CN215315651U - 一种砂型铸造增强铸件冷却的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种砂型铸造增强铸件冷却的装置，利用预埋在砂型中的管道作为热交换装置，增强铸件的冷却；利用换热管道的线路排列和位置，实现换热时，还在砂型中形成有利于铸件顺序凝固的温度梯度。铸件凝固过程中将热量传给周围的砂型，砂型将热量传给换热管道，通过给预埋在砂型中的换热管道顺序持续地引入外界低温度流体，利用低温流体与高温砂型在换热管道中以热传导、热辐射以及热对流有效的热交换方式带走热量，形成对铸件的强制冷却，在铸件上形成一个有利于铸件冷却工艺要求的温度梯度，从而提升铸件的内在质量。本实用新型的铸件冷却方式操作简单，成本低廉，效果显著；广泛用于砂型等不同造型方式的铸造生产，特别是厚大件的铸造生产。

Description

一种砂型铸造增强铸件冷却的装置

技术领域

本实用新型涉及铸造技术领域，具体而言，涉及一种砂型铸造增强铸件冷却的装置。

背景技术

铸造是将熔融的金属液体浇注入铸型内，经冷却凝固获得所需形状和性能铸件的制作过程。砂型因操作灵活，造型方便，成本低廉，是铸件特别是大型铸件最广泛地应用的铸型，因而也是最主要的铸造方式。铸件在砂型的型腔中的冷却过程对铸件的质量起着关键作用。铸件冷却过慢，特别是厚大铸件冷却过慢，是铸件组织晶粒粗大、偏析、裂纹，补缩困难等缺陷的主要原因。对铸件厚大部位进行可控顺序的快速冷却，是经济地获得内在高质量铸件的主要方法。在铸造实践中，通常采用冷铁，铬铁矿砂，以及金属铸型等蓄热能力强的材料，通过蓄热散热来强化冷却。高强度的冷却需要更多的蓄热材料，这不但增加了生产的成本及操作的难度，而且，鉴于铸件凝固过程中传热的特点，砂型中有限的蓄热材料只能吸储有限的热量，采用蓄热材料的方法不能完全满足及解决强化冷却的目的，加大散热才是解决冷却的关键。采用冷却装置在铸型中对特定位置进行减小冷却目前已经在金属型铸造为主的压铸领域广泛应用，但在砂型铸造中，因为操作方法，设置原则等还不完善，应用还不规范，效果也不稳定。

例如授权公告号为CN203972835U的中国实用新型专利，其公开了砂型铸件高压冷却装置，包括冷却室，该冷却室分别连接高压进气管和排气管；排气管出口连接热交换器；冷却室内的压强大于标准大气压。利用压缩空气对准备打箱的铸件和砂型进行强制冷却，在短时间达到后序作业人员和设备的要求，降低了人员和设备风险，提高了生产效率，同时没有水的浸入，这对含水量有严格要求的型砂质量建立了安全保障，同时提升了工厂单位面积的产出效益。高密度的压缩空气让活跃的气体分子渗入铸型与铸件接触，进行热交换，通过气体释放带走铸型中的热量大大地提高了冷却效果。但是整个设备的生产成本较高而且操作难度大，存在一定的危险性。这种装置及方法增强了铸件的冷却，但是，重要的是，这种方法没有解决我们关注的铸件凝固过程中的冷却问题。

又例如授权公告号为CN204953815U的中国实用新型专利，其公开了一种砂型铸件落砂、热处理、砂再生的一体化装置，包括保温室，保温室设有位于其一侧的砂型铸件进口、位于其另一侧并上下设置的铸件出口和落砂出口，保温室中设有上下布置的上层输送线和下层输送线，上层输送线的输送工作面的输入端正对砂型铸件进口，上层输送线的输送工作面的输出端正对铸件出口，上层输送线的输送工作面布置有若干个镂空孔，楼空孔正对下层输送线工作面，下层输送线的输送工作面的输出端正对着落砂出口，砂型铸件进口设置在浇注模具的出口侧。通过本装置，可以将落砂、热处理和砂再生这些工序同时完成，提高效率、节约能源。该一体化装置中的冷却设备为风冷设备或者水冷设备或者油冷设备，其冷却效果不佳，会出现偏析、裂纹、补缩困难的现象。这种装置及方法增强了铸件的冷却，但是，重要的是，这种方法没有解决我们关注的铸件凝固过程中的冷却问题。

