CN111299552A - 一种超声振动冷空气循环快速凝固装置及其方法 - Google Patents

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雷彬
高航
杨华宝
宋江凤
黄光胜
张丁非
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Abstract

本发明的一种超声振动冷空气循环快速凝固装置及其方法，属于金属材料成型铸造装置领域，本凝固装置包括内模和外模，所述内模通过模盖吊挂于外模内，且模盖与外模之间设有密封圈；所述外模的上壁设有与之连通的排气管、下壁设有与之连通的进水管和出水管、内底铺设有化学冷却剂；所述化学冷却剂分别与进水管和出水管之间设有过滤网；所述外模上还设有超声振动装置。本发明凝固装置通过冷空气循环结构设计，可使模具温度快速降低，让得液体金属能起到快速凝固的效果。

Description

一种超声振动冷空气循环快速凝固装置及其方法
技术领域
本发明属于金属材料成型铸造装置技术领域，具体涉及一种超声振动冷空气循环快速凝固装置及其方法。
背景技术
金属材料在铸造成型过程中，由于液体金属凝固时冷却较慢且受热不均易形成缩孔，其对材料的综合性能起到重要影响。对于传统金属浇筑成型采用的模具装置较为简单，不具备快速冷却的功能，只能通过模内自行冷却，冷却温度不均匀，且花费时间较长，不利于材料的快速成型，材料易出现间隙及缩孔，极大的降低材料的综合性能，使产品的质量较低，成本花费较大。因此，金属材料在铸造成型过程中冷却凝固时间较慢且易形成缩孔的问题成为铸造工艺急需解决的热点难题。
发明内容
针对上述不足，本发明的目的是提供一种超声振动冷空气循环快速凝固装置及其方法，使金属材料铸造成型快速凝固，减少缩孔。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明拟公开一种超声振动冷空气循环快速凝固装置，包括内模和外模，所述内模通过模盖吊挂于外模内，且模盖与外模之间设有密封圈；所述外模的上壁设有与之连通的排气管、下壁设有与之连通的进水管和出水管、内底铺设有化学冷却剂；所述化学冷却剂分别与进水管和出水管之间设有过滤网；所述外模上还设有超声振动装置。
进一步，还包括用于设置外模的基座。
进一步，所述超声振动装置由超声变幅杆、超声换能器、超声控制器组成，超声变幅杆设置在基座上并作用于外模，其上设有与超声控制器电性连接的超声换能器；所述超声变幅杆设置为3-6个，环绕于外模均匀布置。
进一步，所述进水管、出水管上均设有水流控制阀。
进一步，所述进水管与外模的连接位高于所述出水管与外模的连接位，或者所述外模的内底设有与水平面相交的斜面、且斜面的倾斜方向为进水管向出水管方向。
进一步，还包括设置在外模上的温度传感器和与该温度传感器电性连接的数显器。
进一步，所述模盖与内模旋接，其上设有吊钩，所述旋接结构为螺纹或旋扣；所述外模的管口内侧设有用于置放密封圈的让位槽。
进一步，所述化学冷却剂为溶解于水的离子化合物，所述离子化合物为固体二氧化碳、硝酸铵中的一种。
本发明还利用上述的超声振动冷空气循环快速凝固装置的凝固方法，其特征在于，包括如下步骤：将载有金属溶液的内模通过模盖置于外模里；再由进水管向载有化学冷却剂的外模通入水，并在水溶解化学冷却剂过程中吸收热量，使外模与内模之间的空腔内空气温度下降，而与内模进行热交换后，从排气管流出，实现冷空气循环冷却；同时开启超声振动装置来产生高频振动传递给内模，辅助金属溶液凝固。
优选的，由数显器显示的外模表面温度高低来调节水流控制阀的开度，使得冷空气循环温度在较低的温度下，确保内模中的金属溶液达到快速凝固。
本发明的优点在于：
(1)通过冷空气循环结构设计，让模具温度快速降低，以使得液体金属能起到快速凝固的效果。
(2)通过在外模上安装温度传感器，可以实时动态检测模具内温度情况，并灵活调节进水管水流控制阀控制水流量与化学冷却剂反应生成冷空气，使模具内整体温度始终保持恒定，避免由于模内气体温度升高，降低液态金属快速冷却凝固效果。
(3)在模具中增加超声振动装置，通过超声振动使模具中的金属在凝固成型过程中均匀分布，减少缩孔。
(4)整体结构设计简单，方便脱模拆卸，维修简便，可反复使用。
(5)利用化学冷却剂进行物理反应，以吸收热量冷却空气，具有环保、经济有效。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：
图1为实施例中超声振动冷空气循环快速凝固装置的示意图；
图2为装置冷空气循环结构示意图；
图3为内模结构示意图；
图4为模盖结构示意图；
