具，有助于液体金属中气体和夹杂物的排除；改善金属的结晶过程，从而改善金属模具的机械性能和物理性能。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面将结合实施例来详细说明本发明。

在此需要说明的是，本发明中，所提到的金属模具指内部形成有通孔的大致呈套筒状、且壁厚较厚的金属模具。

实施例一

本实施例涉及一种采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法，用于制备金属模具，包括以下步骤：

S1、首先在中频炉冶炼合格铁水，铁水成分为亚共晶铸铁成分；具体地：铁水化学成分组成的质量分数％为:C 3.0，Si 1.8，Mn 1.0，S 0.017，P 0.028，余量Fe。该步骤中，铁水除了可采用中频炉冶炼，也可采用其他的冶炼设备冶炼。

S2、当铁水温度达到1320℃时，将铁水从中频炉中转至铁水包内。

该步骤中：在铁水出炉到铁水包内前，预先在铁水包内加入粒度为3mm的Fe75Zr2合金，加入量为铁水总重量的0.4％。Fe75Zr2合金加入前经过250℃度烘烤200min。

S3、当铁水温度降至1300℃时，将铁水浇注至离心机的金属铸型内，离心铸造金属模具。

该步骤中：铁水的浇注厚度为300mm，也即制备而成的金属模具的壁厚为300mm，离心铸造过程中重力系数控制在50。

实施例二

S1、首先在中频炉冶炼合格铁水，铁水成分为亚共晶铸铁成分；具体地：铁水化学成分组成的质量分数％为:C 3.14，Si 15，Mn 0.83，S 0.028，余量Fe。该步骤中，铁水除了可采用中频炉冶炼，也可采用其他的冶炼设备冶炼。

S2、当铁水温度达到1350℃时，将铁水从中频炉中转至铁水包内；

该步骤中：在铁水出炉到铁水包内前，预先在铁水包内加入粒度为4mm的Fe75Zr2合金，加入量为铁水总重量的0.6％。Fe75Zr2合金加入前经过500℃温度烘烤120min。

S3、当铁水温度降至1290℃时，将铁水浇注至离心机的金属铸型内，离心铸造金属模具。

该步骤中：铁水的浇注厚度为260mm，也即制备而成的金属模具的壁厚为260mm，离心铸造过程中重力系数控制在60。

实施例三

S1、首先在中频炉冶炼合格铁水，铁水成分为亚共晶铸铁成分；具体地：铁水化学成分组成的质量分数％为:C 3.22，Si 1.5，Mn 0.69，S 0.03，P 0.036，余量Fe。该步骤中，铁水除了可采用中频炉冶炼，也可采用其他的冶炼设备冶炼。

S2、当铁水温度达到1280℃时，将铁水从中频炉中转至铁水包内；

该步骤中：在铁水出炉到铁水包内前，预先在铁水包内加入粒度为8mm的Fe75Zr2合金，加入量为铁水总重量的0.7％。Fe75Zr2合金加入前经过230℃温度烘烤120min。

S3、当铁水温度降至1270-1300℃时，将铁水浇注至离心机的金属铸型内，离心铸造金属模具。

该步骤中：铁水的浇注厚度为240mm，也即制备而成的金属模具的壁厚为240mm，离心铸造过程中重力系数控制在70。

实施例四

S1、首先在中频炉冶炼合格铁水，铁水成分为亚共晶铸铁成分；具体地：铁水化学成分组成的质量分数％为:C 3.5，Si 20，Mn 0.73，S 0.02，P 0.043，余量Fe。该步骤中，铁水除了可采用中频炉冶炼，也可采用其他的冶炼设备冶炼。

S2、当铁水温度达到1340℃时，将铁水从中频炉中转至铁水包内；

该步骤中：在铁水出炉到铁水包内前，预先在铁水包内加入粒度为7mm的Fe75Zr2合金，加入量为铁水总重量的0.8％。Fe75Zr2合金加入前经过210℃温度烘烤120min。

S3、当铁水温度降至1270℃时，将铁水浇注至离心机的金属铸型内，离心铸造金属模具。

该步骤中：铁水的浇注厚度为220mm，也即制备而成的金属模具的壁厚为220mm，离心铸造过程中重力系数控制在80。

实施例五

S1、首先在中频炉冶炼合格铁水，铁水成分为亚共晶铸铁成分；具体地：铁水化学成分组成的质量分数％为:C 3.40，Si 12，Mn 0.5，P 0.05，余量Fe。该步骤中，铁水除了可采用中频炉冶炼，也可采用其他的冶炼设备冶炼。

