行之知识产权综合服务平台

技术领域

本发明属于汽车模具铸造领域，具体为一种球铁与灰铁复合铸造的汽车模具铸 件、浇注系统和铸造方法。

背景技术

汽车模具是完成汽车零部件成形，实现汽车产量化的关键装备，在汽车的开发，汽 车的换型中担负着重要的职责。一款全新车型大约需要350-400套汽车覆盖件模具，价值超 过一个亿。而一款改型车平均约有25％的汽车覆盖件模具需要更换，更换的模具价值也达 到数千万。各大汽车生产厂家都把提高汽车上市的周期作为提高竞争力的重要举措之一， 因而对汽车覆盖件模具的更新时间和质量提出了更高要求。现有的汽车模具生产方法，是 将模具分成模座和工作部分、再将工作部分分成多个镶块，对模座和多个镶块分别铸造成 形。工作部分与基座连接方式通常采用螺栓连接，但由于工作部分与基座之间的接触面很 大，机加工精度要求高，工人在调试模具前，采用螺栓将工作部分与基座连接起来麻烦，搬 运与管理麻烦。

浇注系统是铸造液进入型腔的通道，合理的浇注系统结构对于保证铸件质量起着 很重要的作用，浇注系统与金属液流态，型腔内气体的排出等密切相关，并能对填充速度、 填充时间、型腔温度等充型条件起调节作用，然而不合理的浇注系统会导致气孔、缩孔缩 松、冷隔以及表面光洁度差等缺陷。

双金属复合铸件的特点是用铸造的生产方式将两种不同金属形成牢固的冶金结 合，从而铸造出具有一个铸件同时拥有两种金属性能复合铸件毛坯或零件。

双液复合铸造的过程中两种铸造液既不能冲混，冲混会降低高硬度铸造液材料的 纯度，从而降低工作件的机械性能，又不能在两种金属结合面出现冷隔、氧化夹杂缺陷。但 是，传统的双液复合铸造方法都是采用单一的两个浇注装置叠加来实现双液复合铸造成 型，容易导致两种铸造液冲混或冷隔、氧化夹杂缺陷，影响双液复合铸件的质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种球铁与灰铁复合铸造的汽车模具铸件，其 能在汽车模具铸件铸造的过程中避免两种金属液冲混，提高球铁与灰铁复合铸造的汽车模 具铸件的质量。

本发明要解决的另一技术问题是：提供一种铸造汽车模具铸件的浇注系统，其能 在铸造汽车模具铸件的过程中避免两种金属液冲混，提高汽车模具铸件的铸造质量。

本发明要解决的又一技术问题是：提供一种汽车模具铸件的铸造方法，其能在铸 造汽车模具铸件的过程中避免两种金属液冲混，提高汽车模具铸件的铸造质量。

为了解决上述第一个技术问题，本发明提供一种球铁与灰铁复合铸造的汽车模具 铸件，其包括一次性铸造成型的模座和工作部分，所述模座的材料为灰铁，所述工作部分的 材料为球铁，所述模座和工作部分的结合面为冶金结合。这样，所述汽车模具铸件采用双金 属复合铸造的方法，将模座和工作部分一次性整体铸造成形，节约了铸造生产时间；而且由 于模座和工作部分一次性整体成形，模具机加工基准基本一致，机加工工作量大幅度减少、 加工精度大幅度提高，明显缩短了机加工时间，降低了机加工成本。另外，由于所述模座的 材料为灰铁，所述工作部分的材料为球铁，这样钳工装配调试模具的难度和时间大幅度缩 短。而且，所述模座和工作部分的结合界面为冶金结合，在结合界面间灰铁和球铁原子相互 扩散形成结合面，如此，结合面具有良好的工艺性能，结合强度高，从而避免发生结合面开 裂的问题。

