CN113909460A - 一种补偿式定向凝固用液态金属冷却装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于铸造冷却技术领域，具体涉及一种补偿式定向凝固用液态金属冷却装置，包括液态金属冷却液容器，以及可以手动拆分组合的补偿杆和带补偿装置的抽拉杆。本发明提供的补偿式定向凝固用液态金属冷却装置，能够针对铸件模壳与抽拉杆存在截面差，导致在定向凝固过程中随着铸件被拉入冷却介质，使液态金属冷却液溢出产生浪费的问题，通过手动选择需要进行补偿的截面积，对抽拉杆和铸件模壳的截面差进行补偿，从而减少液态金属冷却介质的损耗。

Description

一种补偿式定向凝固用液态金属冷却装置及方法

技术领域

本发明属于铸造冷却技术领域，特别涉及一种补偿式定向凝固用液态金属冷却装置及方法。

背景技术

随着高温合金在现代工业领域的使用不断增多，定向凝固技术的地位也越来越重要。采用定向凝固技术制备材料，可以有效地控制晶粒的生长取向，消除横向晶界，材料的纵向性能得到很大的提升。由于在定向凝固技术中温度梯度和凝固速率是影响晶体组织与性能的两个重要的参数。因此大量学者都致力于提高温度梯度来进一步推进定向凝固技术的发展。

定向凝固技术的革新，一直是朝着温度梯度不断提高，冷却速率不断加快的方向发展，由于液态金属冷却法定向凝固采用低熔点的液态金属合金液作为冷却介质，不仅具有较好的散热能力，还可以获得较高的温度梯度，从而得到广泛应用。

但实际定向凝固过程中，铸件模壳的截面积往往大于抽拉杆的截面积，这便导致在抽拉冷却过程中，随着铸件模壳浸入液态金属冷却液，会排出与其浸入和拉出液态金属冷却液体积之差等体积的液态金属，从而使得液态金属产生一定的损耗；其次，由于不同尺寸的铸件模壳往往与抽拉杆存在不同的截面积差，截面差越大，则每一次定向凝固过程液态金属的损耗越大；再次，现今使用较多的定向凝固设备，其抽拉杆往往不易更换，因此，不同于抽拉杆截面尺寸的铸件模壳在定向凝固时，每一次模壳尺寸的变更都会或多或少的对造价昂贵的液态金属冷却液造成浪费。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种补偿式定向凝固用液态金属冷却装置及方法，能够针对由于铸件模壳与抽拉杆之间存在截面差，导致在定向凝固过程中随着铸件被拉入冷却介质，而导致液态金属冷却液溢出产生浪费的问题，通过手动选择需要进行补偿的截面积，对抽拉杆和铸件模壳的截面差进行补偿，从而减少液态金属冷却介质的损耗。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种补偿式定向凝固用液态金属冷却装置，包括液态金属冷却液容器和补偿装置，所述液态金属冷却液容器的壁面有若干开孔，所述补偿装置包括与所述开孔内壁贴合且能沿所述开孔移入或者移出液态金属冷却液容器的可拆装的杆件，通过组合不同杆件的移出，减小液态金属冷却液容器内部空间，且减小的内部空间容积等于由于定向凝固用铸件模壳置入液态金属冷却液容器后挤出的液态金属冷却液的体积。

进一步地，所述液态金属冷却液容器为筒状结构，所述开孔位于其底面。

进一步地，各所述开孔的孔径不同。

进一步地，所述开孔包括中心孔和边缘孔，所述补偿装置包括底板，在底板设置有一个抽拉杆和若干可拆装的补偿杆，抽拉杆穿入中心孔，截面大小与中心孔匹配；补偿杆穿入边缘孔，截面大小与边缘孔匹配。

进一步地，所述底板上设置有若干联接螺柱一，所述补偿杆的一端为联接螺柱二，联接螺柱二与联接螺柱一通过紧固螺母联接。

进一步地，所述定向凝固用铸件模壳为直径5mm～21mm的圆柱状模壳，所述抽拉杆的直径为5mm，所述补偿杆的数量和直径使得其组合能够消除由于定向凝固用铸件模壳和抽拉杆之间存在截面积尺寸之差，造成的液态金属冷却液溢出。

进一步地，所述定向凝固用铸件模壳的置入方向与杆件的移出方向平行。

本发明还提供了基于所述补偿式定向凝固用液态金属冷却装置的冷却方法，包括：

计算定向凝固用铸件模壳的体积；

计算待移出杆件或杆件组合的体积，使得其与定向凝固用铸件模壳的体积相同；

在定向凝固用铸件模壳置入液态金属冷却液容器的同时，将所述待移出杆件或杆件组合移出液态金属冷却液容器。

进一步地，通过保持所述待移出杆件或杆件组合的连接状态，拆卸其它杆件的连接，实现将所述待移出杆件或杆件组合移出液态金属冷却液容器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明提供的一种补偿式定向凝固用液态金属冷却装置，可以根据实际定向凝固过程中，所使用铸件模壳和抽拉杆的截面积尺寸之差，灵活选择紧固联接不同截面尺寸的补偿杆，有效消除由于铸件模壳和抽拉杆之间存在截面积尺寸之差，造成的液态金属冷却液溢出产生的损耗。

