CN103521698A - 隔热涂料及其制备方法、金属型模具及金属型铸造设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种隔热涂料及其制备方法、金属型模具及金属型铸造设备，其中，该隔热涂料包括：高岭土、硅藻土、聚乙烯醇、锂基膨润土及水，其重量百分比为：高岭土11～12％；硅藻土3.6～4.0％；聚乙烯醇0.09～0.11％；锂基膨润土0.50～0.60％；水余下的比例份额；其中，所述聚乙烯醇作为涂料粘合剂成分，所述锂基膨润土为涂料悬浮剂、粘合剂及分散剂成分。本发明还提供一种涂设有上述隔热涂料的金属型模具及设置有该金属型模具的金属型铸造设备。本发明能够减轻金属型模具受高温铁水烧蚀，提高金属型模具的使用寿命，同时增加金属型模具的型腔热传导阻力，减缓铁水进入型腔的后的凝固速度。

Description

隔热涂料及其制备方法、金属型模具及金属型铸造设备

技术领域

本发明涉及金属铸造领域，特别涉及一种隔热涂料及其制备方法、金属型模具及金属型铸造设备。

背景技术

金属型铸造工艺是近些年来逐步兴起且应用越来越广泛的技术，其具有生产效率高，生产场地占用面积小，对操作人员技术要求低，容易组成机械化流水线，适用于规模化批量生产。

现有的铸造机结构比较复杂，主要体现在整个机械动作采用液压电气控制，每台机附带有体积较大的液压工作站。以前多用于温度较低的有色金属铸造。用于高温铸铁铸件铸造，操作温度和环境温度高，造成液压油油温过高，电器配件易损坏，设备故障率高，液压管高容易被飞溅的高温铁水烧损。液压传动动作速度较慢，生产效率低。

并且，采用现有结构形式的金属型模具生产薄壁灰铸铁管件，由于铁水在浇铸过程中容易冷却凝固，采用传统的铸件在型腔中平卧式的铸造方式，往往容易出现铁水未完全充盈型腔时便凝固，因此，存在铁水凝固快铸件浇不足、成型困难的现象，造成废品。

另外，现有传统的砂型铸造工艺在管件铸造时，由于造型砂具有的可退让行，铁水浇铸充型时在重力和铁水凝固膨胀收缩的作用下，铸件的尺寸变化范围较大，为保证管件最小壁厚要求，往往加大铸件尺寸的铸造余量，使铸造成本增加。

此外，目前金属型模具采用的耐热铸坯加工金属型材料费用昂贵且容易产生热裂纹，使用寿命短，生产成本高，这一制约金属型铸造技术推广应用瓶颈。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种隔热涂料及其制备方法，能减轻金属型模具受高温铁水烧蚀，提高金属型模具的使用寿命，同时，增加金属型模具的型腔热传导阻力，减缓铁水进入型腔的后的凝固速度，防止高温铁液与金属型模具接触时激冷产生白口现象。

此外，本发明还提供一种涂设有上述隔热涂料的金属型模具及设置有该金属型模具的金属型铸造设备。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提出一种隔热涂料，该隔热涂料包括：高岭土、硅藻土、聚乙烯醇、锂基膨润土及水，其重量百分比为：

其中，所述聚乙烯醇作为涂料粘合剂成分，所述锂基膨润土为涂料悬浮剂、粘合剂及分散剂成分。

优选的，上述隔热涂料还包括：用于改善涂料性能的分散剂、消泡剂和／或防锈剂。

相应地，本发明还提出一种隔热涂料的制备方法，该方法包括：制备聚乙烯醇糊；制备锂基膨润土糊；将粉状硅藻土、高岭土和水加入低速搅拌机内，搅拌将其完全与水溶液混合；充分搅拌无结团后，依次加入锂基膨润土糊和聚乙烯醇糊，继续搅拌充分混合均匀，经滤网过滤后备用。

进一步地，上述方法中，所述制备聚乙烯醇糊的方法包括：按聚乙烯醇和水1：25的比例取用；将聚乙烯醇和水按1：25的比例定量加入夹层电热釜内，使聚乙烯醇和水成透明的糊状。

进一步地，上述方法中，所述制备锂基膨润土糊的方法包括：按1：10的比例取用锂基膨润土和水；将锂基膨润土和水按1：10的比例定量加入容器内，放置24小时以上，待膨润土充分吸收水分溶胀；使用前将充分溶胀的锂基膨润土，加入搅拌机充分搅拌。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

因此，本发明的隔热涂料及其制备方法能够减轻金属型模具受高温铁水烧蚀，提高金属型模具的使用寿命。同时，增加金属型模具的型腔热传导阻力，减缓铁水进入型腔的后的凝固速度，防止高温铁液与金属型模具接触时激冷产生白口现象。

另一方面，本发明还提出一种金属型模具，该金属型模具设置在金属型铸造设备上，该金属型模具包括采用金属组织结构均匀的低碳结构钢加工而成的第一半模具和第二半模具；所述第一半模具和所述第二半模具分别对应设置有：用以浇铸时形成铸件外形的型腔、浇口、浇道、可固定连接至所述金属型铸造设备上的固定支脚、以及在所述第一半模具和第二半模具闭合时可相互贴合的分型面；所述型腔为与铸件的外表面形状相吻合的凹形空腔，并容置有用于限定所述铸件内表面形状及壁厚的砂芯；所述型腔的上方设置有用于定位所述砂芯与所述型腔之间相对位置的定位部；所述浇口分别对应设置于所述第一半模具和第二半模具的上方；所述浇道与所述浇口连通，并从所述型腔的上部延伸进入所述型腔内部；其中，所述型腔的内表面涂设有上述任一种隔热涂料。

进一步地，所述定位部包括定位芯槽和砂芯定位槽，所述定位芯槽，为与所述砂芯的定位芯头与所述型腔；所述砂芯定位槽用于定位所述砂芯的主体与所述型腔之间相对位置；所述砂芯上设置有定位凸缘，所述定位凸缘的外形与所述砂芯定位槽的内壁形状相配合；其中，所述低碳结构钢为Q235热轧普通低碳结构钢，其含碳量在0.12％～0.22％范围内。

进一步地，所述第一半模具和所述第二半模具还分别设置有：用于两个半模具闭合时保持二者的相对位置不移位的定位销孔和定位销；其中，所述第一半模具上的定位销孔与所述第二半模具上的定位销的位置及尺寸相配合；所述第一半模具上的定位销与所述第二半模具上的定位销孔的位置及尺寸相配合。

进一步地，所述第一半模具和所述第二半模具闭合时，所述浇口的形状为上部呈喇叭形下部呈圆柱体的空腔；和／或，所述浇道的上部与所述浇口圆柱体相连通，下部与所述型腔相连通；其中，所述浇道为根据铸件的铸造工艺所要求的尺寸加工而成的凹形扁槽。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

本发明的金属型模具由一对两半模具组成，采用垂直分型，浇口设置在模具上方，浇道从型腔的上部延伸进入型腔。两半模具闭合时，分型面完全贴合，形成铸件成型的空腔。金属型模具的垂直分型和浇注***设置方式有利于铁水在重力的作用下，在型腔和砂芯的狭窄缝隙中的快速充盈成形。与现有的上部雨淋式浇口相比，本发明的金属型模具能够缩短浇铸时间，避免因充型时间过长而出现的铸件浇不足现象，提高了成品率。

又一方面，本发明提出一种金属型铸造设备，该金属型铸造设备包括：机架、定模板、动模板、动模板导向轴、合模装置、以及上述任一种属型模具；其中，所述第一半模具和所述第二半模具分别对应设置于所述定模板和所述动模板上；所述定模板安装于所述机架上，所述动模板导向轴安装在所述机架和所述定模板之间，并穿设于所述动模板；所述合模装置一端安装于所述机架上，另一端安装在所述动模板上；在所述合模装置的带动下，所述动模板在所述动模板导向轴上往复运动，完成开合模动作。

