一種帶有散熱片的球墨鑄鐵鑄件結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及球墨鑄鐵的鑄造領(lǐng)域，具體涉及一種帶有散熱片的球墨鑄鐵鑄件結(jié)構(gòu) 及其設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的不斷發(fā)展，各行業(yè)的核心零部件，如球墨鑄鐵件，都在向高強(qiáng) 度、薄壁、可靠性高、功能復(fù)合化發(fā)展，以滿足需求。球墨鑄鐵件的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜、鑄件壁厚 差別更大、自由收縮傾向增大，具有分散的、局部熱節(jié)多的特點(diǎn)。分散的局部熱節(jié)多，難以實(shí) 現(xiàn)補(bǔ)縮，使得球墨鑄鐵件的鑄造工藝難度不斷加大、制造成本的急劇增加。
[0003] 現(xiàn)目前，解決球墨鑄鐵件因熱節(jié)導(dǎo)致的縮松問(wèn)題，主要是采用冷鐵、冒口和補(bǔ)貼等 工藝方法，通過(guò)調(diào)節(jié)溫度場(chǎng)使整個(gè)鑄型趨于順序凝固或同時(shí)凝固，以達(dá)到解決球墨鑄鐵件 縮松缺陷的目的。然而采用這些工藝方法或多或少都會(huì)給實(shí)際鑄件產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn) 和制造成本帶來(lái)一些不利的影響。
[0004] 例如，冷鐵的設(shè)置會(huì)增加鑄件產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)復(fù)雜程度、周期和制造成本；此外， 冷鐵放置是在造型過(guò)程中進(jìn)行的，增加了造型操作的難度，同時(shí)存在放置位移、工作面與鑄 件不吻合等問(wèn)題，減弱或失去冷鐵的作用，導(dǎo)致鑄件表面和內(nèi)部質(zhì)量問(wèn)題。而冒口設(shè)置工藝 的缺陷在于：1、在鑄件中、下部位不宜設(shè)置冒口，會(huì)增加工藝設(shè)計(jì)的難度；2、直接降低鑄件 的工藝出品率；3、增加了鑄件的清理工序和難度；4、增加鑄件的制造成本。此外補(bǔ)貼設(shè)置 的工藝會(huì)增加鑄件加工余量，減低工藝出品率；其次改變了原本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)；此外鑄件由 于鑄件結(jié)構(gòu)的限制，沒(méi)法補(bǔ)貼加工量。上述各現(xiàn)有技術(shù)的種種缺陷的存在，是困擾眾多生產(chǎn) 廠家的亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 有鑒于此，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N帶有散熱片的球墨鑄鐵鑄件結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法，改變 了傳統(tǒng)工藝中只通過(guò)冷鐵、補(bǔ)貼和冒口的方法，在中、小型球墨鑄鐵件鑄造工藝中，通過(guò)在 鑄件本體上設(shè)置散熱片來(lái)調(diào)節(jié)整過(guò)鑄型在充型、凝固冷卻過(guò)程中溫度場(chǎng)的方法，在減少或 避免使用冒口、冷鐵的情況下，使整個(gè)鑄型達(dá)到順序凝固或同時(shí)凝固的目的，從而解決、位 移鑄件熱節(jié)部位的縮松問(wèn)題。
[0006] 為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是一種帶有散熱片的球墨鑄鐵鑄件 結(jié)構(gòu)，包括鑄件本體，散熱片，所述散熱片的吸熱端位于所述鑄件本體的關(guān)鍵部位的熱節(jié)區(qū) 域外部，所述散熱片的散熱端延伸至所述鑄件本體的外部，所述散熱片的厚度不小于2_。
