CN113462866B - 特种铸钢件加工用自动控温模具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了特种铸钢件加工用自动控温模具，包括：热铸造腔模、控温箱和热处理机构，热铸造腔模的顶面设有热应力压板，热铸造腔模的底端固定安装有泵箱，热铸造腔模和热应力压板的周侧设有应力锁止机构；热铸造腔模的内部设有铸型砂芯，热铸造腔模的内壁开设有熔融导腔和流道腔，热应力压板的顶面固定安装有推杆。本发明中，通过设置热铸造腔模和热处理机构之间的熔融传导，利用熔融传导管组进行金属熔融钠溶液的传导进行铸件的温度传导，将铸件固化放热的部分热能通过钠熔融液的传导输送进入热处理机构的内部，在热处理机构的内部进行铸件的连续式热处理，避免铸件热应力造成铸件形变和冷裂。

Description

特种铸钢件加工用自动控温模具

技术领域

本发明涉及余热利用技术领域，具体为特种铸钢件加工用自动控温模具。

背景技术

铸铁件在高温下浇注，在凝固冷却过程中，因温度下降而产生收缩，如收缩受到阻碍，便会在铸件中产生铸造应力，铸造应力按其形成原因可分为热应力、相变应力和机械阻碍应力三种，铸造过程引起的残余应力在其内部是不均匀的，因而会使铸件产生扭转、弯曲等不规则的变形，此外处于较低温度下，铸造应力超过了铸铁的强度极限而产生的冷裂往往出现在铸铁件受拉伸的部位，特别是有应力集中的地方，铸铁件产生冷裂的倾向和影响因素与影响铸造应力的因素基本一致，形状复杂的大型铸铁件容易产生冷裂、导致铸铁件的开裂，如果在铸件的清理和机加工时发现裂纹，可以把铸件报废，但最为危险和可怕的是，由于铸造残余应力的存在，在早期铸件已产生微裂纹，但它很小、或许没有贯穿整个铸件壁，肉眼和试漏检测都没有被发现，使用时裂纹才扩展，造成发动机故障，严重影响产品的可靠性。

在自动化机械化程度低的情况下，铸件开箱后冷却到常温，随着铸铁强度的提高，铸铁的铸造残余应力是上升的，因而，随着柴油机可靠性的增长，对铸铁的强度、硬度要求越来越高，其铸造残余应力也越来越大，测试的结果也表明：铸件如果不经处理，其残余应力值很高，用人工去除浇冒口和型砂、砂芯，装入热处理炉进行减应力处理，其缺点是铸件开箱后冷却到常温，在进行减应力处理时又升温，既浪费了能源，效率又低。有鉴于此，针对现有的问题予以研究改良，提供特种铸钢件加工用自动控温模具，来解决目前存在的热应力影响大且铸件冷慢的问题，旨在通过该技术，达到解决问题与提高实用价值性的目的。

发明内容

本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明所采用的技术方案为：特种铸钢件加工用自动控温模具，包括：热铸造腔模、控温箱和热处理机构，所述热铸造腔模的顶面设有热应力压板，所述热铸造腔模的底端固定安装有泵箱，所述热铸造腔模和热应力压板的周侧设有应力锁止机构，所述应力锁止机构包括分别固定于热应力压板表面的锁杆和固定于热铸造腔模表面的扣接锁块；所述热铸造腔模的内部设有铸型砂芯，所述热铸造腔模的内壁开设有熔融导腔和流道腔，所述热应力压板的顶面固定安装有推杆，所述推杆的底端固定安装有驱动压板，所述驱动压板滑动安装于熔融导腔的内部；所述控温箱的内部设有熔融传导管组，所述熔融传导管组的两端分别与流道腔和热处理机构的内腔相连通，所述熔融传导管组包括传导管和换热翅片，所述换热翅片的数量为若干且呈均匀分布于熔融传导管组的外侧，所述熔融传导管组的内壁固定安装有红外温度感应器，所述熔融传导管组的底端固定连接有位于泵箱内部的排气管和驱动泵；所述热处理机构包括连续式热处理炉和涡流线圈，所述连续式热处理炉的内侧开设有熔融液腔，所述熔融液腔、熔融导腔和流道腔的内部加注有金属钠，所述连续式热处理炉的内壁嵌入安装有热导套层，所述涡流线圈呈螺旋套接于连续式热处理炉的外侧。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述熔融导腔和流道腔呈环状空腔结构且熔融导腔和流道腔的外周与熔融导腔的内壁滑动抵接，所述驱动压板呈环状，且驱动压板为隔热板结构，所述驱动压板的材料选自珍珠岩或蛭石夹层中的一种。

