CN106141134B - 用于冷却离心铸造设备的水冷装置 - Google Patents

Abstract

一种用于冷却离心铸造设备的水冷装置，该离心铸造设备包括一起旋转的上模具和下模具，该水冷装置包括：旋转轴，在旋转轴中形成第一冷却通道，并在旋转轴的端部处设置喷嘴；以及收集部分，该收集部分包围下模具的侧表面并安装为与下模具隔开。下模具与旋转轴连接，并包括与形成于上模具和下模具之间的模具空间隔开的腔室，以储存从喷嘴注射的冷却水。下模具包括至少一个第二冷却通道，该第二冷却通道从所述腔室朝向外周缘表面方向延伸，并且，收集部分接收通过第二冷却通道排放的冷却水。

Description

用于冷却离心铸造设备的水冷装置

技术领域

本公开涉及一种用于离心铸造设备的水冷装置。

背景技术

本部分中的陈述仅提供与本公开相关的背景信息，并且可能不构成现有技术。

离心铸造指的是一种通过使用离心力来形成铸件的方法，当在注射并熔融金属且随后使之凝固的过程中使模具高速旋转时，产生该离心力。为了经由该离心铸造方法铸造，需要将熔融金属快速且均匀地注入模具，使得熔融金属可从与模具接触的表面朝向熔融金属内部凝固，由此可获得没有内部缺陷的高质量的铸造产品。为此，应均匀地保持模具的转速、熔融金属的注入温度和注入速度。此外，如果模具未充分预热，那么熔融金属在其注入模具的瞬间立即凝固，使得熔融金属内的气泡以汇聚状态(collected state)凝固，从而产生内部质量问题。

在连续铸造高温(660°至750°)熔融金属(例如铝)的情况中，由于模具的温度一直上升，所以取决于产品形状，延迟凝固或者产生局部热绝缘，因此，存在在铸造产品内产生铸造缺陷(气泡缺陷、收缩缺陷)的问题。为了解决此问题，在铸造处理过程中应冷却模具。然而，由于模具以300rpm至3000rpm的速度旋转以进行离心铸造，所以难以应用使用冷却水的循环型冷却装置。

不使用冷却水的传统的模具冷却方法已经使用了这样的冷却模具的方法：在停止铸造工作的状态中，通过将冷空气吹入模具的内部来进行，或通过将冷空气注入模具的表面来进行。然而，已经存在这样的问题：为了冷却模具的内部，铸造过程应停止，并且，该冷却模具表面的方法具有低冷却效率。

已知的，使用冷却水的传统的模具冷却方法具体地叫做“一种用于不锈钢管道法兰的坯件铸造装置(A blank casting apparatus for stainless steel pipe flange)”(韩国专利公开第10-2002-0037429号(2002年5月21日))。

存在通过对冷却护套(jacket)供应冷却水来冷却模具的技术，该冷却护套形成于旋转模具的用于铸造管道的下表面壁处。应用此循环型冷却系统(其中，将冷却水流入管道并且冷却水流出管道安装在空心轴内)，使得将冷却水通过空心轴供应至冷却护套，然后再次通过空心轴排出。如果旋转模具旋转，那么，出现使冷却水通过离心力朝向冷却护套的外周缘表面方向倾斜流过的现象。如上所述，如果冷却水充满外部，那么已经存在这样的问题：冷却水被加热，使得模具的冷却效率降低且流过冷却水流入管道的冷却水直接通过冷却水流出管道流出。

由于这些问题的原因，可能将冷却护套的形状从腔室形状改变成管道形状。然而，即使在此情况中，也已经产生使冷却水隔离且使冷却水在形成于管道处的变化部分处拥挤(congest，过充)的问题。为了解决此问题，已经需要大于300巴的高压泵来进一步增加冷却水供应压力。

发明内容

本公开提供了一种用于离心铸造设备的水冷装置，该水冷装置能够提高模具的冷却效率。

本公开的一个示例性形式涉及一种用于离心铸造设备的水冷装置，该离心铸造设备通过将熔融金属注入形成于上模具和下模具之间的模具空间来进行铸造，上模具和下模具通过彼此接合并旋转，该水冷装置可包括旋转轴，在该旋转轴中形成第一冷却通道，并在该旋转轴的端部处为该旋转轴提供喷嘴；下模具与旋转轴连接，且下模具包括形成为与模具空间隔离的腔室，以储存在喷嘴处注入的冷却水，并且，下模具包括至少一个第二冷却通道，第二冷却通道形成为从腔室朝向外周缘表面方向延伸；以及收集部分，该收集部分包围下模具的侧表面，与下模具相分离地安装，并收集朝向下模具的侧表面通过第二冷却通道排出的冷却水。

