CN111872359B - 一种抗变形铸造件的等应力辅助冷却浇注装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种抗变形铸造件的等应力辅助冷却浇注装置，用于浇注工件，辅助冷却浇注装置包括型块，型块至少包括两块，型块相面对的表面分别构建与工件外形相匹配的型腔，型块沿型腔四周设置止口，型块通过止口相互扣合，型块侧壁上的若干位置设置冷却通道，冷却通道内通入冷却水。在型腔上方的型块朝上设置排气孔，排气孔内设置排气组件，排气组件阻止液相金属由排气孔流出型腔。冷却通道的流道面积根据该通道所冷却的工件部位温度而进行变化，工件部位温度越高，工件该部位所对应冷却通道的流道面积越大。

Description

一种抗变形铸造件的等应力辅助冷却浇注装置

技术领域

本发明涉及铸件浇注领域，具体是一种抗变形铸造件的等应力辅助冷却浇注装置。

背景技术

铸件是机械零件的原始组件来源之一，铸造时常常出现的一些缺陷例如裂纹、浇不足、表面凹坑等等。

铸造裂纹常常是由于铸造时冷却不一致导致的收缩速度不同，所以，消除应力的一种方法就是，完善得进行相等速度的冷却。

有时候，我们也需要在铸件上通过冷却速度的不同在工件上制造确保的密实部位，因为该部位在使用时使用强度较大，而现有技术的铸造一般都只是通过模具进行冷却，金属型铸造也只是通过金属型块进行大面积的冷却，冷却部位没有针对性，更无法分别控制冷却速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种抗变形铸造件的等应力辅助冷却浇注装置，以解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种抗变形铸造件的等应力辅助冷却浇注装置，用于浇注工件，辅助冷却浇注装置包括型块，型块至少包括两块，型块相面对的表面分别构建与工件外形相匹配的型腔，型块沿型腔四周设置止口，型块通过止口相互扣合，型块侧壁上的若干位置设置冷却通道，冷却通道内通入冷却水。

相互嵌合的型块金属模，其内部的型腔是工件浇注时的存留位置，液体金属有浇注口流入型腔内并在型腔内进行冷却定型，完成铸造过程，相比于传统的型块自身的散热冷却降温定型，往型块内的特定位置通入冷却水，可以有目的性的选择工件的冷却位置，从工件较厚的位置导走热量，让工件的薄壁位置温降变慢，从而达到统一降温速度的效果，降温速度趋向相同后，工件的浇注应力也能大大减小，整体应力趋向均匀，大大减轻发生局部应力的情况，从而消除由于局部应力过大导致的铸造裂纹，冷却水的通入位置与速度可以由外界人为控制，不同位置冷却水的进水温度也可以人为进行区分，从而达到分区冷却的效果，工件使用时的高强度位置一定要进行等应力缓冷，金相组织细致匀称，晶粒细小，从而在工件上获得较好的强度。

进一步的，在型腔上方的型块朝上设置排气孔，排气孔内设置排气组件，排气组件阻止液相金属由排气孔流出型腔。工件常常是不规则的，工件上表面难以避免的会有高低位置，反应在型腔内就是一个个的小“穹顶”，这些位置在浇注时，随着金属液的上升，都是积攒一些空气，虽然空气被上升金属液挤压而只会占据一小块位置，但是，空气的存在总是会影响工件的形状完整，出现浇不足的缺陷，因此，铸造时型腔都是需要排气的，现有技术中，排气一般都是朝上排往开式空间，金属液都是超过需要的位置一定的距离，在冷却定型后，将浇注口和排气口处的多余的金属切除获得铸造形状。本申请排气组件只将“穹顶”空气排出，而阻止液体流过，使得型腔构造时，就是按工件形状设计的，没有多余的浇注结构，从而在成型后不需要进行切除的作业，减少铸造时间。

进一步的，排气孔位于型块外表面的一端设置沉孔，排气组件包括扁头、连杆和阻液底，连杆一端设置扁头、一端设置阻液底，连杆穿过排气孔，扁头位于沉孔内，阻液底位于排气孔底端，阻液底侧面和排气孔底端侧壁是形状相同的锥口朝上的锥形，排气组件密度小于工件的液态密度。排气组件像个浮球阀，当型腔内液体尚未注满时，排气组件整体是位于低处位置的，阻液底侧面与排气孔侧面是脱开的，扁头掉落下来被沉孔底部接住而不会更大程度掉下去，当型腔内液位上升时，排气组件密度小，上浮，阻液底侧面与排气孔侧面在锥形面上接触，封闭排气孔，阻止金属液进一步流动。

