CN115945638A - 一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台及使用方法 - Google Patents
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Abstract
一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台及使用方法，属于冷冻砂型切削加工辅助装置技术领域，本发明为了解决现有大尺寸冷冻砂型在进行切削工作中容易受温度回升的因素影响，导致大尺寸冷冻砂型的切削工艺流程长、切削精度低、切削效率低以及切削成本高的问题，本申请提供的一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台包括平台主体和外部框架，还包括制冷机、预埋式冷却系统、冷气回流分流管和冷气输出分流管；预埋式冷却系统包括冷冻砂型预制块预埋组件和平台主体预埋组件，冷冻砂型预制块预埋组件预埋在冷冻砂型预制块中，平台主体预埋组件预埋在平台主体中，本申请主要用作大尺寸冷冻砂型预制块的切削过程以及后续熔炼浇注过程中的冷却装置。
Description
技术领域
本发明属于冷冻砂型切削加工辅助装置技术领域，具体涉及一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台及使用方法。
背景技术
目前，大尺寸冷冻砂型在进行切削过程中主要是通过对冷冻砂型预制块提前进行切削过程中温度变化的经验测定，并根据经验，在对初始温度为设定温度的冷冻砂型进行切削一定时间后，由于砂型温度上升、砂型强度降低，需要将冷冻砂型重新冰冻至许可温度，然后取出再次固定及再次切削，对于大尺寸冷冻砂型制备，这一工艺流程需要重复多次，这就导致切削定位容易出现偏差，切削精度有所降低；同时，导致工艺流程长、冷冻砂型制备效率低、生产成本高等问题。目前相关报道的延长切削冷冻砂型时间的方法，主要以热辐射或表面接触冷却方法为主，这类方法对于大尺寸砂型来说，只能使表面得到降温，但是对于砂型内部降温效果却很差，砂型存在严重的温度梯度，导致切削时砂型局部强度不均匀，砂型精度低，不仅如此，这类方法还存在降温效率低，耗时长，资源浪费大等一系列问题。
综上所述，针对目前现有大尺寸冷冻砂型切削方法及装置存在的工艺流程长、精度低、效率低、成本高等问题，需要提出一种全新的大尺寸冷冻砂型切削方法及装置来满足所有需求，延长大尺寸冷冻砂型一次切削时间，实现大尺寸冷冻砂型一次整体切削成形，缩短工艺流程，降低生产成本，提高生产效率和制备精度。
发明内容
本发明为了解决现有大尺寸冷冻砂型在进行切削工作中容易受温度回升的因素影响，导致大尺寸冷冻砂型的切削工艺流程长、切削精度低、切削效率低以及切削成本高的问题，进而研发一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台及使用方法；
一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台，所述切削平台包括平台主体和外部框架，所述切削平台还包括制冷机、预埋式冷却系统、冷气回流分流管和冷气输出分流管；
所述预埋式冷却系统包括冷冻砂型预制块预埋组件和平台主体预埋组件，冷冻砂型预制块预埋组件预埋在冷冻砂型预制块中，平台主体预埋组件预埋在平台主体中；
所述冷气回流分流管包括一个冷气回流端和多个冷气进入端；
所述冷气输出分流管包括一个冷气输入端和多个冷气输出端；
所述外部框架设置在平台主体的上表面上，且外部框架与平台主体拆卸连接，冷冻砂型预制块设置在外部框架的内部，冷冻砂型预制块通过外部框架固定在平台主体上，制冷机设置在外部框架外部，制冷机的冷气输出口上设有冷气输出分流管，冷气输出分流管中的冷气输入端与制冷机的冷气输出口连通设置，冷气输出分流管中的每个冷气输出端与预埋式冷却系统中冷冻砂型预制块预埋组件的冷气进入端或平台主体预埋组件的冷气进入端连通设置，制冷机的冷气回流口上设有冷气回流分流管，冷气回流分流管中的冷气回流端与制冷机的冷气回流口连通设置，冷气回流分流管中的每个冷气进入端与预埋式冷却系统中冷冻砂型预制块预埋组件的冷气排出端或平台主体预埋组件的冷气排出端连通设置；
进一步地，平台主体预埋组件包括一个水平铜板外壳和一个水平蛇形冷却盘管，水平蛇形冷却盘管嵌装在水平铜板外壳中，水平铜板外壳预埋在平台主体中，水平蛇形冷却盘管的进气端依次穿过水平铜板外壳和平台主体并与冷气输出分流管中的一个冷气输出端连通设置，水平蛇形冷却盘管的出气端依次穿过水平铜板外壳和平台主体并与冷气回流分流管中的一个冷气进入端连通设置；
进一步地，所述冷冻砂型预制块为四方体结构；
进一步地，所述冷冻砂型预制块预埋组件包括四个冷却预埋单元，四个冷却预埋单元沿的周向等距预埋在冷冻砂型预制块中，且每个冷却预埋单元与冷冻砂型预制块的一侧侧壁对应设置；