可将第二冷却通道的形成于下模具的侧表面处的出口定位得比喷嘴高。

在下模具的中心线处与喷嘴相对的腔室的表面可凹入地形成；并且，第二冷却通道可包括：形成于腔室的下侧表面处的入口；与入口连接且在下模具的外周缘表面方向上向上弯曲的上升部分；以及与上升部分连接且在出口方向上水平地形成的冷却部分。

可将出口形成为穿过下模具的侧表面向外伸出。

旋转轴可包括：芯部，在该芯部中，在轴向方向上形成第一冷却通道，注射软管(hose)与第一冷却通道的一个端部连接，喷嘴与其另一端部连接；并包括包围芯部的管道形状的壳体；芯部可经由轴承与壳体连接，使得芯部是固定的且壳体能够独立地旋转。

喷嘴的直径可大于芯部的直径，以封闭芯部和壳体之间的间隙。

收集部分可包括：包围下模具的外围部分的环形的主体；接收并净化收集于主体中的冷却水的过滤器；以及将通过过滤器的冷却水再次注入第一冷却通道的泵；以及接收冷却水的收集槽，该收集槽可形成在与下模具相对的主体的内周缘表面处。

可将主体在其一侧向下倾斜地安装，并且，可在一侧的下部处形成排放口；主体可包括排出软管和注射软管，排出软管将从排放口排出的冷却水传递至过滤器，注射软管将通过过滤器和泵的冷却水传递至第一冷却通道。

根据本公开的用于离心铸造设备的水冷装置可具有以下效果。

首先，可以相对低的压力供应冷却水，因为出口不是形成于旋转轴处，而是形成于模具的侧表面处。

第二，可提高冷却效率，因为可快速地供应新的冷却水，这是由于通过离心力以较快的速度将冷却水从模具排出。

第三，冷却效率可高于外冷方法，因为直接冷却模具的内部。

第四，可使结构精细化且可改善物理特性，因为快速冷却且均匀凝固铸件。

从本文提供的描述中，其他适用范围将变得显而易见。将理解，说明书和具体实例仅是为了说明的目的，而非旨在限制本公开的范围。

附图说明

为了可很好地理解本公开，现在将参考附图通过实例描述其各种形式，在附图中：

图1是根据本公开的一种形式的用于离心铸造设备的水冷装置的剖视图；

图2是示出了用于离心铸造设备的水冷装置的整个冷却水循环结构的视图；

图3是收集部分和冷却水循环结构的顶平面图；

图4是将用现有技术制造的铸件的物理特性与应用本公开制造的铸件的物理特性进行比较的图形；

图5是将用现有技术制造的铸件的结构与应用本公开制造的铸件的结构进行比较的照片；

图6是指示在应用现有技术制造的壳体凝固的过程中的温度的热像图；

图7是指示在本公开的示例性形式制造的壳体凝固的过程中的温度的热像图。

本文所述的图仅是为了说明的目的，并非旨在以任何方式限制本公开的范围。

具体实施方式

以下描述本质上仅是示例性的，并非旨在限制本公开、应用方式或用途。应理解，在这些图中，相应的参考数字表示相似或相应的零件和特征。

本文使用的术语只是用来说明具体的示例性形式，而非旨在限制本公开。必须指出，如在说明书和所附权利要求书中使用的，单数形式包括复数含义，除非上下文明确表示不是这样。将进一步理解，当在本说明书中使用时，术语“包括”指出存在所述特性、区域、整数、步骤、操作、元件和/或部件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特性、区域、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组。

除非用不同的方式定义，否则，包括本文使用的技术术语和科学术语的全部术语具有的含义与本公开所属领域的普通技术人员通常将理解的含义相同。在常用字典中定义的术语进一步理解为，具有与目前公开的相关技术文献和内容一致的含义，但是不应理想化地解释或用非常正式含义解释，除非文中另有限定。