发明内容

为了解决现有技术存在的上述技术缺陷，本实用新型的目的在于提供一种砂型铸造增强铸件冷却的装置，利用预埋在砂型中的管道作为热交换装置，增强铸件的冷却，并利用换热管道的线路排列和位置，在实现换热的同时，还在砂型中形成有利于铸件顺序凝固的温度梯度。铸件在凝固过程中将热量传给周围的砂型，砂型再将热量传给换热管道，通过给预埋在砂型中的换热管道顺序持续地引入外界低温度流体，利用低温流体与高温砂型铸件在换热管道中进行以热传导、热辐射以及热对流这些更为有效的热交换方式带走热量，形成对铸件的强制冷却，同时也在铸件上形成一个有利于铸件冷却工艺要求的温度梯度，从而提升铸件的内在质量。利用本装置，也能为凝固后的铸件的相同部位进行强制冷却，从而缩短生产时间，提高生产效率。本实用新型为一种操作简单，成本低廉，效果显著的铸件冷却方式；广泛用于砂型等不同造型方式的铸造生产，特别是厚大件的铸造生产。

为了实现上述设计目的，本实用新型采用的方案如下：

本实用新型第一方面提供一种砂型铸造增强铸件冷却的装置，包括预埋在铸型内的冷却管道，所述冷却管道为螺旋式盘升的热交换管道或者S型盘升的热交换管道或者底部呈交叉状的螺旋式盘升的热交换管道。

优选的是，所述冷却管道的一端与进口端连接，另一端与出口端连接；进口端与大气相通，出口端与负压装置相连。

在上述任一方案中优选的是，所述冷却管道采用导热性金属材料制成，其壁厚为0.5mm-5mm，直径为10mm-50mm。

在上述任一方案中优选的是，所述冷却管道在砂型中与需要冷却的铸件之间的吃砂量为10mm-100mm。

在上述任一方案中优选的是，所述冷却管道为螺旋式盘升的热交换管道时，其管道的直径为20-30mm，壁厚为0.5mm-1.5mm。

在上述任一方案中优选的是，所述冷却管道为螺旋式盘升的热交换管道时，其螺距为40-60mm，吃砂量为10-20mm。

在上述任一方案中优选的是，所述冷却管道为底部呈交叉状的螺旋式盘升的热交换管道时，其管道的直径为10-20mm，壁厚为1-3mm。

在上述任一方案中优选的是，所述冷却管道为底部呈交叉状的螺旋式盘升的热交换管道时，管道之间间距为10-20mm，吃砂量为10-30mm。

本实用新型的第二方面提供一种采用砂型铸造增强铸件冷却的装置的作业方法，利用预埋在砂型中的管道作为热交换装置，通过冷却介质引入进口端进入预埋于铸型和冷却管道中，在冷却管道中进行热交换，热交换后经由出口端引出，具体包括如下步骤：

第一步，将冷却管道预埋在铸型中，冷却管道的一端与进口端相连，另一端与出口端相连，进口端与大气相通，出口端与负压装置相连；

第二步，将底部呈交叉状的螺旋式盘升的冷却管道布置在铸件厚大部位的底部和两侧形成顺序的换热腔体，吃砂量为10-30mm；

第三步，浇注工作，浇注完成20-40秒后，在出口端加载负压，0.5-2分钟内将负压从0逐渐调至0.05Mpa，在通气冷却8-12分钟后，在出气端加载负压到0.08Mpa，增大气体流速及流量，强化冷却；

第四步，强化冷却操作，在强化冷却50-80分钟后，关闭负压系统，自然冷却到打箱时间。

采用该方法，使铸件整体凝固时间缩短了2小时，减小了厚大部位的成分偏析，生产的铸件铸态晶粒度提升1级，因而提升的铸件的内在质量，也提升了生产效率。

优选的是，当第二步中的冷却管道选用螺旋式盘升的热交换管道时，冷却管道布置在铸件轮毂的中间芯子之中，螺距为40-60mm，吃砂量为10-20m形成顺序的换热腔体；

浇注开始前，在出口端加载负压0.01Mpa，在浇注完成1分钟内，将负压从0.01逐渐调至0.05Mpa，在通气冷却8-12分钟后，在出气端加载负压到0.1Mpa，增大气体流速及流量，强化冷却；

