CN116603991A - 一种砂型铸造方台形冷铁及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种砂型铸造方台形冷铁，包括冷铁基体，该冷铁基体内部设有避让孔，并在冷铁基体的工作面设有若干排气槽；环绕冷铁基体的侧壁开设有若干道稳定槽，且与冷铁基体工作面距离最远的一个稳定槽的槽体侧壁，即靠近工作面一侧的槽体侧壁，与工作面间的距离大于冷铁厚度的1/2；避让孔呈锥孔结构，其小径端朝向工作面一侧。本发明创造中的冷铁基体为方台状结构，能提高砂型质量，同时能提高浇注时冷铁激冷速度，保证气缸盖铸造时其火力面位置处铸造质量。另外，冷铁底面排气槽的设置便于将浇注的金属液凝固时和砂芯所产生的小部分气体排出，提高铸件浇注质量。

Description

一种砂型铸造方台形冷铁及其应用方法

技术领域

本发明创造属于砂型铸造技术领域，尤其是涉及一种砂型铸造方台形冷铁及其应用方法。

背景技术

气缸盖是发动机构造的主要部件，是一个承载大、形状不规则、壁厚差别较大、结构不对称的复杂空间结构，缸盖铸件凝固过程非常不利于顺序凝固，因此不能可靠保证铸造过程中均匀的散热环境条件，不易生产出材料均匀、致密而结构均匀的铸件，在铸件内部易产生缩孔、缩松等缺陷，严重影响铸件性能和质量，甚至导致铸件报废。通常，为实现铸件顺序凝固，需要对铸件厚大断面及局部热节部位进行局部的散热速度调节，以保证这些部位同时凝固和控制偏析，所采用的常规方法是在铸件厚大部位放置冷铁，以减少铸造缺陷。现有技术中的冷铁结构及功能较为单一，且容易在使用过程中出现窜动或偏移，影响使用效果，而将冷铁固定于模具的方式虽然能够解决冷铁稳定的问题，但是，通常需要配置或改进模具，尤其是复杂结构产品铸造时，冷铁数量较多，模具改进及冷铁固定使用的工作量较大，成本也较高，因此，有必要对冷铁结构进行合理的优化和改进。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种砂型铸造方台形冷铁及其应用方法。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种砂型铸造方台形冷铁，包括冷铁基体，该冷铁基体内部设有避让孔，并在冷铁基体的工作面设有若干排气槽；环绕冷铁基体的侧壁开设有若干道稳定槽，且与冷铁基体工作面距离最远的一个稳定槽的槽体侧壁，即靠近工作面一侧的槽体侧壁，与工作面间的距离大于冷铁厚度的1/2；避让孔呈锥孔结构，其小径端朝向工作面一侧。

进一步，所述稳定槽设有2-4道。

进一步，与冷铁基体工作面距离最远的稳定槽，槽体侧壁倾斜设计，且稳定槽开口处与工作面距离，大于槽体底部处与工作面距离。

进一步，所述冷铁基体呈锥台状结构，其靠近工作面一侧的横截面面积，小于远离工作面一侧的横截面面积。

进一步，各所述排气槽横纵交错布置，排气槽的槽宽为0.8mm-1.2mm，槽深为1mm-1.2mm。

进一步，所述冷铁基体采用低碳钢制件或铜制件。

一种应用上述冷铁的铸造方法，包括如下步骤：

布置砂型时，置入本砂型铸造方台形冷铁，并使其工作面朝向铸件产品侧，然后稳定槽填入型砂，使冷铁基体与砂型结合成一体；

向砂模孔内浇筑金属液，使金属液经冷铁避让孔进入型腔，并允许铸件产品冷凝过程中及砂芯产生的气体通过排气槽排出。

一种上述冷铁的热回收方法，具体方法为：

在冷铁基体内部开设有至少一个环形冷却腔，并在冷铁基体异于工作面的一侧端面开设进液口和出液口，并在进、出液口上分别安装介质导管，进液口环形冷却腔间通过进液通道连通，出液口与环形冷却腔间通过出液通道连通，并在进液口和出液口间连接有热回收装置，热回收装置可以采用市售的常规产品，比如，具有换热器的热回收装置，随着介质循环管路中的冷却介质循环，使得铸造所散发的热量回收至换热器处，并被回收利用，只要将热回收装置的进、回液管分别与冷铁基体上的进、出液口的介质导管相连通即可实现换热，换热及热量再利用为现有技术，在此不再赘述；