通过采用上述技术方案，通过将熔融导腔和流道腔内部熔融后的金属钠溶液，推入熔融液腔的内部，实现余热温度的传递，利用熔融传导管组进行金属熔融钠溶液的传导进行铸件的温度传导，将铸件固化放热的部分热能通过钠熔融液的传导输送进入热处理机构的内部。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述锁杆的一侧设有锁止齿，所述扣接锁块的表面开设有与扣接锁块相适配的插孔，且扣接锁块的内部活动安装有锁环，所述锁环的一侧固定安装有释放销。

进一步的，所述锁环的另一端固定连接有热膨弹片，热膨弹片为金属铜片材质构件，所述锁环的内侧设有扣齿。

通过采用上述技术方案，利用热应力压板和应力锁止机构进行模具的锁止闭合，将铸造砂型及铸件锁止压合于热铸造腔模的内部，保证铸件各部分在冷却过程中发生固态相变的时间和程度不同而产生形变应力的不良影响。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述热铸造腔模和连续式热处理炉的外侧设有隔热保温层，且隔热保温层为石棉或珍珠岩纤维板层，所述传导管和换热翅片为金属铜材质构件。

通过采用上述技术方案，利用隔热保温层将热铸造腔模和连续式热处理炉内部温度进行保温控温，避免熔融钠溶液迅速冷却，提高能源利用率。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述红外温度感应器的输出端电性连接有控制器，所述控制器为PLC控制器或单片机结构，所述控制器的输入端电连接有涡流发生器，且涡流发生器的端部与涡流线圈的端部电连接。

通过采用上述技术方案，利用红外温度感应器实时监测熔融传导管组的温度，并通过电信号控制连续式热处理炉内部钠溶液的温度，充分进行铸件余温的利用，同时又有效地节约了冷却铸件所需的风冷或水冷的设备及有效地节约了能源消耗。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述驱动泵为风泵或叶轮泵中的一种，且驱动泵的出口端与控温箱的内腔相连通，所述控温箱的顶面设有泄压阀。

通过采用上述技术方案，通过驱动泵即可进行冷却的输送或通过自然风的泵入进行熔融传导管组的换热控温，将金属钠溶液保持于指定温度，用于在热处理机构的内部进行铸件的连续式热处理，避免铸件热应力造成铸件形变和冷裂。

本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述热导套层为金属板结构，所述熔融液腔为环状夹层空腔结构，所述熔融液腔的顶端固定连接有联通管，且联通管的另一端与熔融导腔的内腔相连通且位于驱动压板的上方。

通过采用上述技术方案，当驱动压板推动熔融导腔和流道腔内部金属钠溶液推动泵送进入熔融液腔内部后，利用联通管平衡熔融液腔和熔融导腔内部气压，便于钠溶液的推入。

本发明所取得的有益效果为：

1.本发明中，通过设置热铸造腔模和热处理机构之间的熔融传导，利用熔融传导管组进行金属熔融钠溶液的传导进行铸件的温度传导，将铸件固化放热的部分热能通过钠熔融液的传导输送进入热处理机构的内部，在热处理机构的内部进行铸件的连续式热处理，避免铸件热应力造成铸件形变和冷裂。

2.本发明中，通过使用金属钠低熔融点的特性，利用铸件余温进行熔融并输送至热处理机构的内部为铸件热处理保温提供部分热能，充分进行铸件余温的利用，同时又有效地节约了冷却铸件所需的风冷或水冷的设备及有效地节约了能源消耗。

3.本发明中，通过设置模具锁止机构，利用热应力压板和应力锁止机构进行模具的锁止闭合，将铸造砂型及铸件锁止压合于热铸造腔模的内部，保证铸件各部分在冷却过程中发生固态相变的时间和程度不同而产生形变应力的不良影响，提高铸件生产质量。