与现有技术相比，本发明具有如下优势：

本发明设计的金属型铸造设备，采用气动驱动控制，对浇注管道集中供气，只需气源且无需电源，具有结构简单、设备占地面积小、设备动作速度快、生产效率高、装卸模具快捷等特点，特别是非常适合于机械化铸造生产线生产。

另外，本发明设计的金属型铸造设备维修方便、操作简便，使其故障率大大下降，并降低生产操作成本低，十分便于组成机械化自动铸造生产线。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例中金属型铸造设备的结构示意图；

图2为本发明实施例中金属型模具的结构示意图；

图3为本发明实施例中砂芯的结构示意图；

图4为本发明实施例中铸件的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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。

下面结合附图，对本发明的各优选实施例作进一步说明：

隔热涂料实施例

1、一种隔热涂料包括：高岭土、硅藻土、聚乙烯醇、锂基膨润土及水，其重量百分比为：

其中，所述聚乙烯醇作为涂料粘合剂成分，所述锂基膨润土为涂悬浮剂、料粘合剂及分散剂成分。采用锂基膨润土作为悬浮剂，其功能除了保证涂料糊状固体物料配制成涂料后的悬浮效果外，当喷涂到预热的金属型模具模腔表面形成干涂层时，一方面具有较好涂层强度，不易被铁水冲刷掉，形成铸件内的渣孔。另一方面其具有更好的溃散性，浇铸成型后模具和铸件表面的残余涂料较易清除。再者，由于其加入量小于传统的钙基膨润土，提高了干涂层的透气性，减少了铸件表面的气孔凹坑等缺陷。

优选的是，隔热涂料还可根据实际需求包括：分散剂、消泡剂和防锈剂。本实施例中可选的助剂的种类非常多，助剂的加入量可按照所选助剂的适用涂料类别及推荐的比例加入。例如：选用不同品种的消泡剂，其加入量则不同的。本实施例中，助剂的加入对涂料的主要性能特质没有根本影响，能够起到改善作用，因此，本领域技术人员可根据实际需要选择是否加入助剂及其加入量，可选的是，各助剂的组分含量可参照所选择的分散剂、消泡剂或防锈剂产品的使用说明加入。

所述金属型模具隔热涂料为一种用于铸件每次浇铸前喷涂在具有一定温度的金属型模具型腔表面可形成一个一定厚度干燥透气涂层的水性涂料。为了保证涂层的均匀性和管件铸件壁厚尺寸精度，在具体使用时，一般采用每次浇铸前喷涂，浇铸完成取出铸件后，需要清理掉残余涂料，然后重新喷涂，再进行浇铸。

本实施例在研究过程中确定金属型模具隔热涂料应具备如下特性：

1)具有耐高温性能，可耐受高温铁水，且能保证铸件外形美观；

2)具有隔热保温性能，以减缓金属型模具的升温速度和铁水的凝固速度；

3)具有良好的透气性能，使铸件和金属型型腔之间形成透气层，以吸收铸件浇铸凝固过程中产生的气体；

4)具有一定的涂层强度，以保证在铁水浇铸时干涂层不被冲刷脱落；

5)具有较好的脱模性和高温溃散性，便于铸件脱模和型腔中参与涂层的清理；

本实施例在总结以往传统工艺所用涂料的缺陷，研制了一种具有耐高温、隔热性能好、透气性好和易清理的复合型水性涂料，克服了传统工艺所用涂料仅具有耐高温单一功能的不足。涂料配方主要采用了高岭土、硅藻土、膨润土、水溶性有机粘合剂等成分。

所用煅烧细粉状高岭土为耐高温材料，其耐火度一般在1700℃左右；用其配制的隔热涂料可在金属型型腔内形成一个耐高温保护涂层，以使模具可以耐受高温铁水而不至于被烧蚀损坏。与其它耐高温材料相比，采用高岭土除了具有耐高温特点外，铸件外表粗糙度降低，外观质量明显提高。

所用煅烧细粉状硅藻土为耐高温保温材料，其熔点1650-1750℃，热的不良导体，是理想的隔热保温材料。空隙率高，透气性和吸附能力高。用其配制的隔热涂料可在金属型型腔内形成一个隔热保护涂层，以阻隔和减缓高温铁水向金属型模具的热传导速度，降低模具温升速度，减缓铁水的凝固速度。在保护模具免受高温冲击的同时，还可避免薄壁管件铸件产生白口。由于硅藻土的多孔性和透气性，可吸收高温铁水在型腔凝固时产生的气体，避免了铸件表面凹坑和气孔等缺陷的产生。

所用煅烧细粉状膨润土作为隔热涂料的悬浮剂、粘结剂和分散剂用于涂料配制，不仅可以使粉状耐高温隔热粉体骨料均匀地悬浮分散在水溶液中，而且其粘结性能使涂层干燥时耐高温隔热粉体骨料相互粘结形成具有一定强度的涂层，以防止浇铸时被高温铁水冲刷脱落，造成渣孔、砂眼等缺陷。同时，膨润土可以使涂层经过高温烧蚀后，具有很好的溃散性，便于铸件脱模和型腔内壁残余涂料的快速清理。

本配方涂料中所用水溶性有机粘合剂选用的是聚乙烯醇，传统工艺金属型涂料中往往采用水玻璃作为粘合剂，尽管水玻璃具有较高的耐热性，但其不易脱模，且浇铸后残余涂层附着牢固，不易清理，往往会在铸件表面产生地图状斑痕和管件铸件壁厚不均匀的问题。采用水溶性聚乙烯醇有机粘合剂，其不仅可以增加干涂层的强度，而且在高温下很容易被烧掉，残余涂层强度随之降低，易清除。

本实施例隔热涂料的优选配方为：煅烧高岭土11.45％，煅烧硅藻土3.8％，聚乙烯醇0.095％，煅烧锂基膨润土0.55％，水84.1％。

本实施例涂料的物理性能：a、涂料的悬浮性放置12小时≥96％；b、涂料的耐火度≥1700℃；c、涂料的流动性好，不堵塞输送管道和喷头；d、涂料的喷涂性能好，金属型工作表面涂料均匀。

隔热涂料的制备方法实施例

本实施例中，隔热涂料的制备方法包括：制备聚乙烯醇糊；制备锂基膨润土糊；将粉状硅藻土、高岭土和水加入低速搅拌机内，搅拌将其完全与水溶液混合；充分搅拌无结团后，依次加入锂基膨润土糊和聚乙烯醇糊，继续搅拌充分混合均匀，经滤网过滤后备用。

其中，所述制备聚乙烯醇糊的方法包括：按聚乙烯醇和水1：25的比例取用；将聚乙烯醇和水按1：25的比例定量加入夹层电热釜内，使聚乙烯醇和水成透明的糊状。

上述实施例中，所述制备锂基膨润土糊的方法包括：按1：10的比例取用锂基膨润土和水；将锂基膨润土和水按1：10的比例定量加入容器内，放置24小时以上，待膨润土充分吸收水分溶胀；使用前将充分溶胀的锂基膨润土，加入搅拌机充分搅拌，例如搅拌机转速可约1400转／分，搅拌时间可为5分钟。

这里，结合一实例对上述隔热涂料的制备方法做进一步说明：

金属型用涂料的配方及制作方法

一、配方                      单位；KG

优选的是，按重量百分比：硅藻土3.8％，煅烧高岭土11.45％，聚乙烯0.095％，锂基膨润土0.55％，水84.1％。注：上述5种材料均偏弱碱性。

二、涂料制备方法

1.聚乙烯醇糊：

①聚乙烯醇和水的比例，1：25；

②聚乙烯糊的制作过程：将聚乙烯醇和水按比例定量加入夹层电热釜内(是通过加热夹层内的水，间接加热釜内物料，以保持一定的加热温度，防止过热或产生焦糊)，加热温度80～100℃，时间1小时左右视聚乙烯醇和水成透明的糊状即可；