在强化冷却20-40分钟后，将负压调至0.05Mpa保持1小时，随后关闭负压，自然冷却到打箱时间。

采用该方法，使铸件整体凝固时间缩短了2小时，减小了厚大部位的成分偏析，生产的铸件铸态晶粒度提升1.5级，用于补缩的冒口直径减小了10％，铸件出品率提升了5％，铸件打箱时间缩短了4小时，提升了铸件的内在质量，降低了铸件生产成本，也提升了生产效率。

附图说明

图1为按照本实用新型的砂型铸造增强铸件冷却的装置的结构示意图。

图2为按照本实用新型的砂型铸造增强铸件冷却的装置的图1所示优选实施例中冷却管道的第一种结构示意图。

图3为按照本实用新型的砂型铸造增强铸件冷却的装置的图1所示优选实施例中冷却管道的第二种结构示意图。

图4为按照本实用新型的砂型铸造增强铸件冷却的装置的图1所示优选实施例中冷却管道的第三种结构示意图。

附图标号说明：

铸型1，进口端2，冒口3，冒口套4，出口端5，冷铁6，型腔7，冷却管道8。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的实施例。

实施例一：

如图1所示，按照本实用新型的砂型铸造增强铸件冷却的装置的结构示意图。本实用新型提供一种砂型铸造增强铸件冷却的装置，包括预埋在铸型1内的冷却管道8，所述冷却管道8为螺旋式盘升的热交换管道。

冷铁6及冒口套3不一定必须出现，按实际情况可有可无，浇注系统可从冒口4浇入，也可单独设置，与型腔7相连，本实用新型用冒口4代替示意浇注系统的存在。

在本实施例中，所述冷却管道8的一端与进口端2连接，另一端与出口端5连接；进口端2与大气相通，出口端5与负压装置相连。

如图2所示，按照本实用新型的砂型铸造增强铸件冷却的装置的图1所示优选实施例中冷却管道的第一种结构示意图。

换热流体由换热管线底部进入热交换管道，流经类螺旋式盘升的热交换管道，由顶部排出。

在本实施例中，所述冷却管道8为螺旋式盘升的热交换管道时，其管道的直径为25mm，壁厚为1mm。

在本实施例中，所述冷却管道8为螺旋式盘升的热交换管道时，其螺距为50mm，吃砂量为15mm。

本实用新型的一种采用砂型铸造增强铸件冷却的装置的作业方法，利用预埋在砂型中的管道作为热交换装置，通过冷却介质引入进口端2进入预埋于铸型1和冷却管道8中，在冷却管道8中进行热交换，热交换后经由出口端5引出，具体包括如下步骤：

第一步，将冷却管道8预埋在铸型1中，冷却管道8的一端与进口端2相连，另一端与出口端5相连，进口端与大气相通，出口端与负压装置相连；

第二步，将底部呈交叉状的螺旋式盘升的冷却管道8布置在铸件厚大部位的底部和两侧形成顺序的换热腔体，吃砂量为20mm；

第三步，浇注工作，浇注完成30秒后，在出口端5加载负压，1分钟内将负压从0逐渐调至0.05Mpa，在通气冷却10分钟后，在出气端加载负压到0.08Mpa，增大气体流速及流量，强化冷却；

第四步，强化冷却操作，在强化冷却60分钟后，关闭负压系统，自然冷却到打箱时间。

采用该方法，使铸件整体凝固时间缩短了2小时，减小了厚大部位的成分偏析，生产的铸件铸态晶粒度提升1级，因而提升的铸件的内在质量，也提升了生产效率。

图3为按照本实用新型的砂型铸造增强铸件冷却的装置的图1所示优选实施例中冷却管道的第二种结构示意图，冷却管道8为S型盘升的热交换管道，其工作原理和操作方法同实施例一，在此不加赘述。

实施例二：

如图1所示，按照本实用新型的砂型铸造增强铸件冷却的装置的结构示意图。本实用新型提供一种砂型铸造增强铸件冷却的装置，包括预埋在铸型1内的冷却管道8，所述冷却管道8为底部呈交叉状的螺旋式盘升的热交换管道。