进一步地，所述冷却预埋单元包括一个立式铜板外壳和一个立式蛇形冷却盘管，立式蛇形冷却盘管嵌装在立式铜板外壳中，立式铜板外壳预埋在冷冻砂型预制块中，立式蛇形冷却盘管的进气端依次穿过立式铜板外壳和冷冻砂型预制块并与冷气输出分流管中的一个冷气输出端连通设置，立式蛇形冷却盘管的出气端依次穿过立式铜板外壳和冷冻砂型预制块并与冷气回流分流管中的一个冷气进入端连通设置；
进一步地，所述冷冻砂型预制块为圆柱体结构；
进一步地，所述冷冻砂型预制块预埋组件包括圆筒状铜板外壳和圆筒状冷却盘管，圆筒状冷却盘管嵌装在圆筒状铜板外壳中，圆筒状铜板外壳预埋在冷冻砂型预制块中，圆筒状冷却盘管的进气端依次穿过圆筒状铜板外壳和冷冻砂型预制块并与冷气输出分流管中的一个冷气输出端连通设置，圆筒状冷却盘管的出气端依次穿过圆筒状铜板外壳和冷冻砂型预制块并与冷气回流分流管中的一个冷气进入端连通设置；
进一步地，所述预埋式冷却系统工作时的冷却温度的范围为-40℃～0℃；
进一步地，所述冷冻砂型预制块的初始温度低于0℃，冷冻砂型预制块的材料为硅砂和水的混合物，铬铁矿砂和水的混合物，锆英砂和水的混合物或石英砂和水的混合物；
一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台的使用方法，所述使用方法是通过以下步骤实现的：
步骤一：将砂型材料和水按照比例进行搅拌混合，在将混合材料压制成预制块时将冷冻砂型预制块预埋组件预埋其中；
步骤二：将步骤一中预埋有冷冻砂型预制块预埋组件的砂型预制块放进冷柜进行冰冻，冷柜设定温度低于0℃，当冷冻砂型预制块整体温度达到设定温度时，将冷冻砂型预制块从冰柜中取出；
步骤三：将步骤二中从冰柜中取出的冷冻砂型预制块放置在平台主体上，并利用外部框架对冷冻砂型预制块进行固定，同时将预埋在平台主体中的平台主体预埋组件和预埋在冷冻砂型预制块中的冷冻砂型预制块预埋组件通过冷气回流分流管和冷气输出分流管与制冷机相连；
步骤四：启动制冷机，使制冷机通过冷气回流分流管和冷气输出分流管在平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件中进行冷气循环，设定制冷机的工作功率，并保证平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件在工作时冷却温度稳定保持在-40℃～0℃温度区间中任意一温度值；
步骤五：在步骤四中平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件均处于工作的状态下，利用切削机构对冷冻砂型预制块进行切削处理，直至将冷冻砂型预制块切削至目标冷冻砂型型腔；
步骤六：待步骤五切削工作全部完成后，先关闭制冷机，使制冷机停止制冷，再将冷气回流分流管和冷气输出分流管从目标冷冻砂型型腔中拆卸下来，最后将所得的目标冷冻砂型型腔用于熔炼浇注；
步骤七：将步骤六中加工好的目标冷冻砂型型腔移动至熔炼浇注区域，再将冷气回流分流管和冷气输出分流管重新连接至目标冷冻砂型型腔上，同时启动制冷机，使冷量在预埋于目标冷冻砂型型腔中的四个冷却预埋单元中进行有效循环，并在目标冷冻砂型型腔处于冷却的环境下进行浇注工作；
步骤八：待使用本发明所制备的目标冷冻砂型型腔浇注铸件完成后，可将预埋在冷冻砂型型腔中的冷冻砂型预制块预埋组件取出并进行重复利用。。
本申请相对于现有技术所产生的有益效果：
本发明提出的一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台及使用方法，能够对切削过程中的冷冻砂型进行快速降温的同时完成砂型的切削制备，延长大尺寸冷冻砂型的一次可切削时间，实现大尺寸冷冻砂型一次整体切削成形，避免砂型多次重复冷冻-重复切削工艺，避免因多次搬动砂型、固定砂型产生偏差而导致砂型精度降低，同时可以缩短冷冻砂型制备工艺流程，降低生产成本，提高生产效率和制备精度；
本发明提出的一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台其中的预埋式冷却系统分为两部分，一部分为冷冻砂型预制块预埋组件，另一部分为平台主体预埋组件，其中冷冻砂型预制块预埋组件设置在冷冻砂型预制块中，能够实现从砂型内部进行直接快速降温，平台主体预埋组件设置在平台主体中可以与砂型底部接触快速降温，本申请将两种降温方式的优势结合，降温效果更加直接有效，相比于传统热辐射或接触式单一方式降温，本发明降温效果更快。另外，本发明的预埋式冷却系统不仅可以在砂型切削制备中使用，还可以再合金浇注铸造过程使用，对砂型降温，实现合金的快速凝固，提高合金铸件的性能。
附图说明
图1是本发明所述带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台的主视连接示意图(冷冻砂型预制块为四方体结构)；
图2是本发明所述带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台的俯视连接示意图(冷冻砂型预制块为四方体结构)；