为了解决上述第二个技术问题，本发明提供一种铸造汽车模具铸件的浇注系统， 包括球铁浇注装置和灰铁浇注装置，所述球铁浇注装置与铸型的下部相连，所述灰铁浇注 装置与铸型的上部相连，所述铸型的下部与上部之间设置有溢流口。这样，在双金属复合铸 造的过程中，先通过球铁浇注装置浇注球铁液，球铁液浇注到铸型的下部，由于铸型的下部 与上部之间设置有溢流口，待球铁液浇注到溢流口位置时，让多余的球铁液排出铸型内腔， 从而控制所需球铁液的液面，并且通过溢流口充分溢流使球铁液的液面纯净，再将溢流口 堵住，通过灰铁浇注装置将灰铁液浇注到铸型的上部，从而所述球铁液与灰铁液在溢流口 处形成冶金结合面，而球铁液和灰铁液在浇注过程中互不干扰、不冲混，因此提高双金属复 合铸件的质量。进一步的，可以将溢流口设置在所述球铁浇注装置的对面，这样球铁浇注装 置为开放式结构，采用球铁浇注装置浇注球铁液的过程中，球铁液的流动性会更加平稳，同 时也可以减少球铁液被氧化，也更有利于通过溢流口将多余的球铁液排出铸型内腔。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述铸型为预设形状和大小的泡沫 模。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，在所述铸型的下部设置有冷却装 置。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述冷却装置为设置在所述铸型的 下部外侧的外冷铁。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述铸型的顶部设置有排气冒口。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述排气冒口设置有多个，且均匀、 间隔布置在所述铸型的顶部。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述泡沫模上涂刷有涂料，所述涂 料的厚度为1.5～2.5mm。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述球铁浇注装置包括第一直浇 道、第一横浇道和第一内浇道，所述第一直浇道、第一横浇道和第一内浇道截面积比例为1： 1.1～1.3：1.4～1.8；和/或所述灰铁浇注装置包括第二直浇道、第二横浇道、第三横浇道和 第二内浇道，所述第二直浇道、第二横浇道、第三横浇道和第二内浇道的截面积比例为1： 1.1～1.3：1.3～1.5：1.5～2。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，第一直浇道和/或第二直浇道为陶 瓷浇管，所述第一横浇道、第二横浇道和/或第三横浇道为泡沫浇道，所述第一内浇道和/或 第二内浇道为泡沫浇道。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述第二直浇道的顶部比铸型的顶 部高500mm以上。这样，可以利用灰铁液的重力对双金属复合铸件进行补缩，降低补缩成本， 提高生产效率。

为了解决上述第三个技术问题，本发明提供一种汽车模具铸件的铸造方法，其特 征在于，包括以下步骤：准备铸型，按照汽车模具的形状和大小，准备包含与汽车模具形状 和大小匹配的泡沫模铸型；浇注球铁液，通过浇注系统将球铁液浇注到铸型的下部，铸型的 下部与铸型的上部之间设置有溢流口，待球铁液从溢流口溢流5～15秒，停止浇注球铁液， 并将溢流口堵住；浇注灰铁液，通过浇注系统将灰铁液浇注到铸型的上部；冷却凝固后得到 所述汽车模具铸件。这样，在汽车模具铸件的铸造过程中，先通过浇注系统将球铁液浇注到 铸型的下部，由于铸型的下部与上部之间设置有溢流口，待球铁液浇注到溢流口位置时，让 多余的球铁液排出铸型内腔，从而控制所需球铁液的液面，并且待球铁液从溢流口溢流5～ 15秒后，通过溢流口充分溢流使球铁液的液面纯净，再将溢流口堵住，再通过浇注系统将灰 铁液浇注到铸型的上部，冷却凝固后得到球铁与灰铁复合铸造的汽车模具铸件。从而所述 模座和工作部分的结合界面处形成冶金结合面，并且球铁液和灰铁液在浇注过程中互不干 扰、不冲混，因此提高了球铁与灰铁复合铸造的汽车模具铸件的质量。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，在所述浇注球铁液步骤中，当所述 球铁液快到溢流口位置时，降低球铁液的浇注速度。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，在所述浇注球铁液步骤中，当溢流 口开始溢流出球铁液时，充分溢流5～15秒。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，在所述浇注球铁液步骤中，当所述 球铁液快到溢流口位置时，通过电磁秤测量球铁液的溢流量，当溢流量为200～300kg时，停 止浇注球铁液，并将溢流口堵住。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，在所述浇注球铁液步骤与浇注灰铁 液步骤之间，间隔2～5分钟。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，在所述浇注球铁液步骤中还包括添 加防氧化剂步骤，在球铁液内添加防氧化的稀土复合熔剂。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，所述球铁液的浇注温度为1360～ 1400℃，所述灰铁液的浇注温度为1370～1410℃。