2.锂基膨润土糊的制作方法：

①锂基膨润土和水的比例：1：10；

②.锂基膨润土糊的制作过程：将锂基膨润土和水按比例定量加入容器内，放置24小时以上，待膨润土充分吸收水分溶胀；使用前将充分溶胀的锂基膨润土，加入搅拌机，搅拌机转速约1400转／分，搅拌时间5分钟左右即可；

3.涂料的制作方法：

①加料顺序：硅藻土→煅烧高岭土→水→锂基膨润土糊→聚乙烯醇糊；采用具有搅拌装置的配料桶，配料过程在带有搅拌装置的配料桶内完成，按配方规定的重量比例先将粉状硅藻土、高岭土和水加入低速搅拌机内，低速搅拌机转速约60转／分，搅拌30分钟，待其完全与水溶液混合，无结团。然后，依次加入锂基膨润土糊和聚乙烯醇糊，继续搅拌2～3小时，让上述5种材料充分混合均匀，经滤网如100目筛过滤后，盛装在涂料包装桶备用；

②涂料的研制过程主要包括如下步骤：

1、涂料的悬浮性——测试涂料静置一定的时间后沉降的高度。

2、涂料的耐热性和隔热性能——测试喷有涂料的模具浇铸1400℃铁水，浇铸前后的模具温升。

3、涂料的喷涂均匀性——观察喷涂后模具表面涂层的均匀性。浇铸后铸件表面涂料粘附是否均匀。

4、涂料的附着强度——浇铸后铸件表面涂料粘附是否均匀，如果不均匀说明，浇铸时由于涂料的耐热冲刷性能不好；

5、涂料的溃散性(指经过高温烧蚀，残存的涂料易粉化，易清除)——浇铸后模具型腔内残存涂料和铸件表面沾附的涂料是否容易清除。

6、涂料高温浇铸时的发气量(发气量是指涂料在高温铁水的烧蚀下所产生的水汽和其它高温氧化气体)——检查所用涂料浇铸的铸件表面单位面积的凹坑、气孔、皱纹、冷隔等缺陷数量。

需要说明的是，本实施例的涂料具有以下的优点：

聚乙烯醇作为涂料粘合剂成分是本实施例的优选方式，因此聚乙烯醇糊的制作也是专用方法。其加入方式是先制作成水溶性糊状胶体，再进行涂料配制，以保证在涂料中的均匀分散。

锂基膨润土为涂悬浮剂、料粘合剂及分散剂成分是本实施例的优选方式，因此锂基膨润土糊的制作也是专用方法。

需要指出的是，上述实施例中的隔热材料，主要成分是指决定涂料功能特性的材料。例如，涂料载体水及调剂涂料一些专有特性的其它辅助助剂，如分散剂、消泡剂、防锈剂等。因为这类助剂品种繁多，属于进一步改善型的。本实施例中未作进一步研究和试验。在实施例权利中还可以通过添加这些助剂，进一步改善涂料性能等。隔热涂料配方的其它助剂类成分可以进一步调节涂料的一些物理性状，如悬浮性、分散性、耐低温型等。

与现有技术相比，本实施例的隔热涂料的制备方法具有如下的优点：

1、以采用高岭土、硅藻土复合型耐热保温材料配方取代传统的以单一硅藻土作为耐热保温材料的配方，改变硅藻土保温性能好，但耐高温冲击性能差的弱点。使涂料的耐高温性能和保温性能均得到改善。

2、以采用高岭土、硅藻土复合型耐热保温材料配方，利用了高岭土粉料细致、爽滑的特点，便于铸件浇铸后的脱模。

3、以采用高岭土、硅藻土复合型耐热保温材料配方，涂料表面均匀细致，使铸件外观质量大大提高；

4、采用经过煅烧的高岭土和硅藻土粉体，消除了传统工艺中采用未经煅烧的高岭土和硅藻土粉体配置涂料，涂料发气量过大，铸件缺陷多的问题。传统天然高岭土和硅藻土含有大量的结晶水，高温浇铸时产生水汽大量释放，造成铸件缺陷。经过煅烧的高岭土和硅藻土粉体，除去了结晶水，大大降低了涂料的发气量。(因为配制涂料的水为游离水，当喷到具有一定温度的模具上时，会被蒸发掉的，而结晶水只有在高温铁水浇铸时才会释放出来)

5、采用聚乙烯醇高分子有机材料粘合剂替代传统涂料配方工艺中无极材料粘合剂——水玻璃。因为水玻璃具有较高的耐热性，当经过高温铁水烧蚀后仍然会残留附着在模具型腔和铸件表面，不易清理，且由于其粘附力较强，铸件浇铸后不易脱模。另一方面，在高温状态下水玻璃形成玻璃状凝胶，使涂料的透气性下降，造成铸件缺陷增多。采用聚乙烯醇高分子有机材料粘合剂，当喷在具有一定温度的金属型模具表面时，其具有很好的粘结强度，保证涂料不易被冲刷掉。经过高温铁水的烧蚀，这种有机材料会被烧蚀碳化，是残存的涂料变得松散，透气性好，易清除，铸件易脱模。由于其高粘度，低加入量，发气量也大大的降低。

6、采用锂基膨润土为涂悬浮剂、料粘合剂及分散剂成分替代传统的钙基膨润土配方。因为传统的钙基膨润土悬浮效果差，为了保证涂料的悬浮性往往加入量比较大(是用锂基膨润土量的2倍以上)，降低了涂料的透气性，造成铸件废品率上升，外观品质下降。采用锂基膨润土作为悬浮剂，其功能除了保证涂料粉状固体物料配制成涂料后的悬浮效果，而且模腔表面形成干涂层时，一方面具有较好涂层强度，不易被铁水冲刷掉，形成铸件内的渣孔。另一方面其具有更好的溃散性，浇铸成型后模具和铸件表面的残余涂料较易清除。再者，由于其加入量小于传统的钙基膨润土，提高了干涂层的透气性，减少了铸件表面的气孔凹坑等缺陷。

金属型模具实施例

参照图1和图2，其分别示出了本实施例的金属型模具的结构、以及设置有该金属型模具的金属型铸造设备的结构。

本实施例中，该金属型模具设置在金属型铸造设备上，该金属型模具包括采用金属组织结构均匀的低碳结构钢加工而成的第一半模具21和第二半模具22。第一半模具21和第二半模具22分别对应设置有：用以浇铸时形成铸件外形的型腔10、浇口11、浇道12、可固定连接至金属型铸造设备上的固定支脚16、以及在第一半模具21和第二半模具22闭合时可相互贴合的分型面18。

其中，型腔10为与铸件的外表面形状相吻合的凹形空腔，并容置有用于限定铸件内表面形状及壁厚的砂芯3；型腔10的上方设置有用于定位砂芯3与型腔10之间相对位置的定位部。浇口11分别对应设置于第一半模具21和第二半模具22的上方；浇道12与浇口11连通，并从型腔10的上部延伸进入型腔10内部。

上述实施例中，低碳结构钢为Q235热轧普通低碳结构钢，其含碳量在0.12％～0.22％范围内。因为铁合金金属在高温下的损坏，除了被高温熔化外，主要是由于在高温下金属产生热应力膨胀，引起结构开裂。而这种应力破坏，一是由于金属材料本身组织成分的耐高温热变形的性能所决定，即在高温下膨胀变形小，材料有一定塑性，不易硬化，不易开裂。另一个方面是由于金属材料组织结构所决定的，即金属组织结构是否均匀，因为细小的裂纹、缩孔、孔洞、砂眼等在热应力状态下，都可以形成应力集中点，造成模具开裂。

由此可见，这两者的取舍，决定着技术效果和成本。现有的金属型模具设计大多注重选用价格昂贵的耐热金属的铸坯加工模具，以提高模具的耐热应力开裂的性能。在本实施例的实际应用中发现，真正造成模具开裂损坏的原因主要是铸坯金属组织结构不均匀、有细微缺陷，这恰恰是铸坯无法克服的，不是材料成分本身的问题。