图3是本发明所述带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台的俯视连接示意图(冷冻砂型预制块为圆柱体结构)；
图4是本发明所述带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台中冷却预埋单元的结构示意图。
图中1平台主体、2外部框架、3制冷机、4预埋式冷却系统、41立式铜板外壳、42立式蛇形冷却盘管、43圆筒状铜板外壳、44圆筒状冷却盘管、5冷冻砂型预制块、6冷气回流分流管和7冷气输出分流管。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式中提供了一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台，所述切削平台包括平台主体1和外部框架2，所述切削平台还包括制冷机3、预埋式冷却系统4、冷气回流分流管6和冷气输出分流管7；
所述预埋式冷却系统4包括冷冻砂型预制块预埋组件和平台主体预埋组件，冷冻砂型预制块预埋组件预埋在冷冻砂型预制块5中，平台主体预埋组件预埋在平台主体1中；
所述冷气回流分流管6包括一个冷气回流端和多个冷气进入端；
所述冷气输出分流管7包括一个冷气输入端和多个冷气输出端；
所述外部框架2设置在平台主体1的上表面上，且外部框架2与平台主体1拆卸连接，冷冻砂型预制块5设置在外部框架2的内部，冷冻砂型预制块5通过外部框架2固定在平台主体1上，制冷机3设置在外部框架2外部，制冷机3的冷气输出口上设有冷气输出分流管7，冷气输出分流管7中的冷气输入端与制冷机3的冷气输出口连通设置，冷气输出分流管7中的每个冷气输出端与预埋式冷却系统4中冷冻砂型预制块预埋组件的冷气进入端或平台主体预埋组件的冷气进入端连通设置，制冷机3的冷气回流口上设有冷气回流分流管6，冷气回流分流管6中的冷气回流端与制冷机3的冷气回流口连通设置，冷气回流分流管6中的每个冷气进入端与预埋式冷却系统4中冷冻砂型预制块预埋组件的冷气排出端或平台主体预埋组件的冷气排出端连通设置。
本实施方式中，所提供的带有预埋式冷却系统的工作平台是针对于大尺寸的冷冻砂型预制块切削工作时的载物平台，通过外部框架2对冷冻砂型预制块5进行定位，保证冷冻砂型预制块5在进行切削工作时的稳定性，本申请中针对于冷冻砂型预制块5进行切削的目的是通过在冷冻砂型预制块5切削出目标型腔并将切削后的冷冻砂型用于浇筑铸件的模具，因此在切削后的冷冻砂型内部边缘处还是具有实体部分，这就为本申请所要进行预埋冷却系统提供了有利空间，本申请中的平台主体1的上表面均布设有多个安装螺纹孔，在外部框架2的底部边缘处加工有外沿，在外沿上对应加工有多个连接孔，且每个连接孔与一个安装螺纹孔同轴对应，并通过螺栓螺母组件将外部框架2与工作平台1拆卸连接，外部框架2具有两种形态，一种是纯框架体结构，这种结构制作成本较低，仅能起到良好的限位作用，另一种是在框架结构上增设保温板，这种结构制作成本较高，并且也可以增大对冷冻砂型的周向限位能力，同时具有保温防止冷量扩散的效果，在实际加工中，施工人员可以进行自行选择；
本申请中预埋式冷却系统4分为两部分，一部分在冷冻砂型预制块5的制备过程中直接预埋在冷冻砂型预制块中，在工作时可以实现从砂型内部进行直接快速降温，另一部分预埋在平台主体1中，在工作时可以实现通过接触式的热传导方式对砂型进行底部降温，通过将两种降温方式结合后的冷却系统，在工作中冷却的效果更加明显，更加稳定，同时冷却速度相对于传动的方式更快，而且采用本申请冷却系统的布置方式，冷量扩散的更为均匀，由于在本申请中的冷却系统时预埋在预制块和平台主体中，外部所能看到的部分仅留有冷气进气管和冷气出气管用于与冷气回流分流管6和冷气输出分流管7进行连接，为了保证连接的稳定性，可以在冷却系统的冷气进气管和冷气出气管的外壁上加工有外螺纹，同时在冷气回流分流管6和冷气输出分流管7上的对应管段的端部安装螺纹连接头，通过所螺纹连接的方式，一方面可以保证冷量传输的稳定性，另一方面便于安装和拆卸，伴随着冷却系统的管路连接，对于外部框架2的结构也有所要求，如果外部框架2采用纯框架结构，可以从框架的镂空处直接连接，如果外部框架2外部设有板体结构，需要在板体上加工有走管孔，保证管体可以通过，走管孔的孔径可以略大，便于工作人员连接管体。
具体实施方式二：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于，所述平台主体预埋组件包括一个水平铜板外壳和一个水平蛇形冷却盘管，水平蛇形冷却盘管嵌装在水平铜板外壳中，水平铜板外壳预埋在平台主体1中，水平蛇形冷却盘管的进气端依次穿过水平铜板外壳和平台主体1并与冷气输出分流管7中的一个冷气输出端连通设置，水平蛇形冷却盘管的出气端依次穿过水平铜板外壳和平台主体1并与冷气回流分流管6中的一个冷气进入端连通设置。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