附图说明

图1为本发明一个实施例的整体结构示意图；

图2为本发明一个实施例的控温箱内部结构示意图；

图3为本发明一个实施例的热铸造腔模截面结构示意图；

图4为本发明一个实施例的热处理机构结构示意图；

图5为本发明一个实施例的熔融传导管组结构示意图；

图6为本发明一个实施例的图1的A处结构示意图；

图7为本发明一个实施例的应力锁止机构结构示意图；

图8为本发明一个实施例的锁环和锁杆结构示意图。

附图标记：

100、热铸造腔模；110、热应力压板；120、泵箱；130、铸型砂芯；140、推杆；150、熔融导腔；160、驱动压板；170、流道腔；

200、应力锁止机构；210、锁杆；220、扣接锁块；230、压板；221、锁环；222、释放销；223、热膨弹片；

300、控温箱；310、熔融传导管组；320、红外温度感应器；330、排气管；340、驱动泵；311、传导管；312、换热翅片；313、连通座；

400、热处理机构；410、连续式热处理炉；420、熔融液腔；430、涡流线圈；440、热导套层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。

下面结合附图描述本发明的一些实施例提供的特种铸钢件加工用自动控温模具。

结合图1-8所示，本发明提供的特种铸钢件加工用自动控温模具，包括：热铸造腔模100、控温箱300和热处理机构400，热铸造腔模100的顶面设有热应力压板110，热铸造腔模100的底端固定安装有泵箱120，热铸造腔模100和热应力压板110的周侧设有应力锁止机构200，应力锁止机构200包括分别固定于热应力压板110表面的锁杆210和固定于热铸造腔模100表面的扣接锁块220；热铸造腔模100的内部设有铸型砂芯130，热铸造腔模100的内壁开设有熔融导腔150和流道腔170，热应力压板110的顶面固定安装有推杆140，推杆140的底端固定安装有驱动压板160，驱动压板160滑动安装于熔融导腔150的内部，通过推杆140和驱动压板160的推压使熔融导腔150和流道腔170内部金属钠溶液推入熔融液腔420的内部，利用铸件余温进行熔融并输送至热处理机构400的内部为铸件热处理保温提供部分热能；控温箱300的内部设有熔融传导管组310，熔融传导管组310的两端分别与流道腔170和热处理机构400的内腔相连通，熔融传导管组310包括传导管311换热翅片312，换热翅片312的数量为若干且呈均匀分布于熔融传导管组310的外侧，利用大量的换热翅片312提高传导管311的表面积从而提高换热效果，熔融传导管组310的内壁固定安装有红外温度感应器320，熔融传导管组310的底端固定连接有位于泵箱120内部的排气管330和驱动泵340，通过驱动泵340即可进行冷却的输送或通过自然风的泵入进行熔融传导管组310的换热控温；热处理机构400包括连续式热处理炉410和涡流线圈430，连续式热处理炉410的内侧开设有熔融液腔420，熔融液腔420、熔融导腔150和流道腔170的内部加注有金属钠，连续式热处理炉410的内壁嵌入安装有热导套层440，涡流线圈430呈螺旋套接于连续式热处理炉410的外侧，利用涡流线圈430对铸件和金属钠溶液的涡流感应加热，实现连续式热处理炉410内部钠溶液以及铸件的升温控制，将铸件温度控制于550±100℃保温1～8小时。

在该实施例中，熔融导腔150和流道腔170呈环状空腔结构且熔融导腔150和流道腔170的外周与熔融导腔150的内壁滑动抵接，驱动压板160呈环状，且驱动压板160为隔热板结构，驱动压板160的材料选自珍珠岩或蛭石夹层中的一种。

具体的，通过将熔融导腔150和流道腔170内部熔融后的金属钠溶液，推入熔融液腔420的内部，实现余热温度的传递，利用熔融传导管组310进行金属熔融钠溶液的传导进行铸件的温度传导，将铸件固化放热的部分热能通过钠熔融液的传导输送进入热处理机构400的内部。