因此，造成模具热应力开裂的主要原因是模具材料组织结构均匀性，同时考虑选用的材料具有一定的塑性。基于这种认识，本实施例选用了最常用热轧普通低碳结构钢Q235。

一方面，这种常用材料有成型的热轧厚板材，经过轧制，材质均匀，内部组织缺陷少，价格低廉。另一方面，低碳结构钢Q235的低含碳量的特性，使其具有较好的塑性，且在交替冷热冲击下不易硬化。经过试验证明，这种材料的模具使用寿命可达8000模次以上，是耐热合金铸坯模具使用寿命的4倍。

另外，耐热合金铸坯模具产生裂纹不能焊接修复，而采用热轧普通低碳结构钢Q235制作的金属型模具，具有优良的焊接性能，可通过焊接修复损坏部位，可使其使用寿命再延长2000模次以上。

综合效益来讲，热轧普通低碳结构钢Q235金属型模具使用寿命是现有模具5倍以上，材料价格仅为现有耐热合金铸坯的40％不到，大大降低了模具使用成本。金属型模具成本对整个金属型铸造技术的经济适用性至关重要，也是目前金属型铸造工艺未能广泛应用的关键因素。

因此，从材料的选择方法上，本实施例更注重了材料组织的均匀性对模具寿命的影响因素。

优选的是，型腔10的内表面涂设有隔热层。所述金属型模具隔热涂料为一种用于铸件每次浇铸前喷涂在具有一定温度的金属型模具型腔表面可形成一个一定厚度干燥透气涂层的水性涂料。为了保证涂层的均匀性和管件铸件壁厚尺寸精度，在具体使用时，一般采用每次浇铸前喷涂，浇铸完成取出铸件后，需要清理掉残余涂料，然后重新喷涂，再进行浇铸。

本实施例在研究过程中确定金属型模具隔热涂料应具备如下特性：

1)具有耐高温性能，可耐受高温铁水，且能保证铸件外形美观；

2)具有隔热保温性能，以减缓金属型模具的升温速度和铁水的凝固速度；

3)具有良好的透气性能，使铸件和金属型型腔之间形成透气层，以吸收铸件浇铸凝固过程中产生的气体；

4)具有一定的涂层强度，以保证在铁水浇铸时干涂层不被冲刷脱落；

5)具有较好的脱模性和高温溃散性，便于铸件脱模和型腔中参与涂层的清理。

在一可选实施例中，定位部包括定位芯槽13和砂芯定位槽17，定位芯槽13，为与砂芯3的定位芯头20与型腔10；砂芯定位槽17用于定位砂芯3的主体与型腔10之间相对位置。砂芯3上设置有定位凸缘31，定位凸缘31的外形与砂芯定位槽17的内壁形状相配合。

需要说明的是，金属型模具2材料经本发明者反复试验，确定选用热轧普通低碳结构钢Q235的厚板型材加工。所选Q235热轧普通低碳结构钢，含碳量一般选在0.12～0.22％范围，其具有的淬透性低特点，使其在高温铁水的冲击下，不容易在金属型型腔表面形成容易产生裂纹的淬硬层，具有很好的抗热裂性能。所选Q235热轧普通低碳结构钢采用通用厚板型材，材质均匀性好，避免了传统工金属型选用耐热合金铸坯容易出现的内部缺陷和铸造应力，具有较好的焊接性能，便于在模具发生局部烧损时焊接修复。

特别值得一提的是，所选Q235热轧普通低碳结构钢厚板型材加工金属型模具，模具加工下料尺寸应满足以下：

A、加工完成的金属型模具总重量不小于铸件重量的75倍。足够大的重量可使金属型模具具有较强的吸收热量的能力，而不至于产生过高的温升造成金属型烧蚀。

B、模具坯料下料时，应使热轧型材的轧制方向纹理在模具加工完成后为水平方向，即模具的金属结构纤维方向处于水平状态与浇铸方向垂直，以保证模具具有足够的抗弯强度，提高抗裂性能。

综上，所选Q235热轧普通低碳结构钢加工金属型模具，材料价格便宜，仅为耐热合金铸坯的40％，且易于采购。材质均匀性好，抗热裂，模具使用寿命长，可重复维修，修复性好，首次使用模次可达5000次以上，经修复的使用寿命可延长至8000～10000模次。传统工艺采用的耐热合金铸坯，同等工艺条件下，模具使用寿命仅为1500～2000模次，且不可修复。相比较可见，本实施例的金属型模具寿命提高了4～5倍，模具费用在产品成本中所占的比例由以往的10～15％，降低到了2.5％以下，大大减低了生产成本，是这一技术在薄壁灰铸铁管件铸造应用的经济适用性方面取得突破。

另外，需要说明的是，上述实施例优选采用双重定位的砂芯结构。这是因为，由于加工偏差的缘故，壳芯砂芯与金属型模具的组装配合部位往往须设计留有一定的间隙余量，以确保金属型模具安装完砂芯闭合时不被挤破压裂。而间隙的存在往往引起砂芯安装在金属型模具中会有微量位移，造成浇铸后的铸件壁厚不均匀。为解决这个技术问题，本实施例提出一种新型的砂芯结构，参照图1至图4，其示出了本实施例所述的砂芯结构。本实施例的砂芯结构增设辅助定位结构——定位凸缘，限制砂芯主体垂直方向的自由度。与只采用单一定位方式的传统工艺来比，减小砂芯在金属型模具中的位移量，保证了铸件壁厚的均匀性。

如图1所示，砂芯3设置在用于铸造铸件的金属型模具2上，该砂芯包括：砂芯主体19、定位芯头30、定位凸缘31、砂芯出砂口32和砂芯封闭端33。

如图3和图4所示，本实施例中，砂芯主体19的外形与铸件内部空间形状相一致，砂芯主本19的上端、下端和侧面分别对应开设有上开口、下开口及侧开口，上开口、下开口及侧开口分别设置有用于定位砂芯主体19与金属型模具2相对位置的定位芯头30。下开口及侧开口处设置的定位芯头30配设有用于封闭开口的砂芯封闭端33，上开口处设置的定位芯头30上设置有砂芯出砂口32。其中，定位芯头30的外形与金属型模具2上相对应的定位芯槽13内壁形状相配合。

在一优选实施例中，砂芯出砂口32的外侧面上设置有用于定位砂芯主体19与金属型模具2相对位置的定位凸缘31。

进一步来讲，上述实施例中，砂芯3为一个外形与铸件4内部空间形状相一致的一端开口的空心薄壁的树脂砂实体，在铸件浇注前用于安装在金属型模具2。定位芯头30外形与金属型模具2上相对应的定位芯槽13内壁形状相吻合，用于固定砂芯3与金属型模具2的相对位置，以使型腔10内壁与砂芯主体19外壁之间的保持设计规定的间隙。定位凸缘外形21与金属型模具2中的砂芯定位槽17内壁形状相吻合，用于安放砂芯3时固定其与金属型模具2的相对位置。金属型砂芯结构及特点如下：

在一优选实施例中，砂芯主体19为空心薄壁的热固性覆膜树脂砂壳芯结构。例如：可选用一种适用于金属型铸造薄壁灰铸铁管件的热固性覆膜树脂砂壳芯砂芯结构形式和材料。以解决使用传统粘土砂芯生产效率地，砂芯透气性差，外观粗造，铸造精度等级地、铸件容易产生气孔砂眼等铸造缺陷的问题。

需要指出的是，砂芯3可采用热固性酚醛树脂覆膜砂热芯盒砂芯工艺，经砂芯设备和热芯盒制芯模具加工而成。因此，砂芯3具有耐高温烧蚀、铸件不粘砂、透气性好和溃散性好特点。