本实施方式中，平台主体预埋组件主要设置在平台主体1中，采用铜质为为何了冷却盘管的主材料，是利用了铜优良的导热性，在布置时平台主体1的上表面可以直接加工嵌槽，将水平铜板外壳布置在嵌槽中，使水平铜板外壳直接与预制块底部接触，这样布置方法冷量传递方法相对较好，但是长时间加工中容易使冷冻砂型与铜板表面粘连，需要预先垫设隔纸，另一种方式是在平台主体1的侧部加工槽体，将水平铜板外壳从侧部插入到平台主体1中进行冷量传递。
具体实施方式三：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二不同点在于，所述冷冻砂型预制块5为四方体结构。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。
本实施方式中，冷冻砂型预制块为四方体形状，最短边尺寸不低于1m，为大尺寸冷冻砂型预制块，考虑到后期需要对冷冻砂型预制块进行切削并制成模具，四方体结构作为坯料形态较为常见，可进行操作性高，制作成本相对于其他形态较为简便，是本领域中常用的冷冻砂型形态。
具体实施方式四：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式三不同点在于，所述冷冻砂型预制块预埋组件包括四个冷却预埋单元，四个冷却预埋单元沿的周向等距预埋在冷冻砂型预制块5中，且每个冷却预埋单元与冷冻砂型预制块5的一侧侧壁对应设置。其它组成和连接方式与具体实施方式三相同。
如此设置，可以保证冷冻砂型预制块预埋组件均匀的从内部释放冷量，冷量由四周集中向内进行辐射，一方面保证了冷量释放的稳定性，另一方面由多个释放源进行同步释放，也可以提高冷却的速率。
具体实施方式五：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式四不同点在于，所述冷却预埋单元包括一个立式铜板外壳41和一个立式蛇形冷却盘管42，立式蛇形冷却盘管42嵌装在立式铜板外壳41中，立式铜板外壳41预埋在冷冻砂型预制块5中，立式蛇形冷却盘管42的进气端依次穿过立式铜板外壳41和冷冻砂型预制块5并与冷气输出分流管7中的一个冷气输出端连通设置，立式蛇形冷却盘管42的出气端依次穿过立式铜板外壳41和冷冻砂型预制块5并与冷气回流分流管6中的一个冷气进入端连通设置。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。
本实施方式中，冷却预埋单元的结构与平台主体预埋组件结构相近，只不过冷却预埋单元在进行工作时是向周围均匀释放冷量，所作用的区域更广属于直接进行冷量传递。
具体实施方式六：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二不同点在于，所述冷冻砂型预制块5为圆柱体结构。其它组成和连接方式与具体实施方式五相同。
本实施方式中，冷冻砂型预制块为圆柱体形状时，直径不低于1m，为大尺寸冷冻砂型预制块。
具体实施方式七：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式六不同点在于，所述冷冻砂型预制块预埋组件包括圆筒状铜板外壳43和圆筒状冷却盘管44，圆筒状冷却盘管44嵌装在圆筒状铜板外壳43中，圆筒状铜板外壳43预埋在冷冻砂型预制块5中，圆筒状冷却盘管44的进气端依次穿过圆筒状铜板外壳43和冷冻砂型预制块5并与冷气输出分流管7中的一个冷气输出端连通设置，圆筒状冷却盘管44的出气端依次穿过圆筒状铜板外壳43和冷冻砂型预制块5并与冷气回流分流管6中的一个冷气进入端连通设置。其它组成和连接方式与具体实施方式六相同。
本实施方式中，改变铜板外壳和冷却盘管的结构是为了使冷却结构更加适用于冷冻砂型预制块5的形态结构，进而提高冷却效果和冷却稳定性，相比于四方体结构中的冷冻砂型预制块预埋组件，本申请的结构更加具备整体性，其目的也是实现向中心进行冷量传递的效果。
具体实施方式八：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二不同点在于，所述预埋式冷却系统4工作时的冷却温度的范围为-40℃～0℃。其它组成和连接方式与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式二不同点在于，所述冷冻砂型预制块5的初始温度低于0℃，冷冻砂型预制块5的材料为硅砂和水的混合物，铬铁矿砂和水的混合物，锆英砂和水的混合物或石英砂和水的混合物。其它组成和连接方式与具体实施方式七相同。
具体实施方式十：结合图1至图4说明本实施方式，本实施方式中提供了一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台的使用方法，所述使用方法是通过以下步骤实现的：
步骤一：将砂型材料和水按照比例进行搅拌混合，在将混合材料压制成预制块时将冷冻砂型预制块预埋组件预埋其中；
步骤二：将步骤一中预埋有冷冻砂型预制块预埋组件的砂型预制块放进冷柜进行冰冻，冷柜设定温度低于0℃，当冷冻砂型预制块5整体温度达到设定温度时，将冷冻砂型预制块5从冰柜中取出；