布置砂型时，置入本砂型铸造方台形冷铁，冷铁基体的工作面朝向铸件产品侧，使冷铁基体与砂型结合成一体；

向砂模孔内浇筑金属液，金属液经浇道和/或冷铁避让孔进入型腔，并允许铸件产品冷凝过程中及砂芯产生的气体通过排气槽排出，浇筑及产品冷却过程中，同步开启热回收装置，进行热量回收。

进一步，进液口与出液口沿冷铁基体中心呈180°对称布置，或是，进液口与出液口紧邻布置，在冷却腔对应进、出液通道之间的部分设置有隔挡结构，使得冷却介质获得更长的循环路径，提高循环吸热的效果。

进一步，所述稳定槽设有2-4道。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

本发明创造中的冷铁基体为方台状结构，避让孔与砂型砂模孔对应，即砂型制造时砂子和冷铁接触面为方台状冷铁基体外侧的斜面结构，该结构保证冷铁位置精度和砂型成型时砂子能够快速牢固充满冷铁周围，一方面提高砂型质量，另一方面提高浇注时冷铁激冷速度，保证气缸盖铸造时其火力面位置处铸造质量。另外，冷铁底面排气槽的设置便于将浇注的金属液凝固时和砂芯所产生的小部分气体排出，提高铸件浇注质量。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造的结构示意图；

图2为本发明创造应用时的示意图；

图3为图1的仰视图；

图4为本发明创造冷铁基体上连接有热回收装置时的示意图；

图5为本发明创造冷铁基体上设有冷却腔时的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

一种砂型铸造方台形冷铁，如图1至5所示，包括冷铁基体1，该冷铁基体内部设有避让孔2，并在冷铁基体的工作面设有若干排气槽3；环绕所述冷铁基体的侧壁开设有若干道稳定槽4，且与冷铁基体工作面距离最远的一个稳定槽(的槽体侧壁，即靠近工作面一侧的槽体侧壁)，与工作面间的距离大于冷铁厚度的1/2；所述避让孔呈锥孔结构，其小径端朝向工作面一侧。

通常，上述稳定槽设有2-4道。与冷铁基体工作面距离最远的稳定槽，槽体侧壁倾斜设计，且稳定槽开口处与工作面距离，大于槽体底部处与工作面距离，更利于冷铁基体的结构稳定，冷铁基体与型砂结合紧密，防止铸造过程中窜动或移位。

在一个可选的实施例中，冷铁基体呈锥台状结构，其靠近工作面一侧的横截面面积，小于远离工作面一侧的横截面面积，使得冷铁基体与型砂结合状态更为稳定，冷铁基体与型砂接触面积，大于其与铸件产品侧的接触面积，形成类似于“帽”的结构，使得远离铸件产品侧的端面与型砂间结合更稳定，冷铁工作面受力时，最大限度避免出现向远离铸件产品5一侧破坏型砂的集中作用力，铸造生产过程中，冷铁基体结构稳定性得到可靠保障。

各所述排气槽横纵交错布置，排气槽的槽宽为0.8mm-1.2mm，槽深为1mm-1.2mm。上述冷铁基体采用低碳钢制件或铜制件。

下面提供一种应用上述冷铁的铸造方法，包括如下步骤：

布置砂型时，置入本砂型铸造方台形冷铁，并使其工作面朝向铸件产品侧，然后稳定槽填入型砂，使冷铁基体与砂型结合成一体；

向砂模孔内浇筑金属液，使金属液经冷铁避让孔进入型腔，并允许铸件产品冷凝过程中及砂芯产生的气体通过排气槽排出。

现有技术中，铸造产生的热量大多是通过循环冷却用水进行冷却，造成了能源浪费，并且，在冷却过程中，缸盖铸件厚大断面等关键部位同样存在散热速度与产品主体结构不同的问题，在铸件内部易产生缩孔、缩松等缺陷，影响产品质量。因此有必要对现有的冷铁结构进行改进。下面结合改进后设计有热回收结构的冷铁，提供一种应用该冷铁的热回收方法，具体方法为：