冷却通道的流道面积根据该通道所冷却的工件部位温度而进行变化，工件部位温度越高，工件该部位所对应冷却通道的流道面积越大。流道面积的越大，通道阻力越小，相同的两端压差下，冷却水流量越大，工件上需要统一进行降温的位置可能相离较远，所以，在型块内无法使用同一路冷却水进行等温冷却，即使一路冷却水流动进行冷却，也可能出现工件上一处热量传递出去得多，另一处传递出去得少，导致温降不一致，本申请将冷却通道根据所要冷却部位的温度进行流道面积变化，将需要进行相同温降的工件位置所对应的冷却通道的进出口连接外界的同一路冷却水，将出水口连接外界同一路出水管，如此设置，可以达到冷却水流量的自动调节，工件上的两处部位由同一路外界冷却水冷却，当一处由于各种原因而温度下降较慢时，该处温度较高，另一处温度较低，温度较高一处所对应的冷却通道的通道面积相比于温度较低一处所对应冷却通道面积大，从而，从外界同一路冷却水引流过来更多的流量往更高的温度处，减小温度下降快的冷却通道的水流量，从而调配工件两处的温降速度，达到等温冷却的效果。

进一步的，型块包括设置在块体内部的铜导杆、气腔、变形片和隔片，冷却通道进水段的内壁上设有隔片槽，铜导杆、气腔、变形片和隔片的数量分别与冷却通道的数量对应，铜导杆一端连接至工件的待冷却部位，一端连接至气腔，气腔内设置一片受压而朝向冷却通道变形的变形片，变形片朝向冷却通道一侧设置垂直于冷却通道的隔片，隔片表面设置过流孔，铜导杆受热时传导至气腔内，气腔受热推动变形片变形而推动隔片，气腔温度越高，过流孔与冷却通道重合面积越大。本结构是根据工件冷却位置温度而进行通道面积变化的一种形式，铜导杆传热效率大大高于型块自身，气腔的温度与该冷却通道待冷却部位的温度相关性大，温度越高，气腔内气体膨胀，变形片将隔片推挤往上，过流孔与冷却通道重合面积变大，通道阻力小，更多的冷却水由此通过而减少需要与该工件部位等温冷却的另一支路上冷却水流。

进一步的，气腔充入惰性气体。惰性气体防止混入空气而在高温下发生燃烧。

本装置的主要是使用过程是：将型块合模，经由浇注口往型腔内注入金属液，通过进水孔往型块1内通入冷却水，需要等温冷却的工件位置，对应的冷却通道在外界连接同一路冷却水，等温冷却的两个位置，如果一个位置温度降低较快，另一个温度降低较慢，则较慢的一处温度保留较高，对应气腔压力高，将变形片17顶在较高位置，该通道流道面积大，冷却水流量大，另一路流量小，从而完成等温冷却作用，消除应力。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过排气组件只排出型腔顶部存留的空气而阻止金属液流过，无需在冷却完成后切除相应位置；通过冷却通道进行定点冷却，有针对性的选择冷却顺序与速度，通过铜导杆、气腔、变形片、隔片实现受到待冷却位置的温度而变化的冷却通道流量，将需要等温冷却的位置联系起来，实现自动的流量调配，达到等温冷却的目的。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明的外形结构示意图；

图2为本发明的剖视图；

图3为图2中的视图A；

图4为图2中的视图B；

图5为待成型工件在浇注装置内与外界通入的冷却水的接触点分布示意图。

图中：1-型块、11-止口、12-连接孔、13-冷却通道、131-进水孔、132-出水孔、133-隔片槽、14-排气孔、141-沉孔、15-铜导杆、16-气腔、17-变形片、18-隔片、181-过流孔、2-排气组件、21-扁头、22-连杆、23-阻液底、31-进水管、32-出水管、9-工件。

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做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。