步骤三：将步骤二中从冰柜中取出的冷冻砂型预制块5放置在平台主体1上，并利用外部框架2对冷冻砂型预制块5进行固定，同时将预埋在平台主体1中的平台主体预埋组件和预埋在冷冻砂型预制块5中的冷冻砂型预制块预埋组件通过冷气回流分流管6和冷气输出分流管7与制冷机3相连；
步骤四：启动制冷机3，使制冷机3通过冷气回流分流管6和冷气输出分流管7在平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件中进行冷气循环，设定制冷机3的工作功率，并保证平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件在工作时冷却温度稳定保持在-40℃～0℃温度区间中任意一温度值；
步骤五：在步骤四中平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件均处于工作的状态下，利用切削机构对冷冻砂型预制块5进行切削处理，直至将冷冻砂型预制块5切削至目标冷冻砂型型腔；
步骤六：待步骤五切削工作全部完成后，先关闭制冷机3，使制冷机3停止制冷，再将冷气回流分流管6和冷气输出分流管7从目标冷冻砂型型腔中拆卸下来，最后将所得的目标冷冻砂型型腔用于熔炼浇注；
步骤七：将步骤六中加工好的目标冷冻砂型型腔移动至熔炼浇注区域，再将冷气回流分流管6和冷气输出分流管7重新连接至目标冷冻砂型型腔上，同时启动制冷机3，使冷量在预埋于目标冷冻砂型型腔中的四个冷却预埋单元中进行有效循环，并在目标冷冻砂型型腔处于冷却的环境下进行浇注工作；
步骤八：待使用本发明所制备的目标冷冻砂型型腔浇注铸件完成后，可将预埋在冷冻砂型型腔中的冷冻砂型预制块预埋组件取出并进行重复利用。
本实施方式中，砂型材料和水的混合比例为90％～99％：1％～10％的配比范围区间中的任意一种，值得注意的是由于受到熔炼浇注工序时长的影响，步骤六中所得的目标冷冻砂型型腔在制作完成后，可能无法直接进行熔炼浇注，为了保证目标冷冻砂型型腔在使用时的稳定性，可以先将未及时使用的目标冷冻砂型型腔移动至冷柜中进行保存，待需要时使用时再将其从冷柜中取出用于熔炼浇注工作。
本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。
实施例
实施例1
步骤一：将硅砂和水按照所需要94:6进行混合，在压制成四方体预制块时预埋4个面的4个冷却预埋单元，砂型尺寸为1500mm*1500mm*1500mm，每个冷却预埋单元中立式铜质外壳的尺寸为1000mm*1000mm*50mm；
步骤二：将预埋了冷却系统的砂型预制块放进冷柜进行冰冻，温度设定为-20℃，至冷冻砂型预制块5整体温度达到设定温度时，将其取出；
步骤三：将取出的冷冻砂型预制块5放置在切削工作台，并利用外部框架2对冷冻砂型预制块5进行固定，同时将预埋在平台主体1中的平台主体预埋组件和预埋在冷冻砂型预制块5中的冷冻砂型预制块预埋组件通过冷气回流分流管6和冷气输出分流管7与制冷机3相连，外部框架2采用布置保温板的框架结构；
步骤四：启动制冷机3，使制冷机3通过冷气回流分流管6和冷气输出分流管7在平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件中进行冷气循环，设定制冷机3的工作功率，并保证平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件在工作时冷却温度稳定保持在-20℃；
步骤五：在步骤四中平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件均处于工作的状态下，利用切削机构对冷冻砂型预制块5进行切削处理，直至将冷冻砂型预制块5切削至目标冷冻砂型型腔，切削机构由机械臂及切削刀具组成；
步骤六：待步骤五切削工作全部完成后，先关闭制冷机3，使制冷机3停止制冷，再将冷气回流分流管6和冷气输出分流管7从目标冷冻砂型型腔中拆卸下来，最后将所得的目标冷冻砂型型腔用于熔炼浇注；
步骤七：将步骤六中加工好的目标冷冻砂型型腔移动至熔炼浇注区域，再将冷气回流分流管6和冷气输出分流管7重新连接至目标冷冻砂型型腔上，同时启动制冷机3，使冷量在预埋于目标冷冻砂型型腔中的四个冷却预埋单元中进行有效循环，并在目标冷冻砂型型腔处于冷却的环境下进行浇注工作；
步骤八：待使用本发明所制备的目标冷冻砂型型腔浇注铸件完成后，可将预埋在冷冻砂型型腔中的冷冻砂型预制块预埋组件取出并进行重复利用，冷冻砂型型腔在使用后就失去作用，可以直接进行外壁破碎取出原本预埋的冷却单元。
实施例2
步骤一：将铬铁矿砂和水按照所需要93:7进行混合，在压制成四方体预制块时预埋4个面的4个冷却预埋单元，砂型尺寸为1200mm*1200mm*1200mm，每个冷却预埋单元中立式铜质外壳的尺寸为900mm*900mm*30mm；
步骤二：将预埋了冷却系统的砂型预制块放进冷柜进行冰冻，温度设定为-30℃，至冷冻砂型预制块5整体温度达到设定温度时，将其取出；