附图标记：1为模盖，2为排气管，3为进水管，31为水流控制阀，4为外模，5为基座，6为超声变幅杆，7为超声换能器，8为出水管，9为超声控制器，10为数显器，11为温度传感器，12为密封圈，13为过滤网，14为化学冷却剂，15为内模。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1-4所示，整个凝固装置安装在基座5上，内模15通过模盖1吊挂于外模4内，且外模与内模之间形成有空腔、模盖与外模之间设有密封圈12；外模4的上壁设有与该空腔连通的排气管2、下壁设有与空腔连通的进水管3和出水管8、内底铺设有化学冷却剂14；该化学冷却剂14分别与进水管3和出水管8之间设有过滤网13，为了隔离化学冷却剂进入到进、出水管；外模4上还设有超声振动装置；该超声振动装置由超声变幅杆6、超声换能器7、超声控制器9组成，超声变幅杆设置在基座5上并作用于外模4，其上设有与超声控制器9电性连接的超声换能器7；超声变幅杆6设置为四个，环绕于外模4均匀布置；且进水管3、出水管8上均设有水流控制阀31。
工作时，内模15中倒入需要成型的液态金属，内模15与模盖1通过螺纹连接拧紧；外模4与内模15之间放置密封圈12，防止冷空气溢出。在内模15放入到外模4后，打开水流控制阀31使冷水从进水管3流入与化学冷却剂进行物理反应，常用的化学冷却剂如干冰(固体二氧化碳)、硝酸铵(NH4NO3+H2O＝NH3↑+H2O↑+HNO3)等化合物与水反应会吸收大量的热量，使周围的空气温度急剧下降、水吸收热量形成大量的冷空气，冷空气在模内通道循环流动，最后从排气管3流出，实现装置冷空气快速循的效果；而反应后的如氨水化合物则从出水管中流出。同时开启超声振动装置，通过调节超声控制器9输出超声能量大小，经过超声换能器7使超声变幅杆6产生高频振动传递给内模15，在外模4周向均布安装四个超声振动装置，使得内模15中的金属材料振动受力均匀，有利于消除缩孔。
本实施例中的进水管3与外模4的连接位高于出水管8与外模4的连接位，或者外模4的内底设有与水平面相交的斜面、且斜面的倾斜方向为进水管3向出水管8方向。这样，便于化学冷却剂与水溶解后的产物能够顺利流出外模。
本实施例中的模盖1上设有吊钩(未标记)，便于与内模拆卸和连接；外模4的管口内侧设有用于置放密封圈12的让位槽(未标记)，便于密封圈的安装。
本实施例中还包括设置在外模4上的温度传感器11和与该温度传感器11电性连接的数显器10。温度传感器11测量外模的表面温度，间接反映出内模15的温度情况，通过观察数显器10显示表面温度的高低来打开进水管3水流控制阀31控制一定的水流与化学冷却剂反应，使得整个装置的冷空气循环系统温度保证在较低的温度，确保内模15中的液态金属能达到快速凝固的效果。
上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种超声振动冷空气循环快速凝固装置，包括内模(15)和外模(4)，其特征在于，所述内模通过模盖(1)吊挂于外模内，且模盖与外模之间设有密封圈(12)；所述外模的上壁设有与之连通的排气管(2)、下壁设有与之连通的进水管(3)和出水管(8)、内底铺设有化学冷却剂(14)；所述化学冷却剂分别与进水管和出水管之间设有过滤网(13)；所述外模上还设有超声振动装置。
2.根据权利要求1所述的超声振动冷空气循环快速凝固装置，其特征在于，还包括用于设置外模的基座(5)。
3.根据权利要求2所述的超声振动冷空气循环快速凝固装置，其特征在于，所述超声振动装置由超声变幅杆(6)、超声换能器(7)、超声控制器(9)组成，超声变幅杆设置在基座上并作用于外模，其上设有与超声控制器电性连接的超声换能器；所述超声变幅杆设置为3-6个，环绕于外模均匀布置。
4.根据权利要求1所述的超声振动冷空气循环快速凝固装置，其特征在于，所述进水管、出水管上均设有水流控制阀(31)。
5.根据权利要求1所述的超声振动冷空气循环快速凝固装置，其特征在于，所述进水管与外模的连接位高于所述出水管与外模的连接位，或者所述外模的内底设有与水平面相交的斜面、且斜面的倾斜方向为进水管向出水管方向。
6.根据权利要求1所述的超声振动冷空气循环快速凝固装置，其特征在于，还包括设置在外模上的温度传感器(11)和与该温度传感器电性连接的数显器(10)。
7.根据权利要求1所述的超声振动冷空气循环快速凝固装置，其特征在于，所述模盖与内模旋接，其上设有吊钩，所述旋接结构为螺纹或旋扣；所述外模的管口内侧设有用于置放密封圈的让位槽。
8.根据权利要求1所述的超声振动冷空气循环快速凝固装置，其特征在于，所述化学冷却剂为溶解于水的离子化合物，所述离子化合物为固体二氧化碳、硝酸铵中的一种。
9.利用权利要求1-8任一项所述的超声振动冷空气循环快速凝固装置的凝固方法，其特征在于，包括如下步骤：将载有金属溶液的内模通过模盖置于外模里；再由进水管向载有化学冷却剂的外模通入水，并在水溶解化学冷却剂过程中吸收热量，使外模与内模之间的空腔内空气温度下降，而与内模进行热交换后，从排气管流出，实现冷空气循环冷却；同时开启超声振动装置来产生高频振动传递给内模，辅助金属溶液凝固。
10.根据权利要求9所述的凝固方法，其特征在于，由数显器显示的外模表面温度高低来调节水流控制阀的开度，使得冷空气循环温度在较低的温度下，确保内模中的金属溶液达到快速凝固。
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