上述实施例中，树脂砂砂芯指中空的砂芯可用于如潮模砂、树脂砂等多种造型工艺，一般砂芯的壁厚多选择8～10mm范围，原因是上述造型工艺在铁水浇铸时，冷却慢，如果砂芯太薄，容易烧穿砂芯造成漏铁水，使铸件无法成型。而在金属型铸造中，由于铁水浇铸时，冷却较快，且热量大多被金属型模具吸收，因此适当降低砂芯壁厚，仍可以保证砂芯不被烧坏、烧穿，可以大大降低成本。

综合实施例的金属型、隔热涂料和砂壳芯砂芯的改进效果，解决了传统铸造工艺外观质量粗糙，尺寸精度等级低，铸造余量大等不足，所生产薄壁灰铸铁铸件外观质量达到了半精铸等级，尺寸精度偏差由±0.5mm，提高到了±0.1mm，降低了铸造余量，同类产品的重量下降了15％左右，节约了铁水，降低了生产成本。

针对上述砂芯的结构，下面介绍一种上述砂芯的制芯工艺实施例：

本实施例是在金属型薄壁灰铸铁管件铸造工艺中，选这种成熟的制芯工艺方法。不同之处在于：本实施例结合金属型冷却快，树脂砂芯不易被烧坏的特点，采用了减薄砂芯壁厚的方法，以降低成本。因此没有说服力的优选方式。

下面，本实施例将对薄壳型砂芯树脂砂砂芯制芯工艺作进一步说明：

砂芯是管件类铸件管腔成型的砂型材料。传统的砂型铸造和金属型铸造工艺一般采用实心粘土砂芯、实心树脂砂芯或空心厚壁覆膜砂芯。先前技术中，对于薄壁灰铸铁管件金属型铸造工艺采用传统铸造工艺的砂芯存在如下问题：

1)采用实心粘土砂芯，一般采用手工生产，生产效率低，由于砂芯的实心结构，用于金属型铸件浇铸时排气性能很差，容易出现气孔夹砂等铸造缺陷，且铸件内部的芯砂清理困难，劳动强度大；

2)采用实心树脂砂芯，尽管可采用机械化生产，生产效率高，但仍然存在拍起效果不好和清砂困难的问题，且材料成本高；

3)考虑到改善铸造工艺性能和提高生产效率，传统砂型机械造型工艺中也采用热固性覆膜砂在模具中射砂固化制成两半砂型，然后组合成空心厚壁砂芯。

这种传统的砂芯生产效率高，也解决了浇铸排气和清砂困难的问题，但由于传统的砂型铸造工艺时铁水降温和凝固速度慢，砂芯表面被高温铁水烧损的深度往往达到7～8mm，为了保证空心砂芯不被烧散，空心砂芯的壁厚往往超过10mm，覆膜砂材料价格昂贵，薄壁灰铸铁管件重量轻，单位铸件重量与用砂重量之比超过了1：1，使制芯成本占到了铸造材料成本的三分之一，产品成本缺乏竞争优势。

为解决上述技术问题，本实施例研制了一种薄壳型砂芯树脂砂砂芯工艺，砂芯材料选用热固性酚醛树脂覆膜砂，制芯采用热芯盒砂芯工艺，砂芯设计整体薄壳型结构。选用此技术方案的理由如下：

1)热固性酚醛树脂覆膜砂热芯盒砂芯工艺可采用机械化生产，生产效率高，砂芯质量稳定，尺寸精度高，生产设备及工艺技术成熟，可有效抵地控制砂芯的厚度。

2)采用整体壳型结构，可使可使管状体砂芯具有稳定的力学强度结构，便于储存、搬运和在金属型中安装。同时，整体壳型结构可以避免组合结构砂芯浇铸时容易在组合缝隙部位形成毛刺的不足，增加铸件打磨成本

3)采用薄壳型结构可以大大地降低制芯成本。通过反复试验发现，由于薄壁灰铸铁管件金属型铸造工艺在铁水浇铸时，铁水的降温和凝固速度远远快于传统砂型铸造，浇铸后砂芯的烧损深度只有2～3mm，根据这项实验数据，本实施例设计采用5～6mm壁厚的薄壳型砂芯，加之采用具有一定强度的整体壳型结构，通过实际生产验证证明，其完全可满足铸造工艺及操作的要求，并使制芯成本下降了45～50％。

4)本实施例中制芯工艺亦可采用中厚壁酚醛树脂和聚异氰酸酯双组份气体固化冷芯盒树脂砂制芯，该工艺适用于结构较为复杂砂芯制作，尽管工序稍显复杂，壁厚也比较厚，但冷芯盒树脂砂相对于热固性覆膜砂材料价格要便宜40％，综合成本仍比热固性覆膜砂低。

因此，本实施例中的一种薄壳型砂芯树脂砂砂芯方法，解决了薄壁灰铸铁管件金属型铸造工艺中砂芯对铸件质量及生产成本的影响。

上述实施例中，浇口11根据铸件4的铸造工艺要求设置在金属型的上方，当两个模具闭合式其形状为上部呈喇叭形、下部呈圆柱体的空腔，浇道12是根据铸件4的铸造工艺要求尺寸加工而成凹形扁槽，上部与浇口11圆柱体相连通，下部与金属型模具2的型腔10相连通，当浇铸时，铁水由浇口11浇入，经浇道12流入并充满型腔10与砂型3的砂芯主体19之间的空隙，形成铸件4实体。

需要说明的是，第一半模具21和第二半模具22还分别设置有：用于固定砂芯在型腔10中相对位置的定位芯槽13，定位芯槽13设置在型腔10的上方。其中，砂芯3上定位芯头30的外形与所述定位芯槽13的内壁形状相配合。

本实施例中，第一半模具21和第二半模具22分别通过各自的固定支脚16相对固定连接至金属型铸造设备上。

例如，金属型模具2的固定支脚16是焊接在金属型模具2两侧长方形钢板，通过螺栓紧固或一种压板压紧固定支脚16的方式将金属型模具2的两半模具分别安装固定在金属型铸造设备上。

在一优选实施例中，型腔10是与铸件4外表面形状相吻合的凹形空腔，用以浇铸时成形铸件外形。定位芯槽13是与砂芯3的定位芯头30外表面形状相吻合的凹形空腔，用以固定砂芯3在金属型模具2中的相对位置，以保证铸件4满足设计规定的壁厚要求。

优选的是，第一半模具21和第二半模具22还分别设置有：用于两个半模具闭合时保持二者的相对位置不移位的定位销孔14和定位销15。其中，第一半模具21上的定位销孔14与第二半模具22上的定位销15的位置及尺寸相对应吻合。第一半模具21上的定位销15与第二半模具22上的定位销孔14的位置及尺寸相对应吻合。

例如，金属型模具2中每一半模具分别设有一个定位销孔14和一个定位销15，其位置及尺寸根据不同铸件由设计确定。其中，一半模具定位销15与另一半模具定位孔14的位置及尺寸相对应吻合，以保证金属型模具2两半模具闭合时保持相对位置不移位，确保铸件外形尺寸符合设计要求。

在一优选实施例中，定位芯槽13还设置有：用于定位砂芯在第一半模具21和第二半模具22中位置的砂芯定位槽17。砂芯定位槽17为砂芯上设置的定位凸缘相配合。也就是说，砂芯定位槽17的内壁形状与所述砂芯3上设置的定位凸缘31的外形相配合。

本实施例中，砂芯定位槽17是与砂芯3的定位凸缘31外表面形状相吻合的凹形空腔，用以防止安装在金属型模具2中的砂芯3在浇铸时位移，以保证铸件的铸造尺寸精度。

上述实施例中，金属型模具2用于铸造薄壁灰铸铁管件，采用垂直分型结构，即金属型模具2的分型面18保持垂直状态，第一半模具21和第二半模具22闭合时，分型面18相互贴合。

例如，金属型模具2的两半模具闭合时，分型面18完全贴合形成金属型模具2的一个空腔。其中，分型面18为根据铸件设计的分型方向投影的外轮廓闭合线所形成的平面或曲面。因此，第一半模具21和第二半模具22的分型面18在两半模具闭合时将完全贴合，以保证铸件浇铸时铁水***漏和铸件4成型后顺利脱模。