本发明的另一技术方案在于在上述基础之上，在所述准备铸型步骤中还包括涂刷 涂料步骤，泡沫模型刷消失模铸铁涂料，涂刷2～4遍涂料，每涂刷一遍进行烘干后再进行下 一遍的涂刷，涂料涂层总厚度为1.5～2.5mm。

附图说明

图1为表示本专利一种实施方式所涉及的球铁与灰铁复合铸造的汽车模具铸件的 结构图；

图2为表示本专利一种实施方式所涉及的铸造汽车模具铸件的浇注系统的结构 图；

图3为图2所示浇注系统的立体图；

图4为表示本专利一种实施方式所涉及的铸造方法的流程图；

图中：

1球铁浇注装置2灰铁浇注装置

3铸型4溢流口

5外冷铁6排气冒口11第一直浇道

12第一横浇道13第一内浇道21第二直浇道

22第二横浇道23第二内浇道24第三横浇道

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应 对本发明的保护范围有任何的限制作用。此外，本领域技术人员根据本文件的描述，可以对 本文件中实施例中以及不同实施例中的特征进行相应组合。

本发明实施例如下，请参见图1，为表示本专利一种实施方式所涉及的一种球铁与 灰铁复合铸造的汽车模具铸件，所述汽车模具铸件优选为拉延模或翻边整形模，其包括一 次性铸造成型的模座和工作部分，所述模座的材料为灰铁，所述工作部分的材料为球铁，所 述模座和工作部分的结合面为冶金结合。这样，所述汽车模具铸件采用双金属复合铸造的 方法，将模座和工作部分一次性整体铸造成形，相对现有汽车模具铸件生产方法(将模具分 成HT300模座和球铁凸模或镶块分别铸造成型，再分别对凸模或镶块和模座装备面加工研 配，使用螺栓将凸模或镶块和模座组装在一起)，节约了铸造生产时间；而且由于模座和工 作部分一次性整体成形，模具机加工基准基本一致，机加工工作量大幅度减少、加工精度大 幅度提高，明显缩短了机加工时间，降低了机加工成本。另外，所述模座的材料为灰铁，所述 工作部分的材料为球铁，这样钳工装配调试模具的难度和时间大幅度缩短。而且，所述模座 和工作部分的结合界面为冶金结合，在结合界面间灰铁和球铁原子相互扩散形成结合面， 如此，结合面具有良好的工艺性能，结合强度高，从而避免发生结合面开裂的问题。球铁可 以为球墨铸铁GM246、QT700-2、QT600-3、QT400-10或QT400-18等，球墨铸铁是20世纪五十年 代发展起来的一种高强度铸铁材料，其综合性能接近于钢，正是基于其优异的性能，已成功 地用于铸造一些受力复杂，强度、韧性、耐磨性要求较高的零件。球墨铸铁已迅速发展为仅 次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨， 有效地提高了铸铁的机械性能，特别是提高了塑性和韧性，从而得到比碳钢还高的强度。灰 铁是指具有片状石墨的铸铁，因断裂时断口呈暗灰色，故称为灰铸铁。主要成分是铁、碳、 硅、锰、硫、磷，是应用最广的铸铁。灰铸铁HT300为珠光体类型的灰铸铁，其强度高。其中，球 铁和灰铸铁都为已知材料，可以通过已知工艺冶炼加工制造得到。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，请参见图2和图3，提供一种铸造汽 车模具铸件的浇注系统，包括球铁浇注装置1和灰铁浇注装置2，所述球铁浇注装置1与铸型 3的下部相连，所述灰铁浇注装置2与铸型3的上部相连，所述铸型3的下部与上部之间设置 有溢流口4，所述球铁浇注装置1和灰铁浇注装置2相对设置于铸型3的两侧。这样，在双金属 复合铸造的过程中，先通过球铁浇注装置1浇注球铁液，球铁液浇注到铸型3的下部，由于铸 型3的下部与上部之间设置有溢流口4，待球铁液浇注到溢流口4位置时，让多余的球铁液排 出铸型3内腔，从而控制所需球铁液的液面，并且通过溢流口4充分溢流使球铁液的液面纯 净，再将溢流口4堵住，通过灰铁浇注装置2将灰铁液浇注到铸型3的上部，从而所述球铁液 与灰铁液在溢流口4处形成冶金结合面，而球铁液和灰铁液在浇注过程中互不干扰、不冲 混，因此提高双金属复合铸件的质量。