S2、当铁水温度达到1335℃时，将铁水从中频炉中转至铁水包内；

该步骤中：在铁水出炉到铁水包内前，预先在铁水包内加入粒度为6mm的Fe75Zr2合金，加入量为铁水总重量的0.5％。Fe75Zr2合金加入前经过200℃温度烘烤120min。

S3、当铁水温度降至1300℃时，将铁水浇注至离心机的金属铸型内，离心铸造金属模具。

该步骤中：铁水的浇注厚度为200mm，也即制备而成的金属模具的壁厚为200mm，离心铸造过程中重力系数控制在50。

本发明中，铁水成分选为亚共晶铸铁成分，是因所生产的厚壁金属模具在使用过程中要频繁经历冷热疲劳，亚共晶铸铁成分可有效避免组织中出现大块状的共晶碳化物，避免模具因冷热疲劳而较早的在碳化物周围出现裂纹，提高金属模具的使用寿命。

此外，由于亚共晶铸铁的力学性能在很大程度上取决于其显微组织，因此以上方法中，在亚共晶铸铁成分制成的铁水中加入Fe75Zr2合金，可避免出现过冷组织，减少残留应力；使石墨的形态细小且均匀分布，从而改善制成的金属模具的力学性能，进而可保证制成的金属模具品质的一致性。

金属模具采用离心方式生产，首先是由于其可使用金属型模，使得铁水的凝固方向是由外层向内层顺序凝固，由于所生产的金属模具壁厚较大，外层与内层的凝固强度与时间相差较大，而Fe75Zr2合金的使用，则可与离心方法配合，有效降低因凝固强度与时间差异而导致的外层与内层石墨形态的不同，从而保证所制备的金属模具组织性能的一致性。

Fe75Zr2合金的粒度选为3-8mm，选用该粒度范围，一方面为了保证在该温度范围下所用的Fe75Zr2合金能够完全溶解，另一方面也可避免因合金粒度过小，合金很快溶解扩散而导致的性能衰退。

将Fe75Zr2合金200℃-500℃温度烘烤至少120min，该温度范围和时间范围可保证所用Fe75Zr2合金内的所有水分能够完全排出，防止水分析出在制成的金属模具内形成气孔。

离心铸造时重力系数控制在50-80，该重力系数范围，一方面可保证充分的离心速度，防止在离心过程中不同厚度的铁水因离心力不同而产生相对位移，影响铸件内部质量；另一方面也可避免因重力倍数过高而导致铁水中析出的石墨在过高重力倍数的作用下，向内表层扩散，形成石墨漂浮，降低内层组织性能。

本发明所述的采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法，可替代原有静态浇注法制备金属模具的生产方法，将液体金属注入高速旋转的金属铸型内，使金属液做离心运动充满金属铸型和形成金属模具，有助于液体金属中气体和夹杂物的排除；改善金属的结晶过程，从而改善金属模具的机械性能和物理性能。

在金属模具的制备过程中，将生产金属模具的砂型型模变为金属铸型，冷却强度大，制备成的金属模具品粒细化，性能更加优良；生产用工装工具简单，便于操作，劳动强度低，劳动效率提高；由自然补缩变为利用离心力强制补缩，消除了补缩冒口，降低铁水量，减少能耗；冷却效果一致，组织均匀性好，可延长金属模具的使用寿命；毛坯形态规则，后期易加工，加工效率高，加工成本低。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法，用于制备金属模具，其特征在于包括以下步骤：

S1、冶炼铁水，所述铁水成分为亚共晶铸铁成分；

S2、当铁水温度达到1320-1350℃时，将铁水出炉到铁水包内；

S3、当铁水温度降至1270-1300℃时，将铁水浇注至离心机的金属铸型内，离心铸造所述金属模具。

2.根据权利要求1所述的采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法，其特征在于：

步骤S1中：所述铁水化学成分组成的质量分数％为:

C 3.0-3.5，Si 1.5-20，Mn 0.5-1.0，S≤0.03，P≤0.05，余量Fe。

3.根据权利要求1所述的采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法，其特征在于：

步骤S2中：铁水出炉到铁水包内前，预先在铁水包内加入Fe75Zr2合金。

4.根据权利要求3所述的采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法，其特征在于：所述Fe75Zr2合金的粒度为3-8mm。

5.根据权利要求3所述的采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法，其特征在于：所述Fe75Zr2合金加入前经过200℃-500℃温度烘烤至少120min。

6.根据权利要求3所述的采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法，其特征在于：所述Fe75Zr2合金的加入量为铁水总重量的0.4-0.8％。

7.根据权利要求1所述的采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法，其特征在于：离心铸造时重力系数控制在50-80。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的采用离心方法制备厚壁金属模具的生产方法，其特征在于：所述铁水的浇注厚度为200-300mm。