如图1～5所示，一种抗变形铸造件的等应力辅助冷却浇注装置，用于浇注工件9，辅助冷却浇注装置包括型块1，型块1至少包括两块，型块1相面对的表面分别构建与工件9外形相匹配的型腔，型块1沿型腔四周设置止口11，型块1通过止口11相互扣合，型块1侧壁上的若干位置设置冷却通道13，冷却通道13内通入冷却水。

相互嵌合的型块1金属模，其内部的型腔是工件9浇注时的存留位置，液体金属有浇注口流入型腔内并在型腔内进行冷却定型，完成铸造过程，相比于传统的型块1自身的散热冷却降温定型，往型块1内的特定位置通入冷却水，可以有目的性的选择工件9的冷却位置，从工件9较厚的位置导走热量，让工件9的薄壁位置温降变慢，从而达到统一降温速度的效果，降温速度趋向相同后，工件9的浇注应力也能大大减小，整体应力趋向均匀，大大减轻发生局部应力的情况，从而消除由于局部应力过大导致的铸造裂纹，冷却水的通入位置与速度可以由外界人为控制，不同位置冷却水的进水温度也可以人为进行区分，从而达到分区冷却的效果，工件使用时的高强度位置一定要进行等应力缓冷，金相组织细致匀称，晶粒细小，从而在工件上获得较好的强度。

在型腔上方的型块1朝上设置排气孔14，排气孔14内设置排气组件2，排气组件2阻止液相金属由排气孔14流出型腔。工件9常常是不规则的，工件9上表面难以避免的会有高低位置，反应在型腔内就是一个个的小“穹顶”，这些位置在浇注时，随着金属液的上升，都是积攒一些空气，虽然空气被上升金属液挤压而只会占据一小块位置，但是，空气的存在总是会影响工件的形状完整，出现浇不足的缺陷，因此，铸造时型腔都是需要排气的，现有技术中，排气一般都是朝上排往开式空间，金属液都是超过需要的位置一定的距离，在冷却定型后，将浇注口和排气口处的多余的金属切除获得铸造形状。本申请排气组件2只将“穹顶”空气排出，而阻止液体流过，使得型腔构造时，就是按工件9形状设计的，没有多余的浇注结构，从而在成型后不需要进行切除的作业，减少铸造时间。

排气孔14位于型块1外表面的一端设置沉孔141，排气组件2包括扁头21、连杆22和阻液底23，连杆22一端设置扁头21、一端设置阻液底23，连杆22穿过排气孔14，扁头21位于沉孔141内，阻液底23位于排气孔14底端，阻液底23侧面和排气孔14底端侧壁是形状相同的锥口朝上的锥形，排气组件2密度小于工件9的液态密度。排气组件2像个浮球阀，当型腔内液体尚未注满时，排气组件2整体是位于低处位置的，阻液底23侧面与排气孔14侧面是脱开的，扁头21掉落下来被沉孔141底部接住而不会更大程度掉下去，当型腔内液位上升时，排气组件2密度小，上浮，阻液底23侧面与排气孔14侧面在锥形面上接触，封闭排气孔，阻止金属液进一步流动。

冷却通道13的流道面积根据该通道所冷却的工件9部位温度而进行变化，工件9部位温度越高，工件9该部位所对应冷却通道13的流道面积越大。流道面积的越大，通道阻力越小，相同的两端压差下，冷却水流量越大，工件9上需要统一进行降温的位置可能相离较远，所以，在型块1内无法使用同一路冷却水进行等温冷却，即使一路冷却水流动进行冷却，也可能出现工件9上一处热量传递出去得多，另一处传递出去得少，导致温降不一致，本申请将冷却通道13根据所要冷却部位的温度进行流道面积变化，将需要进行相同温降的工件9位置所对应的冷却通道的进出口连接外界的同一路冷却水，例如图2中的右侧上下型块上的进水孔131连接外界同一路进水管，将出水口132连接外界同一路出水管，如此设置，可以达到冷却水流量的自动调节，工件9上的两处部位由同一路外界冷却水冷却，当一处由于各种原因而温度下降较慢时，该处温度较高，另一处温度较低，温度较高一处所对应的冷却通道13的通道面积相比于温度较低一处所对应冷却通道13面积大，从而，从外界同一路冷却水引流过来更多的流量往更高的温度处，减小温度下降快的冷却通道13的水流量，从而调配工件9两处的温降速度，达到等温冷却的效果。