所述球铁浇注装置1和灰铁浇注装置2相对设置于铸 型3的两侧，这样使得双金属复合铸造浇注系统整体呈对称布置，占用空间相对较小，同时 也方便球铁液和灰铁液的浇注。优选的，可以将溢流口4设置在所述球铁浇注装置1的对面， 这样球铁浇注装置为开放式结构，采用球铁浇注装置浇注球铁液的过程中，球铁液的流动 性会更加平稳，同时也可以减少球铁液被氧化，也更有利于通过溢流口将多余的球铁液排 出铸型内腔。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述铸型3可以采用泡沫制模，树 脂砂造型。泡沫模上可以根据需要设置筋板、圆角等结构，所述泡沫模可以采用树脂砂铸造 成形。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，在所述铸型3的下部可以设置有冷 却装置。这样，所述冷却装置可以对浇注到铸型的下部中的球铁液进行极冷，从而使得球铁 液的组织致密、无缩松。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述冷却装置可以为设置在所述 铸型3的下部外侧的外冷铁5。这样，外冷铁对钢液有激冷效果，从而保证铸钢刃口的关键部 位组织致密无缩松缺陷，外冷铁的模数是铸钢刃口部位模数的1.2～1.5倍，外冷铁与铸钢 刃口部位隔着型砂的厚度为10～20mm。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图2和图3所示，所述铸型3的顶 部可以设置有排气冒口6。这样，在所述铸型的顶部设置有排气冒口，除了能起到排气溢渣 的作用；还能起到补缩作用。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述排气冒口6可以设置有多个， 且均匀、间隔布置在所述铸型3的顶部。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述泡沫模上可以涂刷有涂料，所 述涂料的厚度为1.5～2.5mm。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图2所示，所述球铁浇注装置1可 以包括第一直浇道11、第一横浇道12和第一内浇道13，所述第一直浇道11、第一横浇道12和 第一内浇道13的截面积比例为1：1.1～1.3：1.4～1.8；和/或所述灰铁浇注装置2可以包括 第二直浇道21、第二横浇道22、第三横浇道24和第二内浇道23，所述第二直浇道21、第二横 浇道22、第三横浇道24和第二内浇道23的截面积比例为1：1.1～1.3：1.3～1.5：1.5～2。这 样，不仅可以提高球铁液和/或灰铁液的流动平稳性，而且还可以减少球铁液和/或灰铁液 被氧化。优选的是，所述第二内浇道23的截面积与所述排气冒口6的截面积比1:0.8～1.2， 这样，在灰铁浇注装置往铸型内浇注灰铁液时，铸型型腔内气体可以舒畅地从排气冒口排 出，从而避免金属铸件产生气孔、缩孔缩松等现象。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述第一直浇道11和/或第二直浇 道21为陶瓷浇管，所述第一横浇道12、第二横浇道22和/或第三横浇道24为泡沫浇道，所述 第一内浇道13和/或第二内浇道13为泡沫浇道。优选的是，所述第一内浇道13的内浇口可以 设置在双金属复合铸件分界面的下方，但是不能设置在双金属复合铸件的工作面，这样，可 以避免双金属复合铸件的工作面成分偏析，淬火硬度不够的问题。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，所述第二直浇道21的顶部比铸型 的顶部高500mm以上。这样，可以利用灰铁液的重力对双金属复合铸件进行补缩，从而降低 补缩的成本，提高生产效率。