在该实施例中，锁杆210的一侧设有锁止齿，扣接锁块220的表面开设有与扣接锁块220相适配的插孔，且扣接锁块220的内部活动安装有锁环221，锁环221的一侧固定安装有释放销222。

进一步的，锁环221的另一端固定连接有热膨弹片223，热膨弹片223为金属铜片材质构件，锁环221的内侧设有扣齿，当铸件温度传导至热铸造腔模100时，热量通过对热膨弹片223的传导加热，从而使得热膨弹片223热膨抵接锁环221的一端，使锁环221于锁杆210进行自动锁止。

具体的，利用热应力压板110和应力锁止机构200进行模具的锁止闭合，将铸造砂型及铸件锁止压合于热铸造腔模100的内部，保证铸件各部分在冷却过程中发生固态相变的时间和程度不同而产生形变应力的不良影响。

在该实施例中，热铸造腔模100和连续式热处理炉410的外侧设有隔热保温层，且隔热保温层为石棉或珍珠岩纤维板层，传导管311和换热翅片312为金属铜材质构件。

具体的，利用隔热保温层将热铸造腔模100和连续式热处理炉410内部温度进行保温控温，避免熔融钠溶液迅速冷却，提高能源利用率。

在该实施例中，红外温度感应器320的输出端电性连接有控制器，控制器为PLC控制器或单片机结构，控制器的输入端电连接有涡流发生器，且涡流发生器的端部与涡流线圈430的端部电连接。

具体的，利用红外温度感应器320实时监测熔融传导管组310的温度，并通过电信号控制连续式热处理炉410内部钠溶液的温度，充分进行铸件余温的利用，同时又有效地节约了冷却铸件所需的风冷或水冷的设备及有效地节约了能源消耗。

在该实施例中，驱动泵340为风泵或叶轮泵中的一种，且驱动泵340的出口端与控温箱300的内腔相连通，控温箱300的顶面设有泄压阀。

具体的，通过驱动泵340即可进行冷却的输送或通过自然风的泵入进行熔融传导管组310的换热控温，将金属钠溶液保持于指定温度，用于在热处理机构400的内部进行铸件的连续式热处理，避免铸件热应力造成铸件形变和冷裂。

在该实施例中，热导套层440为金属板结构，熔融液腔420为环状夹层空腔结构，熔融液腔420的顶端固定连接有联通管，且联通管的另一端与熔融导腔150的内腔相连通且位于驱动压板160的上方。

具体的，当驱动压板160推动熔融导腔150和流道腔170内部金属钠溶液推动泵送进入熔融液腔420内部后，利用联通管平衡熔融液腔420和熔融导腔150内部气压，便于钠溶液的推入。

本发明的工作原理及使用流程：

在热铸造腔模100的内部制作铸型砂芯130并封闭热铸造腔模100，利用热应力压板110周侧锁杆210插入扣接锁块220进行锁止，通过热应力压板110表面浇筑口进行浇铸铸造，铸件的大量热量通过热铸造腔模100的内壁传导至熔融导腔150和流道腔170内部，对金属钠进行热传导熔融，并逐渐熔融熔融传导管组310和熔融液腔420内部金属钠，铸造完成后待铸件温度600～800℃开箱，机械手清除大部分型砂和砂芯，去除浇冒口；

待铸件自然冷却至300～600℃装入热处理机构400，通过推杆140和驱动压板160的推动将熔融导腔150和流道腔170内部熔融钠液推送至熔融液腔420的内部，利用铸件余温进行熔融并输送至热处理机构400的内部为铸件热处理保温提供部分热能，充分进行铸件余温的利用，熔融钠液在熔融传导管组310的内部，通过驱动泵340泵送大流量气流通入控温箱300的内部对经传导管311和换热翅片312的换热导热实现钠溶液的控温，并通过红外温度感应器320进行实时温度监测，控制驱动泵340的泵入功率精确控制钠熔融液的温度，并控制涡流线圈430的工作功率，对连续式热处理炉410内部钠溶液以及铸件的升温控制，将铸件温度控制于550±100℃保温1～8小时，再经热处理机构400缓慢冷却到200℃以下出炉空冷到室温。