型块1包括设置在块体内部的铜导杆15、气腔16、变形片17和隔片18，冷却通道13进水段的内壁上设有隔片槽133，铜导杆15、气腔16、变形片17和隔片18的数量分别与冷却通道13的数量对应，铜导杆15一端连接至工件9的待冷却部位，一端连接至气腔16，气腔16内设置一片受压而朝向冷却通道13变形的变形片17，变形片17朝向冷却通道13一侧设置垂直于冷却通道13的隔片18，隔片18表面设置过流孔181，铜导杆15受热时传导至气腔16内，气腔16受热推动变形片17变形而推动隔片18，气腔16温度越高，过流孔181与冷却通道13重合面积越大。本结构是根据工件9冷却位置温度而进行通道面积变化的一种形式，铜导杆15传热效率大大高于型块1自身，气腔16的温度与该冷却通道13待冷却部位的温度相关性大，温度越高，气腔16内气体膨胀，变形片17将隔片18推挤往上，过流孔181与冷却通道13重合面积变大，通道阻力小，更多的冷却水由此通过而减少需要与该工件9部位等温冷却的另一支路上冷却水流。

气腔16充入惰性气体。惰性气体防止混入空气而在高温下发生燃烧。

本装置的主要是使用过程是：将型块1合模，经由浇注口往型腔内注入金属液，通过进水孔131往型块1内通入冷却水，需要等温冷却的工件9位置，对应的冷却通道在外界连接同一路冷却水，等温冷却的两个位置，如果一个位置温度降低较快，另一个温度降低较慢，则较慢的一处温度保留较高，对应气腔16压力高，将变形片17顶在较高位置，该通道流道面积大，冷却水流量大，另一路流量小，从而完成等温冷却作用，消除应力。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (4)

1.一种抗变形铸造件的等应力辅助冷却浇注装置，用于浇注工件(9)，其特征在于：所述辅助冷却浇注装置包括型块(1)，所述型块(1)至少包括两块，型块(1)相面对的表面分别构建与工件(9)外形相匹配的型腔，型块(1)沿型腔四周设置止口(11)，型块(1)通过止口(11)相互扣合，所述型块(1)侧壁上的若干位置设置冷却通道(13)，所述冷却通道(13)内通入冷却水；

所述冷却通道(13)的流道面积根据该通道所冷却的工件(9)部位温度而进行变化，工件(9)部位温度越高，工件(9)该部位所对应冷却通道(13)的流道面积越大；

所述型块(1)包括设置在块体内部的铜导杆(15)、气腔(16)、变形片(17)和隔片(18)，所述冷却通道(13)进水段的内壁上设有隔片槽(133)，所述铜导杆(15)、气腔(16)、变形片(17)和隔片(18)的数量分别与冷却通道(13)的数量对应，所述铜导杆(15)一端连接至工件(9)的待冷却部位，一端连接至气腔(16)，所述气腔(16)内设置一片受压而朝向冷却通道(13)变形的变形片(17)，所述变形片(17)朝向冷却通道(13)一侧设置垂直于冷却通道(13)的隔片(18)，所述隔片(18)表面设置过流孔(181)，气腔(16)受热推动变形片(17)变形而推动隔片(18)，气腔(16)温度越高，过流孔(181)与冷却通道(13)重合面积越大。

2.根据权利要求1所述的一种抗变形铸造件的等应力辅助冷却浇注装置，其特征在于：在型腔上方的所述型块(1)朝上设置排气孔(14)，所述排气孔(14)内设置排气组件(2)，所述排气组件(2)阻止液相金属由排气孔(14)流出型腔。

3.根据权利要求2所述的一种抗变形铸造件的等应力辅助冷却浇注装置，其特征在于：所述排气孔(14)位于型块(1)外表面的一端设置沉孔(141)，所述排气组件(2)包括扁头(21)、连杆(22)和阻液底(23)，所述连杆(22)一端设置扁头(21)、一端设置阻液底(23)，所述连杆(22)穿过排气孔(14)，所述扁头(21)位于沉孔(141)内，所述阻液底(23)位于排气孔(14)底端，阻液底(23)侧面和排气孔(14)底端侧壁是形状相同的锥口朝上的锥形，排气组件(2)密度小于工件(9)的液态密度。

4.根据权利要求1所述的一种抗变形铸造件的等应力辅助冷却浇注装置，其特征在于：所述气腔(16)充入惰性气体。

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