[0007] 優(yōu)選的，所述散熱片的吸熱端與所述熱節(jié)區(qū)域的連接方式為：所述散熱片的吸熱 端與所述熱節(jié)區(qū)域的外部相連接。
[0008] 優(yōu)選的，所述散熱片為矩形薄片，所述散熱片的長(zhǎng)度為10-50mm，所述散熱片的寬 度為10 - 50_，所述散熱片的長(zhǎng)度和寬度應(yīng)根據(jù)鑄件本體的形狀和結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
[0009] 優(yōu)選的，所述關(guān)鍵部位包括：
[0010] a、鑄件主體壁厚在4一 20mm，或熱節(jié)圓直徑不大于50mm的部位；
[0011] b、鑄件主體中受力、承壓、加工、鉆孔、探傷的部位；
[0012] c、鑄件分散的局部、孤立熱節(jié)部位或不適于設(shè)置冷鐵、芯鐵或冒口的熱節(jié)部位；
[0013] d、鑄件有超聲波探傷、磁粉探傷要求的部位；
[0014] 所述關(guān)鍵部位即指鑄件本體中需要熱節(jié)轉(zhuǎn)移或消除的部位，所述散熱片的設(shè)置范 圍還包括結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、熱節(jié)分散的中、小型球墨鑄鐵鑄件；鑄件分散的局部、孤立熱節(jié)部位； 鑄件加工量小，有些部位由于鑄件結(jié)構(gòu)的限制，沒(méi)法補(bǔ)貼加工量部位。
[0015] 優(yōu)選的，所述鑄件本體的壁厚為6 - 20mm時(shí)，所述散熱片的厚度為2 - 12mm，所述 鑄件本體的壁厚與所述散熱片的厚度正相關(guān)。
[0016] 更為優(yōu)選的，所述鑄件主體壁厚為6-8mm時(shí)，所述散熱片的厚度為2mm ;所述鑄件 主體壁厚為9一 IOmm時(shí)，所述散熱片的厚度為2 - 3_ ;所述鑄件主體壁厚為11一 13_時(shí)， 所述散熱片的厚度為4一6mm ;所述鑄件主體壁厚為14一 15mm時(shí)，所述散熱片的厚度為7- 8mm ;所述鑄件主體壁厚為16 - 20mm時(shí)，所述散熱片的厚度為9一 12mm〇
[0017] 優(yōu)選的，所述鑄件本體熱節(jié)模數(shù)為1. 5-5. Ocm時(shí)，所述散熱片的厚度為2 - 12mm， 所述鑄件本體的熱節(jié)模數(shù)與所述散熱片的厚度正相關(guān)。
[0018] 更為優(yōu)選的，所述鑄件本體的熱節(jié)模數(shù)為1.5 - 2. Ocm時(shí)，所述散熱片的厚度為 2mm ;所述鑄件本體的熱節(jié)模數(shù)為2. 0-3. Ocm時(shí)，所述散熱片的厚度為2-3mm ;所述鑄件本 體的熱節(jié)模數(shù)為3. 0-3. 5cm時(shí)，所述散熱片的厚度為4一6mm ;所述鑄件本體的熱節(jié)模數(shù)為 3. 5-4. Ocm時(shí)，所述散熱片的厚度為7-8mm ;所述鑄件本體的熱節(jié)模數(shù)為4. 0 - 5. Ocm時(shí)， 所述散熱片的厚度為9一 12mm。
[0019] 優(yōu)選的，所述散熱片為與球墨鑄鐵鑄件材料相同的散熱片。
[0020] 本申請(qǐng)技術(shù)方案還提供一種上述帶有散熱片的球墨鑄鐵鑄件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方法，包 括以下步驟：
[0021] (1)根據(jù)所述鑄件本體結(jié)構(gòu)、技術(shù)要求進(jìn)行鑄件毛坯、澆注系統(tǒng)三維建模，完成后 分別進(jìn)行鑄件主體的裸模擬、添加澆注系統(tǒng)后鐵液充型和凝固模擬，對(duì)鑄件主體的模數(shù)進(jìn) 行計(jì)算；