需要说明的是，本实施例中，如图2所示，金属型铸造设备可包括：机架5、定模板6、动模板7、动模板导向轴8、气动合模装置9和金属型模具2。其中，金属型模具2为一对两半模具，分别对应设置于定模板6和动模板7上。定模板6安装于机架5上，动模板导向轴8安装在机架5和定模板6之间，并穿设于动模板7。合模装置一端固定于机架5上，另一端连接于动模板7上；在气动合模装置9的带动下，动模板7在动模板导向轴8上往复运动，完成开合模动作。

这里，以一金属型模具应用于上述金属型铸造设备为实例，对金属型模具2作进一步说明：

金属型模具2由一对两半模具——第一半模具21及第二半模具22组成，包括型腔10、浇口11、浇道12、定位芯槽13、定位销孔14、定位销15、固定支脚16、砂芯定位槽17和分型面18，金属型模具2由固定支脚16分别固定安装在金属型铸造设备1上的定模板6和动模板7上，动模板7在气动合模装置9的水平推动下使金属型模具2两半模具闭合在一起，金属型模具2上相对的定位销孔14和定位销15在两半模具闭合时契合，使其相对位置得以固定，两半模具的分型面18在两半模具闭合时保持完全贴合状态。

综上所述，上述各实施例中，金属型模具2由一对两半模具组成，采用垂直分型，浇口11设置在模具上方，浇道12从型腔10的上部延伸进入型腔10。两半模具闭合时，分型面18完全贴合，形成铸件成型的空腔。金属型模具的垂直分型和浇注***设置方式有利于铁水在重力的作用下，在型腔和砂芯的狭窄缝隙中的快速充盈成形。与现有的上部雨淋式浇口相比，上述各实施例的金属型模具2能够缩短浇铸时间，避免充型时间过长出现的铸件浇不足现象，提高了成品率。

另外，上述各实施例的金属型模具2采用整体结构，金属型模具2对金属型砂芯的定位采用定位芯槽和砂芯定位槽双重定位方式，以保证定位精度和铸件尺寸精度。

需要说明的是，现有采用组装结构的模具，在这种模具高温受热时，易产生变形，造成模具组装时的位置发生改变，合模困难，影响模具合模时的定位精度。加之组装模具，部件受热状态不一致，会形成模具分型面拱起变形，造成合模缝隙增大，漏铁水，造成铸件废品率增加。与此相比较来讲，本实施例的金属型模具2采用整体模具结构，具有热传导不受阻、受热变形较为均匀一致的优势，防止上述问题的发生。

金属型铸造设备实施例

参照图1，其示出了本实施例的金属型铸造设备的结构。本实例的金属型铸造设备包括：机架5、定模板6、动模板7、动模板导向轴8、合模装置和金属型模具2。其中，金属型模具2为一对两半模具，分别对应设置于定模板6和动模板7上。定模板6安装于机架5上，动模板导向轴8安装在机架5和定模板6之间，并穿设于动模板7。合模装置一端安装于机架5上，另一端安装在动模板7上。在合模装置的带动下，动模板7在动模板导向轴8上往复运动，完成开合模动作。

需要说明的是，上实施例中所述的合模装置可为气动合模装置9、手动或电动螺杆合模装置。其中，手动螺杆合模装置可用于小批量生产，电动螺杆合模装置可用于没有气源条件的情况。这里，本实施例的合模装置可优选采用气动合模装置9。

本实施例设计的金属型铸造设备，采用气动驱动控制，对浇注管道集中供气，只需气源且无需电源，具有结构简单、设备占地面积小、设备动作速度快、生产效率高、装卸模具快捷等特点，特别是非常适合于机械化铸造生产线生产。另外，本发明设计的金属型铸造设备维修方便、操作简便，使其故障率大大下降，并降低生产操作成本低，十分便于组成机械化自动铸造生产线。

因此，本实施例设计研制的金属型铸造设备适用于机械化铸造生产线的气动，并能够有效解决目前所用的重力式铸造机结构复杂，造价昂贵，动作速度慢，生产效率低等不足等问题。

上述实施例中，机架5包括：水平型钢框架51、和用于固定气动合模装置9的竖直加固钢板52；其中，水平型钢框架51与竖直加固钢板52焊接或一体成型。上述实施例中，定模板6垂直连接于水平型钢框架51。

在一优选实施例中，竖直加固钢板52的外侧和水平型钢框架51之间设置有加强筋。

上述实施例中，定模板6和竖直加固钢板52的四个角、以及动模板7的两个对角分别开设有用于安装动模板导向轴8的轴孔。其中，动模板7开设的用于安装动模板导向轴8的轴孔位置与定模板6上的轴孔位置相对应。

需要说明的是，动模板导向轴8至少为两个以上，动模板导向轴8根据操作便利的要求选择任意两个以上对角分布的轴孔安装，并通过螺母紧固。

上述实施例中，动模板导向轴8的一端安装在竖直加固钢板52上两个对角分布的轴孔中，另一端安装在定模板6上的与竖直加固钢板52上所选用轴孔相对应的轴孔中。其中，动模板7通过轴孔安装在动模板导向轴8上。

上述实施例中，定模板6的一侧中心开设有用于固定连接气动合模装置9的安装螺孔。动模板7一侧中心开设有与气动合模装置9的气缸轴头相连接的安装孔，动模板7一侧中心安装孔与气动合模装置9气缸轴头用螺栓紧固连接。其中，定模板6和动模板7上分别开设有两个以上用于固定金属型模具2的贯穿孔洞。上述实施例中，金属型模具2为垂直分型结构，金属型模具2的浇口设置在其上方，其浇道从型腔上部进入腔内。

可见，金属型铸造设备1具有结构简单，动作速度快，生产效率高，装卸模具快捷，只需气源，无需通电，维修方便，操作简便，生产操作成本低等特点。可以很方便地组成机械化自动铸造生产线。

而传统的液压式重力浇铸机，附带液压工作站、液压管道、电磁控制阀及液压油缸，结构复杂，运行动作慢，对高温恶劣环境适应性差，占地面积大，造价昂贵，是金属型铸造设备1造价的10倍以上。

下面结合一实例，对上述实施例的金属型铸造设备做进一步说明：

本实例中，可参见图1所示，金属型铸造设备1包括机架5、定模板6、动模板7、两根动模板导向轴8和气动合模装置9，定模板垂直焊接于机架5上，两根动模板导向轴8安装在机架5和定模板6上，动模板7安装在两根动模板导向轴8上并与气动合模装置9相连接水平往复运动。

其中，金属型铸造设备用于制造薄壁灰铸铁管件，金属型铸造设备1的机架5由水平型钢框架51和用于固定气动合模装置9的竖直加固钢板52焊接组成；竖直加固钢板52四个角加工有用于安装动模板导向轴8的轴孔。

定模板6垂直焊接于机架5的型钢框架上，定模板6四个角加工有用于安装动模板导向轴8的轴孔，定模板6一侧中心加工有固定气动合模装置9的安装螺孔，定模板6上加工有多个贯穿孔洞用于固定金属型模具2；

两根动模板导向轴8一端安装在机架5竖直加固钢板52上两个对角分布的轴孔中，用螺母紧固，另一端安装在定模板6与竖直加固钢板52上所选用轴孔相对应的轴孔中，用螺母紧固。其中，两根动模板导向轴8可以根据金属型铸造设备1的操作便利要求选择任意两个对角分布的轴孔安装。

动模板7的两个对角加工有用于安装动模板导向轴8的轴孔，动模板7一侧中心加工有与气动合模装置9的气缸轴头相连接的安装孔，动模板7上加工有多个贯穿孔洞用于固定金属型模具2。其中，动模板7的轴孔位置与定模板6上安装动模板导向轴8的轴孔位置相对应，动模板7通过轴孔安装在动模板导向轴8上，动模板7一侧中心安装孔与气动合模装置9气缸轴头用螺栓紧固连接，通过气动合模装置9气缸带动该动模板7在动模板导向轴8上往复运动，完成开合模动作。