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图4所示，一种汽车模具铸件的 铸造方法，包括以下步骤：准备铸型，按照汽车模具的形状和大小，准备包含与汽车模具形 状和大小匹配的泡沫模铸型；熔炼第一铸造液和第二铸造液，所述第一铸造液为球铁液，所 述第二铸造液为灰铁液；浇注第一铸造液，通过浇注系统将第一铸造液浇注到铸型的下部， 铸型的下部与铸型的上部之间设置有溢流口，待第一铸造液从溢流口溢流5～15秒，停止浇 注第一铸造液，并将溢流口堵住；浇注第二铸造液，通过浇注系统将第二铸造液浇注到铸型 的上部；冷却凝固后得到双液复合铸造的汽车模具铸件。这样，在汽车模具铸件的铸造过程 中，先通过浇注系统将球铁液浇注到铸型的下部，由于铸型的下部与上部之间设置有溢流 口，待球铁液浇注到溢流口位置时，让多余的球铁液排出铸型内腔，从而控制所需球铁液的 液面，并且待球铁液从溢流口溢流5～15秒后，通过溢流口充分溢流使球铁液的液面纯净， 再将溢流口堵住，再通过浇注系统将灰铁液浇注到铸型的上部，冷却凝固后得到球铁与灰 铁复合铸造的汽车模具铸件。从而所述模座和工作部分的结合界面处形成冶金结合面，并 且球铁液和灰铁液在浇注过程中互不干扰、不冲混，因此提高了球铁与灰铁复合铸造的汽 车模具铸件的质量。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，在所述浇注球铁液步骤中，当所述 球铁液快到溢流口位置时，降低球铁液的浇注速度。这样，可以提高球铁液流动的平稳性， 使得球铁液与灰铁液的结合面尽可能为一个平面。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，在所述浇注球铁液步骤中，当所述 球铁液开始从溢流口溢流时，充分溢流5～15秒，既能将球铁液表层的氧化夹渣排出，又可 以使结合面平整。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，在所述浇注球铁液步骤中，当所述 球铁液快到溢流口位置时，通过电磁秤测量球铁液的溢流量，当溢流量为200～300kg时，停 止浇注球铁液，并将溢流口堵住。这样，可以通过电磁秤和溢流口双保险的方法，来解决球 铁液的定量浇注问题，提高浇注铸造液的准确性和安全性。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，在所述浇注球铁液步骤与浇注灰 铁液步骤之间，可以根据球铁的浇注温度和重量，间隔2～5分钟。这样，球铁液经过短暂冷 却，处于半凝固状态，再浇注灰铁液，使得球铁液与灰铁液两种金属又不冲混又能牢固结合 在一起，并在球铁液与灰铁液的结合面形成冶金结合，提高结合面的工艺性能和结合强度， 从而避免结合面发生开裂的问题。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，在所述浇注球铁液步骤中还包括 添加防氧化剂步骤，在球铁液内添加防氧化的稀土复合熔剂。这样，可以减少球铁液与灰铁 液的结合面有氧化膜夹杂缺陷，在结合界面形成冶金结合，避免双液复合铸造汽车模具铸 件的结合面易分层开裂的问题。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，如图4所示，可以采用二台中频炉 分别熔炼第一铸造液，即球铁液，和熔炼第二铸造液，即灰铁液，并将铸造液熔清将渣扒干 净。浇注时，所述第一铸造液的浇注温度为1360～1400℃，所述第二铸造液的浇注温度为 1370～1410℃。这样，可以尽可能提高双液的冶金质量，降低汽车模具铸件产生夹渣、气孔 等缺陷的可能性，确保汽车模具铸件致密、无明显缩孔、缩松等缺陷。

在上述实施例的基础上，本发明另一实施例中，在所述准备铸型步骤中还包括涂 刷涂料步骤，在所述泡沫模型上刷涂料，涂刷2～4遍涂料，每涂刷一遍进行烘干后再进行下 一遍的涂刷，涂料涂层总厚度为1.5～2.5mm。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明原理的前提下，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。