步骤三：将取出的冷冻砂型预制块5放置在切削工作台，并利用外部框架2对冷冻砂型预制块5进行固定，同时将预埋在平台主体1中的平台主体预埋组件和预埋在冷冻砂型预制块5中的冷冻砂型预制块预埋组件通过冷气回流分流管6和冷气输出分流管7与制冷机3相连，外部框架2采用布置保温板的框架结构；
步骤四：启动制冷机3，使制冷机3通过冷气回流分流管6和冷气输出分流管7在平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件中进行冷气循环，设定制冷机3的工作功率，并保证平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件在工作时冷却温度稳定保持在-30℃；
步骤五：在步骤四中平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件均处于工作的状态下，利用切削机构对冷冻砂型预制块5进行切削处理，直至将冷冻砂型预制块5切削至目标冷冻砂型型腔，切削机构由机械臂及切削刀具组成；
步骤六：待步骤五切削工作全部完成后，先关闭制冷机3，使制冷机3停止制冷，再将冷气回流分流管6和冷气输出分流管7从目标冷冻砂型型腔中拆卸下来，最后将所得的目标冷冻砂型型腔用于熔炼浇注；
步骤七：将步骤六中加工好的目标冷冻砂型型腔移动至熔炼浇注区域，再将冷气回流分流管6和冷气输出分流管7重新连接至目标冷冻砂型型腔上，同时启动制冷机3，使冷量在预埋于目标冷冻砂型型腔中的四个冷却预埋单元中进行有效循环，并在目标冷冻砂型型腔处于冷却的环境下进行浇注工作；
步骤八：待使用本发明所制备的目标冷冻砂型型腔浇注铸件完成后，可将预埋在冷冻砂型型腔中的冷冻砂型预制块预埋组件取出并进行重复利用，冷冻砂型型腔在使用后就失去作用，可以直接进行外壁破碎取出原本预埋的冷却单元。
实施例3
步骤一：将硅砂和水按照所需要94:6进行混合，在压制成圆柱体预制块时预埋1个圆柱环形冷却系统，砂型直径为φ1500mm，高1500mm，预埋冷却系统中圆筒状铜板外壳43的尺寸外径为φ1200mm，内径φ*1000mm，高1200mm；
步骤二：将预埋了冷却系统的砂型预制块放进冷柜进行冰冻，温度设定为-40℃，至冷冻砂型预制块5整体温度达到设定温度时，将其取出；
步骤三：将取出的冷冻砂型预制块5放置在切削工作台，并利用外部框架2对冷冻砂型预制块5进行固定，同时将预埋在平台主体1中的平台主体预埋组件和预埋在冷冻砂型预制块5中的冷冻砂型预制块预埋组件通过冷气回流分流管6和冷气输出分流管7与制冷机3相连，外部框架2采用布置保温板的框架结构；
步骤四：启动制冷机3，使制冷机3通过冷气回流分流管6和冷气输出分流管7在平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件中进行冷气循环，设定制冷机3的工作功率，并保证平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件在工作时冷却温度稳定保持在-40℃；
步骤五：在步骤四中平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件均处于工作的状态下，利用切削机构对冷冻砂型预制块5进行切削处理，直至将冷冻砂型预制块5切削至目标冷冻砂型型腔，切削机构由机械臂及切削刀具组成；
步骤六：待步骤五切削工作全部完成后，先关闭制冷机3，使制冷机3停止制冷，再将冷气回流分流管6和冷气输出分流管7从目标冷冻砂型型腔中拆卸下来，最后将所得的目标冷冻砂型型腔用于熔炼浇注；
步骤七：将步骤六中加工好的目标冷冻砂型型腔移动至熔炼浇注区域，再将冷气回流分流管6和冷气输出分流管7重新连接至目标冷冻砂型型腔上，同时启动制冷机3，使冷量在预埋于目标冷冻砂型型腔中的四个冷却预埋单元中进行有效循环，并在目标冷冻砂型型腔处于冷却的环境下进行浇注工作；
步骤八：待使用本发明所制备的目标冷冻砂型型腔浇注铸件完成后，可将预埋在冷冻砂型型腔中的冷冻砂型预制块预埋组件取出并进行重复利用，冷冻砂型型腔在使用后就失去作用，可以直接进行外壁破碎取出原本预埋的冷却单元。
实施例4
步骤一：将铬铁矿砂和水按照所需要95:5进行混合，在压制成圆柱体预制块时预埋1个圆柱环形冷却系统，砂型直径为φ1300mm，高1300mm，预埋冷却系统中圆筒状铜板外壳43的尺寸外径为φ1100mm，内径φ*800mm，高1000mm；
步骤二：将预埋了冷却系统的砂型预制块放进冷柜进行冰冻，温度设定为-30℃，至冷冻砂型预制块5整体温度达到设定温度时，将其取出；
步骤三：将取出的冷冻砂型预制块5放置在切削工作台，并利用外部框架2对冷冻砂型预制块5进行固定，同时将预埋在平台主体1中的平台主体预埋组件和预埋在冷冻砂型预制块5中的冷冻砂型预制块预埋组件通过冷气回流分流管6和冷气输出分流管7与制冷机3相连，外部框架2采用布置保温板的框架结构；