综上，本发明通过提供的一种补偿式定向凝固用液态金属冷却装置，操作简便，调整灵活，可以显著减少定向凝固生产过程中人力物力财力的消耗。

附图说明

图1为该补偿式定向凝固用液态金属冷却装置整体示意图。

图2为该补偿式定向凝固用液态金属冷却装置的液态金属冷却液容器的结构图。

图3为该补偿式定向凝固用液态金属冷却装置的带补偿装置的抽拉杆的结构图。

图4为该补偿式定向凝固用液态金属冷却装置的可以灵活拆分组合的补偿杆的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。

如图1所示，本发明为一种补偿式定向凝固用液态金属冷却装置，包括液态金属冷却液容器1以及其补偿装置2。示例地，液态金属冷却液为Ga-In-Sn液态合金液。

其中，液态金属冷却液容器1的壁面有若干开孔，补偿装置2包括若干可灵活拆装的杆件以及与这些杆件连接的必要的操作部。杆件与开孔的内壁贴合，且能在操作部的带动下，沿开孔移入或者移出液态金属冷却液容器1。

由于定向凝固用铸件模壳置入液态金属冷却液容器1，必然能够挤出一部分液态金属冷却液，挤出的体积等于定向凝固用铸件模壳的体积。本发明通过组合不同杆件的移出，减小液态金属冷却液容器1内部空间，且减小的内部空间容积等于挤出的液态金属冷却液的体积。

示例地，定向凝固用铸件模壳的置入方向与杆件的移出方向平行，并可利用定向凝固用铸件模壳压迫需要移出的杆件，以使得相应的杆件受压移出。

在本发明的实施例中，参考图2，液态金属冷却液容器1采用筒状结构，用来盛放液态金属冷却液。开孔位于其底面，其中底面中心开有一个中心孔1-1，边缘开有若干边缘孔1-2，本实施例中边缘孔1-2的数量具体为16个，16个边缘孔1-2的孔径各不相同，各边缘孔1-2可沿周向均匀分布。

相应地，参考图3，补偿装置2为一体化结构，包括底板2-3，在底板2-3设置有一个抽拉杆2-1和16个可拆装的补偿杆3，抽拉杆2-1穿入中心孔1-1，截面大小与中心孔1-1匹配；补偿杆3一一穿入边缘孔1-2，且截面大小与边缘孔1-2一一匹配。为实现杆件的可拆装，在底板2-3上设置有若干联接螺柱一2-2。

参考图4，补偿杆3的一端为联接螺柱二3-1，联接螺柱二3-1与联接螺柱一2-2通过紧固螺母3-2联接。示例地，本发明装置的各部件材质均为普通不锈钢。各联接螺柱均为M5的螺柱。紧固螺母3-2为与联接螺柱相匹配的M5的螺母。

在本发明的一个实施例中，定向凝固用铸件模壳为直径5mm～21mm的圆柱状模壳，抽拉杆2-1的直径为5mm，即抽拉杆2-1的截面积为25πmm²。各补偿杆3的直径分布使得其组合能够消除由于定向凝固用铸件模壳和抽拉杆2-1之间存在截面积尺寸之差，造成的液态金属冷却液溢出。示例地，各补偿杆3的截面积补偿部分直径如下表：

编号	直径(mm)	编号	直径(mm)
				1	3.32	9	5.20
2	3.61	10	5.39
				3	3.87	11	5.57
4	4.12	12	5.74
				5	4.36	13	5.92
6	4.58	14	6.08
				7	4.80	15	6.24
8	5.00	16	6.40

本发明基于所述补偿式定向凝固用液态金属冷却装置的冷却方法如下：

计算定向凝固用铸件模壳的体积；

计算待移出杆件或杆件组合的体积，使得其与定向凝固用铸件模壳的体积相同；

在定向凝固用铸件模壳置入液态金属冷却液容器1的同时，将所述待移出杆件或杆件组合移出液态金属冷却液容器1。

具体地，可通过保持所述待移出杆件或杆件组合的连接状态，拆卸其它杆件的连接，实现将所述待移出杆件或杆件组合移出液态金属冷却液容器1。

由此，本发明提供的一种补偿式定向凝固用液态金属冷却装置，可以根据实际定向凝固过程中，所使用铸件模壳和抽拉杆的截面积尺寸之差，灵活选择紧固联接不同截面尺寸的补偿杆，有效消除由于铸件模壳和抽拉杆之间存在截面积尺寸之差，造成的液态金属冷却液溢出产生的损耗。以下是本发明的几个具体实施例。

实施例1

所需生产的铸件使用的定向凝固用铸件模壳为直径5mm的圆柱形模壳。

由于抽拉杆2-1本身直径为5mm，因此铸件模壳与抽拉杆2-1截面直径之差为0。在抽拉冷却过程中，随着铸件模壳浸入液态金属冷却液，其浸入和拉出液态金属冷却液体积之差为0。