在冷铁基体内部开设有至少一个环形冷却腔6，并在冷铁基体异于工作面的一侧端面开设进液口7和出液口8，并在进、出液口上分别安装介质导管9，进液口环形冷却腔间通过进液通道10连通，出液口与环形冷却腔间通过出液通道11连通，介质导管外伸出铸造模具，在进液口和出液口间连接有热回收装置12。需要指出的是，本申请中的冷铁基体上的进、出液口只是为了便于表述相对而言的功能性命名，在实际应用中其实无需严格进行区分，只需将热回收装置的冷却介质循环管路的进、出口分别连接在其中一个(进液口或出液口上的)介质导管即可。

需要说明的是，热回收装置可以采用市售的常规产品，比如，具有换热器的热回收装置，随着介质循环管路中的冷却介质循环，使得铸造所散发的热量回收纸换热器处，并被回收利用，只要将热回收装置的进、回液管分别与冷铁基体上的进、出液口的介质导管相连通即可实现换热，利用带换热器的热回收装置进行换热及热量回收再利用的方法为现有技术，在此不再赘述。

布置砂型时，置入本砂型铸造方台形冷铁，冷铁基体的工作面朝向铸件产品侧，使冷铁基体与砂型结合成一体；

作为针对本发明冷铁的进一步改进，在冷铁基体的各个稳定槽内分别插装入若干翅片，其中，在冷铁基体工作面距离最远的一个稳定槽内插入隔热翅片13，除该与工作面距离最远的一个稳定槽外，其它稳定槽内均插入导热翅片14，且隔热翅片外缘轮廓大于导热翅片的外缘轮廓；作为举例，隔热翅片可以采用陶瓷、岩棉、玻璃纤维等隔热材料制作，根据需要选择合适的隔热材料制作翅片即可，在此不再赘述。而导热翅片可以采用铝翅片、铜翅片等易导热的翅片，由于隔热翅片及导热翅片均不与金属液直接接触，可以回收后多次利用。

布置砂型时，置入上述安装有若干翅片的冷铁基体，并使冷铁基体工作面朝向铸件产品侧，然后翅片之间形成的间隙填入型砂，使冷铁基体与砂型结合成一体；

本发明提供的冷铁先利用型砂储热，然后利用冷铁基体冷却腔内的冷却介质循环，再逐渐中的热能吸收并热传递至热回收装置进行回收利用，克服了现有技术中本领域技术人员所公认的型砂升温不利于铸造生产的认知，本发明方案中，型砂升温是局部的、暂时的，随着冷却介质循环，热量得以从型砂再次回收，并且型砂在冷铁附近暂时升温，还有效避免铸件产品关键部位(如设置有冷铁的厚大断面附近)内表面以及外表面短时间温差过大的作用，可以提高铸件产品质量。

向砂模孔内浇筑金属液，并允许铸件产品冷凝过程中及砂芯产生的气体通过排气槽排出，需要说明的是，应用本发明创造提供的冷铁，浇筑方式有多种选择，一种可选的方式为：金属液经浇道或是经冷铁避让孔进入型腔，进行浇筑；另一种可选的方式为：向冷铁避让孔内插入与金属液同材质的金属棒，然后金属液经浇道进行浇筑，使得金属液与金属棒浇筑为一体，脱模后的铸件产品，可以通过对金属棒外露部分进行机加工，得到零部件特殊部位结构，工艺简单，操作方便。

浇筑及产品冷却过程中，同步开启热回收装置，进行热量回收。需要指出的是，铸造模具的冷却水循环管路也可以与本发明的热回收装置进行连接，将铸造热量更全面的进行回收，当采用此方式进行全面回收铸造中产生的热量时，冷铁部分的热回收结构形式设计，同样可以有效避免关键部位(如设置有冷铁的厚大断面附近)内表面以及外表面短时间温差过大，也可以对关键部位进行散热速度的调节，使关键部位与产品主体以近乎于相同的散热速度进行散热，进而可靠的保证产品质量。

进液口与出液口沿冷铁基体中心呈180°对称布置，或是进液口与出液口紧邻布置，在冷却腔对应进、出液通道之间的部分设置有隔挡结构，目的都是能够最长程度的使冷却介质获得更长的循环路径，提高循环吸热的效果。冷铁基体结构类似于“帽”，使得远离铸件产品侧的端面与型砂间结合更稳定，冷铁工作面受力时，最大限度避免出现向远离铸件产品一侧破坏型砂的集中作用力，铸造生产过程中，冷铁基体结构稳定性得到可靠保障。