需要指出的是，本实施例中，金属型模具2由一对两半模具组成，包括型腔10、浇口11、浇道12、定位芯槽13、定位销孔14、定位销15、固定支脚15、砂芯定位槽17和分型面18，金属型模具2由固定支脚16分别固定安装在金属型铸造设备1上的定模板6和动模板7上，动模板7在气动合模装置9的水平推动下使金属型模具2的两个半模具闭合在一起，金属型模具2上相对的定位销孔14和定位销15在两半模具闭合时契合，使其相对位置得以固定，两半模具的分型面18在两半模具闭合时保持完全贴合状态。

其中，金属型模具2采用垂直分型结构，即金属型模具2的分型面保持垂直状态。金属型模具2由一对两半模具组成，两半模具闭合时，分型面完全贴合形成金属型模具2的一个空腔。其中，型腔10是与铸件外表面形状相吻合的凹形空腔，用以浇铸时成形铸件外形。金属型模具2的两半模具分别安装固定在所属金属型铸造设备1的定模板6和动模板7上。

在一实施例中，金属型模具2内设砂芯3，金属型模具2的定位芯槽是与砂芯3的定位芯头外表面形状相吻合的凹形空腔，用以固定砂芯3在金属型模具2中的相对位置，以保证铸件4满足设计规定的壁厚要求。

优选的是，金属型模具2模具结构采用垂直分型，浇口设置在模具上方，浇道从型腔上部进入型腔内部。这种分型和浇注***设置方式有利于铁水在重力的作用下，在型腔和砂芯的狭窄缝隙中的快速充盈成形，缩短了浇铸时间，避免了因充型时间过长出现的铸件浇不足现象，提高了成品率。

金属型模具2为一种薄壁灰铸铁管件金属型模具，金属型模具2采用垂直分型结构，即金属型模具2的分型面18保持垂直状态。金属型模具2由一对两半模具组成，两半模具闭合时，分型面18完全贴合形成金属型模具2的一个空腔。

其中，型腔10是与铸件4外表面形状相吻合的凹形空腔，用以浇铸时成形铸件外形。浇口11根据铸件4的铸造工艺要求设置在金属型的上方，当两个模具闭合式其形状为上部呈喇叭形下部呈圆柱体的空腔，浇道12是根据铸件4的铸造工艺要求尺寸加工而成凹形扁槽，上部与浇口11圆柱体相连通，下部与金属型模具2的型腔10相连通，当浇铸时，铁水由浇口11浇入，经浇道12流入并充满型腔10与砂型3的砂芯主体19之间的空隙，形成铸件4实体。

在一可选实施例中，定位芯槽13是与砂芯3的定位芯头30外表面形状相吻合的凹形空腔，用以固定砂芯3在金属型模具2中的相对位置，以保证铸件4满足设计规定的壁厚要求。其中，砂芯定位槽17是与砂芯3的定位凸缘31外表面形状相吻合的凹形空腔，用以防止安装在金属型模具2中的砂芯3在浇铸时位移，以保证铸件的铸造尺寸精度。

在一优选实施例中，金属型模具2两半模具的每一半模具分别设有一个定位销孔14和一个定位销15，其位置及尺寸根据不同铸件由设计确定。其中，一半模具定位销15与另一半模具定位孔14的位置及尺寸相对应吻合，以保证金属型模具2两半模具闭合时保持相对位置不移位，确保铸件外形尺寸符合设计要求。

上述实施例中，金属型模具2的固定支脚16是焊接在金属型模具2两侧长方形钢板，通过螺栓紧固或一种压板压紧固定支脚16的方式将金属型模具2的两半模具分别安装固定在所属金属型铸造设备1的定模板6和动模板7上。

其中，金属型模具2的分型面18是根据铸件4设计的分型方向投影的外轮廓闭合线所形成的平面或曲面，金属型20两半模具的分型面18在两半模具闭合时将完全贴合，以保证铸件浇铸时铁水***漏和铸件4成型后顺利脱模。

综上所述，金属型模具2模具结构采用垂直分型，浇口11设置在模具上方，浇道12从型腔10上部进入型腔10。这种分型和浇注***设置方式有利于铁水在重力的作用下，在型腔和砂芯的狭窄缝隙中的快速充盈成形，缩短了浇铸时间，避免了充型时间过长出现的铸件浇不足现象，提高了成品率。

与现有技术相比，本发明上述各实施例具有如下优势：

本发明上述各实施例设计的金属型铸造设备，采用气动驱动控制，对浇注管道集中供气，只需气源且无需电源，具有结构简单、设备占地面积小、设备动作速度快、生产效率高、装卸模具快捷等特点，特别是非常适合于机械化铸造生产线生产。另外，本发明设计的金属型铸造设备维修方便、操作简便，使其故障率大大下降，并降低生产操作成本低，十分便于组成机械化自动铸造生产线。

因此，本发明设计研制的适用于机械化铸造生产线的气动金属型铸造设备，能够有效解决目前所用的重力式铸造机结构复杂，造价昂贵，动作速度慢，生产效率低等不足等问题。

本发明所解决的技术问题对降低生产成本，提高产品质量，实现便捷高效机械化生产，减轻传统铸造工艺对高薪造型技工的依赖等具有相互关联的综合效果。本发明成果的实施，是金属型铸造工艺技术向经济性和实用性迈进了一大步，其产品综合成本不仅远低于传统的机械化铸造方式，而且低于成本低廉的手工铸造方式。产品品质也达到了上述两种生产方式所无法达到的半精铸等级水平。通过本发明的技术方案建立的薄壁灰铸铁管件金属型铸造生产线，使之成为目前国内品质最好，成本最低，生产效率最高和规模最大的铸铁排水管件生产基地。

另外，本发明还提供一种制造上述各实施例所述的金属型模具的方法，该方法包括：选用金属组织结构均匀的低碳结构钢作为制造金属型模具的热轧型材；根据铸件的形状与结构制造时尚金属型模具；在下料时，设置所述热轧型材的轧制方向加工得到的金属型模具的金属结构纤维方向处于水平状态；加工完成的金属型模具总重量不小于所述铸件重量的75倍。

如上所述，需要说明的是，金属型模具2材料经本发明者反复试验，确定选用热轧普通低碳结构钢Q235的厚板型材加工。所选Q235热轧普通低碳结构钢，含碳量一般选在0.12～0.22％范围，其具有的淬透性低特点，使其在高温铁水的冲击下，不容易在金属型型腔表面形成容易产生裂纹的淬硬层，具有很好的抗热裂性能。所选Q235热轧普通低碳结构钢采用通用厚板型材，材质均匀性好，避免了传统工金属型选用耐热合金铸坯容易出现的内部缺陷和铸造应力，具有较好的焊接性能，便于在模具发生局部烧损时焊接修复。

为进一步防止高温铁液与金属型模具接触时激冷产生白口现象，本发明还提供一种适用于薄壁灰铸铁管件金属型铸造工艺的铁水成分及控制白口的方法实施例。本实施例中，金属型铸造时冷却速度是传统砂型的数十倍到数百倍，特别是薄壁灰铸铁管件铸件，由于冷却速度快，极易形成白口组织。为了消除铸件中的白口组织，除了选用合适的隔热涂料降低铁水冷却速度外，选择合适的铁水碳当量(CE)及孕育方法是促进石墨化和防止白口产生的重要环节。根据灰铸铁典型化学成分和金相组织性能，碳当量(CE)是影响铸***固结晶时金相组织形态形成的重要参数，传统砂型铸造一般铁水的碳当量(CE)控制在4.3％左右，这种铁水用于金属型铸造很容易产生白口。有资料介绍，金属型铸造铁水碳当量应控制在4.9％～5.0％，在实践中发现，要达到这个控制范围需要在铁水熔炼时加入较多的增碳剂和硅铁，这不仅增加了铁水的材料成本，而且过高的碳当量容易产生铸件的冷脆性，使铸件机械强度降低，管件极易破损。