步骤四：启动制冷机3，使制冷机3通过冷气回流分流管6和冷气输出分流管7在平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件中进行冷气循环，设定制冷机3的工作功率，并保证平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件在工作时冷却温度稳定保持在-30℃；
步骤五：在步骤四中平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件均处于工作的状态下，利用切削机构对冷冻砂型预制块5进行切削处理，直至将冷冻砂型预制块5切削至目标冷冻砂型型腔，切削机构由机械臂及切削刀具组成；
步骤六：待步骤五切削工作全部完成后，先关闭制冷机3，使制冷机3停止制冷，再将冷气回流分流管6和冷气输出分流管7从目标冷冻砂型型腔中拆卸下来，最后将所得的目标冷冻砂型型腔用于熔炼浇注；
步骤七：将步骤六中加工好的目标冷冻砂型型腔移动至熔炼浇注区域，再将冷气回流分流管6和冷气输出分流管7重新连接至目标冷冻砂型型腔上，同时启动制冷机3，使冷量在预埋于目标冷冻砂型型腔中的四个冷却预埋单元中进行有效循环，并在目标冷冻砂型型腔处于冷却的环境下进行浇注工作；
步骤八：待使用本发明所制备的目标冷冻砂型型腔浇注铸件完成后，可将预埋在冷冻砂型型腔中的冷冻砂型预制块预埋组件取出并进行重复利用，冷冻砂型型腔在使用后就失去作用，可以直接进行外壁破碎取出原本预埋的冷却单元。
以上四组实施例采用了不同形态、不同尺寸、不同材料配比的冷冻砂型预制块进行试验，并且在制备和切削过程中所冷却的温度均不相同，在上述四组实施例中，预埋式冷却系统完全达到了预期的冷却效果，随着切削工作的进行，冷冻砂型预制块并未出现回温胀形的情况，预制块整体保持度良好，可以进行连续切削工作，同时在切削工作结束后所形成模具雏形并未出现开裂情况，体征保存良好，模具雏形中还保留冷却单元，其冷量余温还在，直接用于熔炼浇注过程中预埋在砂型中的冷却系统依然与制冷机3相连进行工作，在工作时制冷机3依然进行冷量输送，为合金凝固过程提供冷却环境，在冷量循环的状态下合金凝固速度相比于常规凝固速度具有明显提高实现合金快速凝固，同时有利于提高铸件性能，在浇筑后使用过的模具雏形中冷却单元收到冷冻砂型的保护没有受到破坏，将外部的冷冻砂型去除后，依然可以进行使用。
Claims (10)
1.一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台，所述切削平台包括平台主体(1)和外部框架(2)，其特征在于：所述切削平台还包括制冷机(3)、预埋式冷却系统(4)、冷气回流分流管(6)和冷气输出分流管(7)；
所述预埋式冷却系统(4)包括冷冻砂型预制块预埋组件和平台主体预埋组件，冷冻砂型预制块预埋组件预埋在冷冻砂型预制块(5)中，平台主体预埋组件预埋在平台主体(1)中；
所述冷气回流分流管(6)包括一个冷气回流端和多个冷气进入端；
所述冷气输出分流管(7)包括一个冷气输入端和多个冷气输出端；
所述外部框架(2)设置在平台主体(1)的上表面上，且外部框架(2)与平台主体(1)拆卸连接，冷冻砂型预制块(5)设置在外部框架(2)的内部，冷冻砂型预制块(5)通过外部框架(2)固定在平台主体(1)上，制冷机(3)设置在外部框架(2)外部，制冷机(3)的冷气输出口上设有冷气输出分流管(7)，冷气输出分流管(7)中的冷气输入端与制冷机(3)的冷气输出口连通设置，冷气输出分流管(7)中的每个冷气输出端与预埋式冷却系统(4)中冷冻砂型预制块预埋组件的冷气进入端或平台主体预埋组件的冷气进入端连通设置，制冷机(3)的冷气回流口上设有冷气回流分流管(6)，冷气回流分流管(6)中的冷气回流端与制冷机(3)的冷气回流口连通设置，冷气回流分流管(6)中的每个冷气进入端与预埋式冷却系统(4)中冷冻砂型预制块预埋组件的冷气排出端或平台主体预埋组件的冷气排出端连通设置。
2.根据权利要求1所述的一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台，其特征在于：所述平台主体预埋组件包括一个水平铜板外壳和一个水平蛇形冷却盘管，水平蛇形冷却盘管嵌装在水平铜板外壳中，水平铜板外壳预埋在平台主体(1)中，水平蛇形冷却盘管的进气端依次穿过水平铜板外壳和平台主体(1)并与冷气输出分流管(7)中的一个冷气输出端连通设置，水平蛇形冷却盘管的出气端依次穿过水平铜板外壳和平台主体(1)并与冷气回流分流管(6)中的一个冷气进入端连通设置。
3.根据权利要求2所述的一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台，其特征在于：所述冷冻砂型预制块(5)为四方体结构。
4.根据权利要求3所述的一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台，其特征在于：所述冷冻砂型预制块预埋组件包括四个冷却预埋单元，四个冷却预埋单元沿的周向等距预埋在冷冻砂型预制块(5)中，且每个冷却预埋单元与冷冻砂型预制块(5)的一侧侧壁对应设置。