[0022] (2)根據(jù)鑄件本體的技術(shù)要求、結(jié)構(gòu)、熱節(jié)區(qū)域、步驟⑴得出的模擬結(jié)論，在所述 鑄件本體的熱節(jié)區(qū)域設(shè)置散熱片；
[0023] (3)將步驟（2)中設(shè)置有散熱片的鑄件結(jié)構(gòu)進(jìn)行凝固模擬，與所述步驟（1)得出的 模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證散熱片的設(shè)計(jì)效果；
[0024] (4)將模擬后的鑄件結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)際鑄造，通過(guò)包括首件加工、解剖、探傷、試壓的驗(yàn) 證方式，得出所述散熱片的實(shí)際效果，將所述實(shí)際效果與步驟（3)中的設(shè)計(jì)效果對(duì)比，進(jìn)一 步確定所述帶有散熱片的鑄件結(jié)構(gòu)。
[0025] 本申請(qǐng)所述"熱節(jié)區(qū)域"是指，鐵水在凝固過(guò)程中，鑄件內(nèi)比周圍金屬凝固緩慢的 節(jié)點(diǎn)或局部區(qū)域，也可以說(shuō)是最后冷卻凝固的地方。由于結(jié)構(gòu)和鑄造參數(shù)的原因，在模腔內(nèi) 各點(diǎn)的熔融狀態(tài)的鐵水凝固時(shí)間是不相等的，這就會(huì)給鑄件在凝固后產(chǎn)生熱應(yīng)力，造成鑄 件變形、裂紋等；同時(shí)，由于冷卻凝固時(shí)間不等，鑄件會(huì)出現(xiàn)縮松、縮孔、冷隔、氣孔等缺陷。
[0026] 本申請(qǐng)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其詳細(xì)說(shuō)明如下：本申請(qǐng)技術(shù)方案提供了一種帶有散熱 片的球墨鑄鐵鑄件結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)方法，通過(guò)在鑄件本體上設(shè)置散熱片來(lái)調(diào)節(jié)整過(guò)鑄型在充 型、凝固冷卻過(guò)程中溫度場(chǎng)的方法，在減少或避免使用冒口、冷鐵的情況下，使整個(gè)鑄型達(dá) 到順序凝固或同時(shí)凝固的目的，使球墨鑄鐵鑄件有要求、重要部位的熱節(jié)縮松問(wèn)題得到減 輕、位移或徹底地消除；此外，可減少或避免鑄件在鑄造工藝中設(shè)置冷鐵，可以提高無(wú)模鑄 造工藝、3D打印制芯工藝的效率，特別適用于中小型、小批量球墨鑄鐵鑄件的研發(fā)、生產(chǎn)。與 現(xiàn)有的采用冷鐵、冒口、補(bǔ)貼等工藝方法，本申請(qǐng)技術(shù)方案具有工藝操作簡(jiǎn)單、工藝周期短、 能保持原有鑄件本體的結(jié)構(gòu)、出品率高等效果。
【附圖說(shuō)明】
[0027] 圖1是本申請(qǐng)技術(shù)方案所述球墨鑄鐵鑄件結(jié)構(gòu)中散熱片的設(shè)置結(jié)構(gòu)圖；
[0028] 圖2是圖1中B-B處的剖面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0030] 如圖1、圖2所示，一種帶有散熱片的球墨鑄鐵鑄件結(jié)構(gòu)，包括鑄件本體1，散熱片 3,所述散熱片3的吸熱端位于所述鑄件本體1的關(guān)鍵部位的熱節(jié)區(qū)域2,所述散熱片3的 吸熱端插入所述熱節(jié)區(qū)域2的內(nèi)部，所述散熱片3的散熱端延伸至所述鑄件本體1的外部， 所述散熱片3為矩形薄片，所述散熱片3的長(zhǎng)度為10 -50_，所述散熱片3的寬度為10- 50mm，所述散熱片3為與球墨鑄鐵鑄件同時(shí)形成、材料相同的散熱片。作為優(yōu)選，所