如图1和图2所示，为了冷却通过将熔融金属注入模具空间C(其形成于通过彼此接合并旋转的上模具10和下模具20之间)来进行铸造的离心铸造设备，用于离心铸造设备的水冷装置可包括：旋转轴100，在该旋转轴中形成用于供应冷却水的第一冷却通道200，下模具20与旋转轴100连接以一起旋转并在其中形成有第二冷却通道300，以横向地排出冷却水；以及收集部分500，其用于收集朝向下模具20的侧表面排出的冷却水。

可将旋转轴100分成两个部分，即，芯部110和壳体120，芯部具有在轴向方向上形成于其中的第一冷却通道200，壳体包围芯部110并与下模具20一起旋转。芯部110和壳体120可经由轴承130彼此连接，使得芯部110可保持固定状态，即使壳体120旋转，芯部110也不会旋转。因此，芯部110是固定的，由此，具有下文所述的注射软管710的连接部分不扭曲。

可将芯部110和壳体120的端部插入形成于下模具20处的腔室400。腔室400可以是形成于下模具20的轴线处的凹槽形状的空间。可通过由芯部110和旋转轴100封闭凹槽的入口，在腔室400的内部形成恒定空间。腔室400可相对于制造铸件的模具空间C而单独地形成，并用来防止铸件与冷却水直接连接。

此外，可在芯部110的端部处形成喷嘴210，以将冷却水注入腔室400。在一种形式中，喷嘴210中的外周缘表面的直径大于芯部110的直径，这是为了通过由喷嘴210封闭芯部110和壳体120之间的间隙来防止冷却水通过该间隙回流。

第二冷却通道300可形成于下模具20的内部，以引起冷却水从腔室400朝向下模具20的侧表面流动。第二冷却通道300可包括入口310、上升部分320和冷却部分330。第二冷却通道300的入口310可形成于腔室400的下部，即，将旋转轴100插入其中的方向的侧表面。通过入口310进入第二冷却通道300的冷却水，可通过以预定角度向上形成的上升部分320，然后可通过冷却部分330排出至下模具20的外部，该冷却部分与上升部分320连接并形成为延伸至下模具20的外部。由于上升部分320形成为以预定角度向上弯曲，所以，形成于冷却部分330的外端部的出口340可位于比喷嘴210高的地方。通过将出口340形成为位于比喷嘴210高的地方，可能暂时储存从喷嘴210排出至腔室400的冷却水，并且，当模具开始旋转时，更平稳地供应冷却水。

在另一种形式中，使出口340向外延伸，以预定长度越过下模具20的外表面，这是为了防止冷却水在排出的同时散开，并帮助通过收集部分500收集冷却水。

如图1和图3所示，收集部分500可包括：包围下模具20的外围部分的环形的主体510；接收并净化收集于主体510中的冷却水的过滤器600；以及将通过过滤器600的冷却水再次注入第一冷却通道200的泵700。在另一种形式中，可在主体510的内周缘表面上形成用于接收冷却水的收集槽520。

在又一种形式中，主体510的一个侧部可向下倾斜地安装，并可在一个侧部的下部处形成排放口，使得可将通过排放口排出的冷却水通过排出软管530传送至过滤器600。通过泵700，将在过滤器600净化的冷却水通过注射软管710再次供应至第一冷却通道200。虽然未示出，但是可在过滤器600和泵700之间安装水箱，其配置为从外部接收冷却水，以补充在循环时所消耗的冷却水。

在下文中，将参考图4至图7描述通过本公开的一个示例性形式制造的铸件的物理特性改进。

图4和图5示出了通过包括7％的Si的铝合金(A356)的冷却速度得到的物理特性和细微结构的差异。在通过使用传统的冷却方法制造的产品中，由于冷却不完全，所以铝α相的尺寸变得粗糙，且在表面温度相对较高的部分的细微结构中DAS(枝晶臂间距)表现出30μm(指的是图5的左侧)。然而，在通过根据本公开的一个示例性形式的水冷装置冷却铸件的情况中，可知道相同部分中的该结构的尺寸微小且均匀分布。而且，可知道，与传统产品相比，根据本公开的结构较密集，因为DAS是20μm(指的是图5的右侧)。