在本发明中,术语“多个”则指两个或两个以上,除非另有明确的限定。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解,例如，“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;“相连”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，当元件被称为“装配于”、“安装于”、“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.特种铸钢件加工用自动控温模具，其特征在于，包括：热铸造腔模（100）、控温箱（300）和热处理机构（400），所述热铸造腔模（100）的顶面设有热应力压板（110），所述热铸造腔模（100）的底端固定安装有泵箱（120），所述热铸造腔模（100）和热应力压板（110）的周侧设有应力锁止机构（200），所述应力锁止机构（200）包括分别固定于热应力压板（110）表面的锁杆（210）和固定于热铸造腔模（100）表面的扣接锁块（220）；

所述热铸造腔模（100）的内部设有铸型砂芯（130），所述热铸造腔模（100）的内壁开设有熔融导腔（150）和流道腔（170），所述热应力压板（110）的顶面固定安装有推杆（140），所述推杆（140）的底端固定安装有驱动压板（160），所述驱动压板（160）滑动安装于熔融导腔（150）的内部；

所述控温箱（300）的内部设有熔融传导管组（310），所述熔融传导管组（310）的两端分别与流道腔（170）和热处理机构（400）的内腔相连通，所述熔融传导管组（310）包括传导管（311）和换热翅片（312），所述换热翅片（312）的数量为若干且呈均匀分布于熔融传导管组（310）的外侧，所述熔融传导管组（310）的内壁固定安装有红外温度感应器（320），所述熔融传导管组（310）的底端固定连接有位于泵箱（120）内部的排气管（330）和驱动泵（340）；

所述热处理机构（400）包括连续式热处理炉（410）和涡流线圈（430），所述连续式热处理炉（410）的内侧开设有熔融液腔（420），所述熔融液腔（420）、熔融导腔（150）和流道腔（170）的内部加注有金属钠，所述连续式热处理炉（410）的内壁嵌入安装有热导套层（440），所述涡流线圈（430）呈螺旋套接于连续式热处理炉（410）的外侧。

2.根据权利要求1所述的特种铸钢件加工用自动控温模具，其特征在于，所述熔融导腔（150）和流道腔（170）呈环状空腔结构且熔融导腔（150）和流道腔（170）的外周与熔融导腔（150）的内壁滑动抵接，所述驱动压板（160）呈环状，且驱动压板（160）为隔热板结构，所述驱动压板（160）的材料选自珍珠岩或蛭石夹层中的一种。

3.根据权利要求1所述的特种铸钢件加工用自动控温模具，其特征在于，所述锁杆（210）的一侧设有锁止齿，所述扣接锁块（220）的表面开设有与扣接锁块（220）相适配的插孔，且扣接锁块（220）的内部活动安装有锁环（221），所述锁环（221）的一侧固定安装有释放销（222）。

4.根据权利要求3所述的特种铸钢件加工用自动控温模具，其特征在于，所述锁环（221）的另一端固定连接有热膨弹片（223），热膨弹片（223）为金属铜片材质构件，所述锁环（221）的内侧设有扣齿。

5.根据权利要求1所述的特种铸钢件加工用自动控温模具，其特征在于，所述热铸造腔模（100）和连续式热处理炉（410）的外侧设有隔热保温层，且隔热保温层为石棉或珍珠岩纤维板层，所述传导管（311）和换热翅片（312）为金属铜材质构件。

6.根据权利要求1所述的特种铸钢件加工用自动控温模具，其特征在于，所述红外温度感应器（320）的输出端电性连接有控制器，所述控制器为PLC控制器或单片机结构，所述控制器的输入端电连接有涡流发生器，且涡流发生器的端部与涡流线圈（430）的端部电连接。

7.根据权利要求1所述的特种铸钢件加工用自动控温模具，其特征在于，所述驱动泵（340）为风泵或叶轮泵中的一种，且驱动泵（340）的出口端与控温箱（300）的内腔相连通，所述控温箱（300）的顶面设有泄压阀。

8.根据权利要求1所述的特种铸钢件加工用自动控温模具，其特征在于，所述热导套层（440）为金属板结构，所述熔融液腔（420）为环状夹层空腔结构，所述熔融液腔（420）的顶端固定连接有联通管，且联通管的另一端与熔融导腔（150）的内腔相连通且位于驱动压板（160）的上方。

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