并且“帽”式结构的冷铁基体，能够有效的起到局部聚热的作用，即，冷铁附近的热能可以经冷铁吸收后经热回收装置回收，并且，铸件产品厚大断面等关键部位的热量如果比较集中，可以经冷铁导热传递给冷铁附近的型砂，起到利用型砂暂时储存热能的效果，之后会经冷却介质循环导出。并且，将铸件热量集中部位的热能分散至其外表面的型砂，可以有效减少铸件产品关键部位局部结构的内外温差，可环境因内外温差较大而产生的质量缺陷。

上述稳定槽设有2-4道，每道稳定槽内的翅片为多瓣，这样的结构形式更便于翅片结构的安装，即，多瓣插装入相应的稳定槽内，形成环状的翅片或近似于环状的翅片。首先、翅片起到与型砂结合的作用，保证冷铁基体位置稳定，固定牢固可靠。同时，各翅片还起到导热作用或隔热作用，其中，最外侧稳定槽内插装的翅片起到隔热作用，其它稳定槽内插装的翅片为起到导热作用。并且，由于稳定槽的设计，使得铸造受热的过程中，冷铁基体即使出现热胀冷缩的情况，稳定槽可以作为“伸缩缝”调节形变量，始终保持与型砂结合的稳定，使得本发明冷铁始终能够保持位置稳定，有效发挥作用。

本发明创造中的冷铁基体为方台状结构，避让孔与砂型砂模孔对应，即砂型制造时砂子和冷铁接触面为方台状冷铁基体外侧的斜面结构，该结构保证冷铁位置精度和砂型成型时砂子能够快速牢固充满冷铁周围，一方面提高砂型质量，另一方面提高浇注时冷铁激冷速度，保证气缸盖铸造时其火力面位置处铸造质量。另外，冷铁底面排气槽的设置便于将浇注的金属液凝固时和砂芯所产生的小部分气体排出，提高铸件浇注质量。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种砂型铸造方台形冷铁，其特征在于：包括冷铁基体，该冷铁基体内部设有避让孔，并在冷铁基体的工作面设有若干排气槽；环绕所述冷铁基体的侧壁开设有若干道稳定槽，且与冷铁基体工作面距离最远的一个稳定槽，与工作面间的距离大于冷铁厚度的1/2；所述避让孔呈锥孔结构，其小径端朝向工作面一侧。

2.根据权利要求1所述的一种砂型铸造方台形冷铁，其特征在于：所述稳定槽设有2-4道。

3.根据权利要求1所述的一种砂型铸造方台形冷铁，其特征在于：各所述排气槽横纵交错布置，排气槽的槽宽为0.8mm-1.2mm，槽深为1mm-1.2mm。

4.根据权利要求1所述的一种砂型铸造方台形冷铁，其特征在于：所述冷铁基体采用低碳钢制件或铜制件。

5.一种应用权利要求1所述冷铁的铸造方法，其特征在于，包括如下步骤：

布置砂型时，置入本砂型铸造方台形冷铁，并使其工作面朝向铸件产品侧，然后稳定槽填入型砂，使冷铁基体与砂型结合成一体；

向砂模孔内浇筑金属液，并允许铸件产品冷凝过程中及砂芯产生的气体通过排气槽排出。

6.一种应用权利要求1所述冷铁的热回收方法，其特征在于：

在冷铁基体内部开设有至少一个环形冷却腔，并在冷铁基体异于工作面的一侧端面开设进液口和出液口，并在进、出液口上分别安装介质导管，进液口环形冷却腔间通过进液通道连通，出液口与环形冷却腔间通过出液通道连通，在进液口和出液口间连接热回收装置；

布置砂型时，置入本砂型铸造方台形冷铁，冷铁基体的工作面朝向铸件产品侧，使冷铁基体与砂型结合成一体；

向砂模孔内浇筑金属液，使金属液经冷铁避让孔进入型腔，并允许铸件产品冷凝过程中及砂芯产生的气体通过排气槽排出，浇筑及产品冷却过程中，同步开启热回收装置，进行热量回收。

7.根据权利要求6所述的一种应用砂箱铸造方台形冷铁的热回收方法，其特征在于：进液口与出液口沿冷铁基体中心呈180°对称布置，或是进液口与出液口紧邻布置，在冷却腔对应进、出液通道之间的部分设置有隔挡结构。

8.根据权利要求6所述的一种应用砂箱铸造方台形冷铁的热回收方法，其特征在于：所述稳定槽设有2-4道。