图6和图7分别示出了指示通过根据现有技术的冷却方法，以及根据本公开的一个示例性形式的冷却方法冷却并凝固铸件的过程中的温度的热像图。

图6示出，(圆圈内部的)温度上升部分分布相对广且温差很大，而图7示出，(圆圈内部的)温度上升部分的范围相对窄且温差较小。

结构的尺寸差异、温度上升部分的范围和温差的程度导致物理特性的差异。通过传统方法制造的铸件表现出221MPa的屈服强度、252MPa的抗张强度和6.2％的延伸率，而通过本公开的一个示例性形式制造的铸件表现出239MPa的屈服强度、293MPa的抗张强度和11.1％的延伸率。屈服强度、抗张强度和延伸率分别提高大约8％、16％和79％。这表明，通过使用根据本公开的一个示例性形式的冷却方法制造的铸件的物理特性，比通过使用根据现有技术的冷却方法制造的铸件的物理特性好得多。

如上所述，附图和说明书中已经描述并图示了本公开的示例性形式。然而，本公开所属领域的普通技术人员将理解，在不改变本发明技术理念或本质特征的前提下，可用其他具体形式来实现本公开。

Claims (8)

1.一种用于冷却离心铸造设备的水冷装置，所述离心铸造设备包括一起旋转的上模具和下模具，所述水冷装置包括：

旋转轴，在所述旋转轴中形成第一冷却通道，并在所述旋转轴的端部处设置喷嘴，

所述下模具与所述旋转轴连接，并且所述下模具包括：构造为储存从所述喷嘴注射的冷却水的腔室，以及从所述腔室朝向所述下模具的外周缘表面方向延伸的至少一个第二冷却通道，所述腔室与形成于所述上模具和所述下模具之间的模具空间隔开；

其特征在于，所述水冷装置还包括：

收集部分，所述收集部分与所述下模具的侧表面隔开并包围所述下模具的侧表面，所述收集部分构造为收集通过所述第二冷却通道朝向所述下模具的侧表面排放的冷却水；

其中，将所述第二冷却通道的形成于所述下模具的侧表面上的出口定位得比所述喷嘴高；

其中，所述腔室的与所述喷嘴相对的表面在所述下模具的中心线处凹入地形成；并且，所述第二冷却通道包括：

入口，所述入口形成于所述腔室的下侧表面；

上升部分，所述上升部分与所述入口连接并在所述下模具的外周缘表面方向上向上弯曲；以及

冷却部分，所述冷却部分将所述上升部分连接至所述第二冷却通道的出口，以使冷却水从所述入口通向所述出口。

2.根据权利要求1所述的水冷装置，其中，所述出口向外延伸越过所述下模具的侧表面，以通过所述收集部分收集冷却水。

3.根据权利要求1所述的水冷装置，其中，所述旋转轴包括：

芯部，所述芯部包括在其轴向方向上形成的所述第一冷却通道；以及

壳体，所述壳体包围所述芯部，所述芯部经由轴承与所述壳体连接，使得所述芯部被固定，而所述壳体构造为独立地旋转。

4.根据权利要求3所述的水冷装置，所述水冷装置进一步包括注射软管，所述注射软管构造为将所述芯部与所述喷嘴连接，以供应冷却水。

5.根据权利要求3所述的水冷装置，其中，所述喷嘴具有的直径大于所述芯部的直径，以封闭所述芯部和所述壳体之间的间隙。

6.根据权利要求1所述的水冷装置，其中，所述收集部分包括：

主体，所述主体包围所述下模具的侧表面；以及

收集槽，所述收集槽形成于所述主体的内周缘表面上并构造为用于接收冷却水。

7.根据权利要求6所述的水冷装置，其中，所述收集部分进一步包括：

过滤器，所述过滤器构造为用于接收并净化收集在所述主体中的冷却水；以及

泵，所述泵构造为用于将通过所述过滤器的冷却水注入所述旋转轴的所述第一冷却通道。

8.根据权利要求7所述的水冷装置，其中，所述主体的一个侧部围绕所述下模具向下倾斜地安装，并在所述主体的所述侧部的下部中形成一排放口；并且

一排出软管构造为用于将从所述排放口排出的冷却水传递至所述过滤器，并且，一注射软管将通过所述过滤器的冷却水传递至所述旋转轴的所述第一冷却通道。

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