冷铁6及冒口套3不一定必须出现，按实际情况可有可无，浇注系统可从冒口4浇入，也可单独设置，与型腔7相连，本实用新型用冒口4代替示意浇注系统的存在。

在本实施例中，所述冷却管道8的一端与进口端2连接，另一端与出口端5连接；进口端2与大气相通，出口端5与负压装置相连。

如图4所示，按照本实用新型的砂型铸造增强铸件冷却的装置的图1所示优选实施例中冷却管道的第三种结构示意图。

换热流体由换热管线底部进入热交换管道，在底部分叉后，流经类螺旋式盘升的热交换管道，由顶部排出。

在本实施例中，所述冷却管道8为底部呈交叉状的螺旋式盘升的热交换管道时，其管道的直径为15mm，壁厚为2mm。

在本实施例中，所述冷却管道8为底部呈交叉状的螺旋式盘升的热交换管道时，管道之间间距为15mm，吃砂量为20mm。

本实用新型的一种采用砂型铸造增强铸件冷却的装置的作业方法，利用预埋在砂型中的管道作为热交换装置，通过冷却介质引入进口端2进入预埋于铸型1和冷却管道8中，在冷却管道8中进行热交换，热交换后经由出口端5引出，具体包括如下步骤：

第一步，将冷却管道8预埋在铸型1中，冷却管道8的一端与进口端2相连，另一端与出口端5相连，进口端与大气相通，出口端与负压装置相连；

第二步，将冷却管道8布置在铸件轮毂的中间芯子之中，螺距为50mm，吃砂量为15mm形成顺序的换热腔体；

第三步，浇注工作，浇注开始前，在出口端5加载负压0.01Mpa，在浇注完成1分钟内，将负压从0.01逐渐调至0.05Mpa，在通气冷却10分钟后，在出气端加载负压到0.1Mpa，增大气体流速及流量，强化冷却；

第四步，强化冷却操作，在强化冷却30分钟后，将负压调至0.05Mpa保持1小时，随后关闭负压，自然冷却到打箱时间。

采用该方法，使铸件整体凝固时间缩短了2小时，减小了厚大部位的成分偏析，生产的铸件铸态晶粒度提升1.5级，用于补缩的冒口直径减小了10％，铸件出品率提升了5％，铸件打箱时间缩短了4小时，提升了铸件的内在质量，降低了铸件生产成本，也提升了生产效率。

本领域技术人员不难理解，本实用新型的砂型铸造增强铸件冷却的方法及装置包括本说明书中各部分的任意组合。限于篇幅且为了使说明书简明，在此没有将这些组合一一详细介绍，但看过本说明书后，由本说明书构成的各部分的任意组合构成的本实用新型的范围已经不言自明。

Claims (8)

1.一种砂型铸造增强铸件冷却的装置，包括预埋在铸型(1)内的冷却管道(8)，其特征在于：冷却管道(8)为螺旋式盘升的热交换管道或者S型盘升的热交换管道或者底部呈交叉状的螺旋式盘升的热交换管道。

2.如权利要求1所述的砂型铸造增强铸件冷却的装置，其特征在于：冷却管道(8)的一端与进口端(2)连接，另一端与出口端(5)连接；进口端(2)与大气相通，出口端(5)与负压装置相连。

3.如权利要求1或2所述的砂型铸造增强铸件冷却的装置，其特征在于：冷却管道(8)采用导热性金属材料制成，其壁厚为0.5mm-5mm，直径为10mm-50mm。

4.如权利要求1或2所述的砂型铸造增强铸件冷却的装置，其特征在于：冷却管道(8)在砂型中与需要冷却的铸件之间的吃砂量为10mm-100mm。

5.如权利要求1所述的砂型铸造增强铸件冷却的装置，其特征在于：冷却管道(8)为螺旋式盘升的热交换管道时，其管道的直径为20-30mm，壁厚为0.5mm-1.5mm。

6.如权利要求1或5所述的砂型铸造增强铸件冷却的装置，其特征在于：冷却管道(8)为螺旋式盘升的热交换管道时，其螺距为40-60mm，吃砂量为10-20mm。

7.如权利要求1所述的砂型铸造增强铸件冷却的装置，其特征在于：冷却管道(8)为底部呈交叉状的螺旋式盘升的热交换管道时，其管道的直径为10-20mm，壁厚为1-3mm。

8.如权利要求1或7所述的砂型铸造增强铸件冷却的装置，其特征在于：冷却管道(8)为底部呈交叉状的螺旋式盘升的热交换管道时，管道之间间距为10-20mm，吃砂量为10-30mm。

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