因此，本实施例通过实验结合采用金属型隔热涂料，研制了一个是用于薄壁灰铸铁管件金属型铸造工艺的铁水化学成分和控制白口的方法。

1)铁水五种主要化学成分：

碳C3.5～3.8％，硅Si2.5～2.8％，锰Mn0.3～0.5％，磷P≤0.6％，硫S≤0.1％；其中，未调整成分之前的原铁水中Mn、P、S的含量不得超过上限值；C含量未达到下限值时通过在炉料中添加增碳剂调整；Si含量未达到下限值时通过在孕育过程中添加孕育剂硅铁来调整；需要说明的是本发明的铁水化学成分中P含量高于传统工艺中≤0.3％的控制指标，其作用在于在金属型铸造中适当提高P含量有助于改善铁水的流动性，提高铸件的抗热裂性能。

2)碳当量CE的控制：

本实施例中碳当量控制在：CE=[C+0.3(Si+P)]％≥4.5％；其中，本实施例中金属型隔热涂料的采用，使碳当量控制值比以往的金属型铸造所需达到的碳当量控制值降低了0.3～0.5％，减少了增碳剂和硅铁的使用量，节约了材料成本(因为每增加0.1％的碳当量，需要增近0.45％的75硅，按碳当量0.3～0.5％的降低量，每吨铁水可降低材料成本120～200元)。

3)铁水的孕育：

本实施例中铁水的孕育是通过在铁水出炉前、倒入铁水包和浇包时，在铁水中加入一定量硅铁(孕育剂)，这三种孕育方式分别称为：炉内孕育、大包孕育和浇包孕育，其目的是进一步调整碳当量≥4.5％、促进石墨化、防止铸件产生白口。

炉内孕育：采用硅含量为75％的75硅铁，块度尺寸20～50mm，当熔炼电炉内铁水温度达到1350～1380℃时，根据铁水化验成分中C和Si的含量加入硅铁，加入量依满足碳当量CE等于4.5％及硅铁中硅的吸收率90％计算。

大包孕育：先在铁水包内按铁水包所盛铁水重量的0.1％加入75硅铁，当炉内孕育后的铁水达到出炉温度1400～1420℃时，将高温铁水冲入铁水包完成大包孕育。大包孕育时硅铁粒度应在1～5mm范围，以使硅铁快速融化，提高吸收率。

小包孕育：先在铁水浇包内按浇包所盛铁水重量的0.1％加入75硅铁，浇铸前将铁水包铁水冲入浇包，完成小包孕育。小包孕育时硅铁粒度应在1～3mm范围，以使硅铁快速融化，提高孕育效果。

综上所述，本实施例中一种适用于薄壁灰铸铁管件金属型铸造工艺的铁水成分及控制白口的方法，使得一种更为经济的、且能保证管件铸件材质性能的铁水在薄壁灰铸铁管件金属型铸造工艺中得以应用。

以上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 (10)

1.一种隔热涂料，其特征在于，包括：高岭土、硅藻土、聚乙烯醇、锂基膨润土及水，其重量百分比为：

其中，所述聚乙烯醇作为涂料粘合剂成分，所述锂基膨润土为涂料悬浮剂、粘合剂及分散剂成分。

2.根据权利要求1所述的隔热涂料，其特征在于，还包括：用于改善涂料性能的分散剂、消泡剂和／或防锈剂。

3.一种隔热涂料的制备方法，其特征在于，包括：

制备聚乙烯醇糊；

制备锂基膨润土糊；

将粉状硅藻土、高岭土和水加入低速搅拌机内，搅拌将其完全与水溶液混合；

充分搅拌无结团后，依次加入锂基膨润土糊和聚乙烯醇糊，继续搅拌充分混合均匀，经滤网过滤后备用。

4.根据权利要求3所述的隔热涂料的制备方法，其特征在于，所述制备聚乙烯醇糊的方法包括：

按聚乙烯醇和水1：25的比例取用；

将聚乙烯醇和水按1：25的比例定量加入夹层电热釜内，使聚乙烯醇和水成透明的糊状。

5.根据权利要求4所述的隔热涂料的制备方法，其特征在于，所述制备锂基膨润土糊的方法包括：

按1：10的比例取用锂基膨润土和水；

将锂基膨润土和水按1：10的比例定量加入容器内，放置24小时以上，待膨润土充分吸收水分溶胀；

使用前将充分溶胀的锂基膨润土，加入搅拌机充分搅拌。

6.一种金属型模具，设置在金属型铸造设备上，其特征在于，该金属型模具包括采用金属组织结构均匀的低碳结构钢加工而成的第一半模具(21)和第二半模具(22)；

所述第一半模具(21)和所述第二半模具(22)分别对应设置有：用以浇铸时形成铸件外形的型腔(10)、浇口(11)、浇道(12)、可固定连接至所述金属型铸造设备上的固定支脚(16)、以及在所述第一半模具(21)和第二半模具(22)闭合时可相互贴合的分型面(18)；

所述型腔(10)为与铸件的外表面形状相吻合的凹形空腔，并容置有用于限定所述铸件内表面形状及壁厚的砂芯(3)；所述型腔(10)的上方设置有用于定位所述砂芯(3)与所述型腔(10)之间相对位置的定位部；

所述浇口(11)分别对应设置于所述第一半模具(21)和第二半模具(22)的上方；所述浇道(12)与所述浇口(11)连通，并从所述型腔(10)的上部延伸进入所述型腔(10)内部；

其中，所述型腔(10)的内表面涂设有根据权利要求1或2所述的隔热涂料。

7.根据权利要求6所述的金属型模具，其特征在于，

所述定位部包括定位芯槽(13)和砂芯定位槽(17)，所述定位芯槽(13)，为与所述砂芯(3)的定位芯头(20)与所述型腔(10)；所述砂芯定位槽(17)用于定位所述砂芯(3)的主体与所述型腔(10)之间相对位置；

所述砂芯(3)上设置有定位凸缘(31)，所述定位凸缘(31)的外形与所述砂芯定位槽(17)的内壁形状相配合；

其中，所述低碳结构钢为Q235热轧普通低碳结构钢，其含碳量在0.12％～0.22％范围内。

8.根据权利要求7所述的金属型模具，其特征在于，

所述第一半模具(21)和所述第二半模具(22)还分别设置有：用于两个半模具闭合时保持二者的相对位置不移位的定位销孔(14)和定位销(15)；

其中，所述第一半模具(21)上的定位销孔(14)与所述第二半模具(22)上的定位销(15)的位置及尺寸相配合；

所述第一半模具(21)上的定位销(15)与所述第二半模具(22)上的定位销孔(14)的位置及尺寸相配合。

9.根据权利要求8所述的金属型模具，其特征在于，

所述第一半模具(21)和所述第二半模具(22)闭合时，所述浇口(11)的形状为上部呈喇叭形下部呈圆柱体的空腔；和／或，

所述浇道(12)的上部与所述浇口(11)圆柱体相连通，下部与所述型腔(10)相连通；其中，所述浇道(12)为根据铸件的铸造工艺所要求的尺寸加工而成的凹形扁槽。

10.一种金属型铸造设备，其特征在于，包括：机架(5)、定模板(6)、动模板(7)、动模板导向轴(8)、合模装置、以及根据权利要求6至9任一项所述的金属型模具(2)；其中，

所述第一半模具(21)和所述第二半模具(22)分别对应设置于所述定模板(6)和所述动模板(7)上；

所述定模板(6)安装于所述机架(5)上，所述动模板导向轴(8)安装在所述机架(5)和所述定模板(6)之间，并穿设于所述动模板(7)；

所述合模装置一端安装于所述机架(5)上，另一端安装在所述动模板(7)上；在所述合模装置的带动下，所述动模板(7)在所述动模板导向轴(8)上往复运动，完成开合模动作。

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