因此，在抽拉开始前，根据截面差应选择松开底板2-3与补偿杆3之间的所有紧固螺母3-2，随着抽拉杆2-1向下抽拉，所有补偿杆3不动。

由于浸入和拉出液态金属冷却液的体积之差为0，不会排出液态金属冷却液，由此不会产生由于溢出造成的液态金属冷却液损耗。

实施例2

所需生产的铸件使用的定向凝固用铸件模壳为直径7mm的圆柱形模壳。

由于抽拉杆2-1本身直径为5mm，因此铸件模壳与抽拉杆2-1截面直径之差为2mm。在抽拉冷却过程中，随着铸件模壳浸入液态金属冷却液，其浸入和拉出液态金属冷却液的体积存在体积差。

因此，在抽拉开始前，根据截面差应选择紧固1#补偿杆和2#补偿杆与底板2-3之间的紧固螺母3-2，随着抽拉杆2-1向下抽拉，1#补偿杆和2#补偿杆随抽拉杆2-1同时抽离液态金属，其他补偿杆不动。

由于对浸入和拉出液态金属冷却液的体积之差进行了补偿，不会排出液态金属冷却液，由此不会产生由于溢出造成的液态金属冷却液损耗。

实施例3

所需生产的铸件使用的定向凝固用铸件模壳为直径21mm的圆柱形模壳。

由于抽拉杆2-1直径为5mm，因此铸件模壳与抽拉杆2-1截面直径之差为16mm。在抽拉冷却过程中，随着铸件模壳浸入液态金属冷却液，其浸入和拉出液态金属冷却液的体积存在体积差。

因此，在抽拉开始前，根据截面差应选择紧固所有补偿杆与底板2-3之间的紧固螺母3-2，随着抽拉杆2-1向下抽拉，所有补偿杆3随抽拉杆2-1同时抽离液态金属。

由于对浸入和拉出液态金属冷却液的体积之差进行了补偿，不会排出液态金属冷却液，由此不会产生由于溢出造成的液态金属冷却液损耗。

以上所述仅为本发明的三种具体实施方式，不是全部或唯一的实施方式，本领域技术人员通过阅读本发明说明书可以对发明技术方案采取任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种补偿式定向凝固用液态金属冷却装置，包括液态金属冷却液容器(1)和补偿装置(2)，其特征在于：所述液态金属冷却液容器(1)的壁面有若干开孔，所述补偿装置(2)包括与所述开孔内壁贴合且能沿所述开孔移入或者移出液态金属冷却液容器(1)的可拆装的杆件，通过组合不同杆件的移出，减小液态金属冷却液容器(1)内部空间，且减小的内部空间容积等于由于定向凝固用铸件模壳置入液态金属冷却液容器(1)后挤出的液态金属冷却液的体积。

2.根据权利要求1所述补偿式定向凝固用液态金属冷却装置，其特征在于，所述液态金属冷却液容器(1)为筒状结构，所述开孔位于其底面。

3.根据权利要求1或2所述补偿式定向凝固用液态金属冷却装置，其特征在于，各所述开孔的孔径不同。

4.根据权利要求1所述补偿式定向凝固用液态金属冷却装置，其特征在于，所述开孔包括中心孔(1-1)和边缘孔(1-2)，所述补偿装置(2)包括底板(2-3)，在底板(2-3)设置有一个抽拉杆(2-1)和若干可拆装的补偿杆(3)，抽拉杆(2-1)穿入中心孔(1-1)，截面大小与中心孔(1-1)匹配；补偿杆(3)穿入边缘孔(1-2)，截面大小与边缘孔(1-2)匹配。

5.根据权利要求4所述补偿式定向凝固用液态金属冷却装置，其特征在于，所述底板(2-3)上设置有若干联接螺柱一(2-2)，所述补偿杆(3)的一端为联接螺柱二(3-1)，联接螺柱二(3-1)与联接螺柱一(2-2)通过紧固螺母(3-2)联接。

6.根据权利要求4或5所述补偿式定向凝固用液态金属冷却装置，其特征在于，所述定向凝固用铸件模壳为直径5mm～21mm的圆柱状模壳，所述抽拉杆(2-1)的直径为5mm，所述补偿杆(3)的数量和直径使得其组合能够消除由于定向凝固用铸件模壳和抽拉杆(2-1)之间存在截面积尺寸之差，造成的液态金属冷却液溢出。

7.根据权利要求1所述补偿式定向凝固用液态金属冷却装置，其特征在于，所述定向凝固用铸件模壳的置入方向与杆件的移出方向平行。

8.基于权利要求1所述补偿式定向凝固用液态金属冷却装置的冷却方法，其特征在于：

计算定向凝固用铸件模壳的体积；

计算待移出杆件或杆件组合的体积，使得其与定向凝固用铸件模壳的体积相同；

在定向凝固用铸件模壳置入液态金属冷却液容器(1)的同时，将所述待移出杆件或杆件组合移出液态金属冷却液容器(1)。

9.基于权利要求1所述补偿式定向凝固用液态金属冷却装置的冷却方法，其特征在于：通过保持所述待移出杆件或杆件组合的连接状态，拆卸其它杆件的连接，实现将所述待移出杆件或杆件组合移出液态金属冷却液容器(1)。

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