5.根据权利要求4所述的一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台，其特征在于：所述冷却预埋单元包括一个立式铜板外壳(41)和一个立式蛇形冷却盘管(42)，立式蛇形冷却盘管(42)嵌装在立式铜板外壳(41)中，立式铜板外壳(41)预埋在冷冻砂型预制块(5)中，立式蛇形冷却盘管(42)的进气端依次穿过立式铜板外壳(41)和冷冻砂型预制块(5)并与冷气输出分流管(7)中的一个冷气输出端连通设置，立式蛇形冷却盘管(42)的出气端依次穿过立式铜板外壳(41)和冷冻砂型预制块(5)并与冷气回流分流管(6)中的一个冷气进入端连通设置。
6.根据权利要求2所述的一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台，其特征在于：所述冷冻砂型预制块(5)为圆柱体结构。
7.根据权利要求6所述的一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台，其特征在于：所述冷冻砂型预制块预埋组件包括圆筒状铜板外壳(43)和圆筒状冷却盘管(44)，圆筒状冷却盘管(44)嵌装在圆筒状铜板外壳(43)中，圆筒状铜板外壳(43)预埋在冷冻砂型预制块(5)中，圆筒状冷却盘管(44)的进气端依次穿过圆筒状铜板外壳(43)和冷冻砂型预制块(5)并与冷气输出分流管(7)中的一个冷气输出端连通设置，圆筒状冷却盘管(44)的出气端依次穿过圆筒状铜板外壳(43)和冷冻砂型预制块(5)并与冷气回流分流管(6)中的一个冷气进入端连通设置。
8.根据权利要求2所述的一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台，其特征在于：所述预埋式冷却系统(4)工作时的冷却温度的范围为-40℃～0℃。
9.根据权利要求8所述的一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台，其特征在于：所述冷冻砂型预制块(5)的初始温度低于0℃，冷冻砂型预制块(5)的材料为硅砂和水的混合物，铬铁矿砂和水的混合物，锆英砂和水的混合物或石英砂和水的混合物。
10.一种基于权利要求1至9中任意一项所述带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台的使用方法，其特征在于：所述使用方法是通过以下步骤实现的：
步骤一：将砂型材料和水按照比例进行搅拌混合，在将混合材料压制成预制块时将冷冻砂型预制块预埋组件预埋其中；
步骤二：将步骤一中预埋有冷冻砂型预制块预埋组件的砂型预制块放进冷柜进行冰冻，冷柜设定温度低于0℃，当冷冻砂型预制块(5)整体温度达到设定温度时，将冷冻砂型预制块(5)从冰柜中取出；
步骤三：将步骤二中从冰柜中取出的冷冻砂型预制块(5)放置在平台主体(1)上，并利用外部框架(2)对冷冻砂型预制块(5)进行固定，同时将预埋在平台主体(1)中的平台主体预埋组件和预埋在冷冻砂型预制块(5)中的冷冻砂型预制块预埋组件通过冷气回流分流管(6)和冷气输出分流管(7)与制冷机(3)相连；
步骤四：启动制冷机(3)，使制冷机(3)通过冷气回流分流管(6)和冷气输出分流管(7)在平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件中进行冷气循环，设定制冷机(3)的工作功率，并保证平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件在工作时冷却温度稳定保持在-40℃～0℃温度区间中任意一温度值；
步骤五：在步骤四中平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件均处于工作的状态下，利用切削机构对冷冻砂型预制块(5)进行切削处理，直至将冷冻砂型预制块(5)切削至目标冷冻砂型型腔；
步骤六：待步骤五切削工作全部完成后，先关闭制冷机(3)，使制冷机(3)停止制冷，再将冷气回流分流管(6)和冷气输出分流管(7)从目标冷冻砂型型腔中拆卸下来，最后将所得的目标冷冻砂型型腔用于熔炼浇注；
步骤七：将步骤六中加工好的目标冷冻砂型型腔移动至熔炼浇注区域，再将冷气回流分流管(6)和冷气输出分流管(7)重新连接至目标冷冻砂型型腔上，同时启动制冷机(3)，使冷量在预埋于目标冷冻砂型型腔中的四个冷却预埋单元中进行有效循环，并在目标冷冻砂型型腔处于冷却的环境下进行浇注工作；
步骤八：待使用本发明所制备的目标冷冻砂型型腔浇注铸件完成后，可将预埋在冷冻砂型型腔中的冷冻砂型预制块预埋组件取出并进行重复利用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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