CN219151541U - 定向凝固设备及其冷却环 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种定向凝固设备及其冷却环，旨在提高冷却环的冷却效率。为此，本实用新型一方面提供的定向凝固设备冷却环，所述冷却环设置在定向凝固设备的冷室中，所述冷却环的内壁为接受模壳热辐射的热辐射吸收面，所述热辐射吸收面为波纹形或滚花花纹面。本申请通过将原来冷却环的光滑内表面改为波纹面，不仅增加了热辐射的接受面积，而且对于波纹形表面，被反射的热辐射不会回到模壳，而是继续在波纹面上反复反射，不断被吸收，热辐射吸收面的热辐射吸收能力得到大大提高，冷却环的冷却效率高。

Description

定向凝固设备及其冷却环

技术领域

本实用新型属于定向凝固技术领域，尤其涉及一种定向凝固设备及其冷却环。

背景技术

高温合金铸件在定向凝固过程中，主要通过模壳3外表面向定向凝固设备冷却环5内壁进行辐射散热。辐射散热的效率决定了铸件的冷却速度，是影响铸件组织和性能以及生成生产效率的重要因素。目前的定向凝固设备，冷却环5为铜质材料，中间通水冷却，内外壁均为光滑表面(如图1所示)，不仅热辐射的接受面积较小，而且当热辐射到达冷却环的平整表面时，一部分被吸收，另一部分会被反射回到模壳3(如图1和图2所示)，从而影响到冷却环5的热辐射吸收能力。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种定向凝固设备及其冷却环，旨在提高冷却环的冷却效率。

为此，本实用新型实施例一方面提供的定向凝固设备冷却环，冷却环设置在定向凝固设备的冷室中，所述冷却环的内壁为接受模壳热辐射的热辐射吸收面，所述热辐射吸收面为非平滑的波纹面或滚花花纹面。

具体的，所述冷却环包括嵌套配合的内环体和外环体，所述内环体与所述外环体可拆卸连接。

具体的，所述内环体和所述外环体的接触面上涂抹有呈膏状或液态状的导热物质。

具体的，所述导热物质为液态Ga-In合金或石墨导电膏。

具体的，所述内环体与所述外环体的接触面为上大下小的锥面。

具体的，所述内环体的内腔呈圆柱形。

具体的，所述外环体中设有供冷却水流经的冷却通道。

具体的，所述内环体可以方便地从固定的外环体拆下和装上，其内壁的沉积物可采用机械磨削、喷砂、超声波或化学清洗的方法进行清除。

本实用新型实施例另一方面提供的定向凝固设备，包括热室、冷室、模壳和升降机构，所述热室及冷室之间设置有隔热板，所述升降机构承载所述模壳以驱动所述模壳在所述热室与所述冷室之间往复移动，还包括上述定向凝固设备冷却环，所述模壳穿过所述隔热板移动至所述冷室内时，所述冷却环环绕在所述模壳的外围。

具体的，所述热室设置于所述冷室的上方，在所述热室内设置有加热器，所述模壳穿过所述隔热板移动至所述热室内时，所述加热器环绕在所述模壳的外围。

与现有技术相比，本实用新型至少一个实施例具有如下有益效果：将原来冷却环的光滑内表面改为非平滑的波纹面或滚花花纹面，不仅增加了热辐射的接受面积，而且对于波纹形或滚花花纹形表面，被反射的热辐射不会回到模壳，而是继续在波纹面上反复反射，不断被吸收，热辐射吸收面的热辐射吸收能力得到大大提高，冷却环的冷却效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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他的附图。

图1是现有定向凝固设备示意图；

图2是现有定向凝固设备冷却环吸热示意图；

图3是本实用新型实施例1提供的定向凝固设备示意图；

图4是本实用新型实施例1提供的冷却环吸热示意图；

图5是本实用新型实施例2提供的冷却环示意图；

其中：1、热室；2、冷室；3、模壳；4、升降机构；5、冷却环；501、内环体；502、外环体；503、导热物质；504、冷却通道；6、隔热板；7、加热器；8、绝热层。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

实施例1

参见图3，一种定向凝固设备，包括热室1、冷室2、模壳3、升降机构4以及冷却环5，在热室1及冷室2之间设置有隔热板6，升降机构4承载模壳3以驱动模壳3在热室1与冷室2之间往复移动，冷却环5设置在冷室2中，冷却环5的内壁呈波纹形，模壳3穿过隔热板6移动至冷室2内时，冷却环5环绕在模壳3的外围，高温合金铸件的定向凝固过程中，通过模壳3外表面向冷却环5内壁进行辐射散热，也即，冷却环5的内壁为接受模壳3热辐射的热辐射吸收面。至于升降机构4的具体结构，均为现有技术，在此不再赘述。

本实施例中，将原来冷却环5的光滑内表面改为非平滑的波纹面，不仅增加了热辐射的接受面积，而且对于波纹形表面，被反射的热辐射不会回到模壳3，而是继续在波纹面上反复反射，不断被吸收(如图4所示)，热辐射吸收面的热辐射吸收能力得到大大提高，冷却环5的冷却效率得到大幅提升。

需要解释说明的是，热辐射吸收面的波纹角θ控制在20-60度比较合适，这是因为θ小于等于60度时，冷却环5的内表面积会成倍增加，即接受热辐射的能力成倍增加。而且随着θ的不断变小，吸热能力越高。但θ也不能太小，因为波纹角太小会造成加工困难。

参见图3，在实际设计中，冷却环5的内腔呈圆柱形，热辐射吸收面的波纹方向设计为朝向冷却环5的高度方向。此外，为便于加工制造，可以通过攻丝的方式将冷却环5的内表面加工成波纹形。当然，热辐射吸收面也可以采用滚花花纹面，能够进一步增加热辐射吸收面积，提高散热效率。至于冷却环5的冷却媒介可以采用冷却水，也可以采用其他冷却媒介，在此不再赘述。

参见图3，在另一些可能实施的方案中，热室1设置于冷室2的上方，在热室1内设置有加热器7，隔热板6上设有通孔，模壳3在升降机构4的带动下能够从该通孔中插入或退出热室1中，模壳3插入热室1中时，加热器7环绕模壳3设置。此外，当模壳3位于加热器的正中部，可以保证模壳3受热的均匀性。其次，为保证模壳3在冷区内能够均匀冷却，模壳3穿过隔热板6移动至冷室2内时，模壳3位于冷却环5的正中部。

实施例2

参见图1，实用新型人研究发现炉内高温挥发物在冷却环内壁大量沉积，形成绝热层，严重影响散热，但目前水冷环与炉体和通水管道刚性连接，不易拆下进行沉积物清理，致使沉积层长期存在而且不断增厚，严重影响冷却环的散热效果。

为解决上述问题，实用新型人提出另一种创新方案，参见图5，具体而言是，将实施例1中的整体式冷却环5设计成由内环体501和外环体502嵌套配合的分体式结构，外环体502与炉体固定，并设有供冷却水流经的冷却通道504，内环体501则为活动部分，可以从外环体502中拆下，这样的设计，通过顶升或提拉可将内环体501轻易拆下，其内壁的沉积物可采用机械磨削、喷砂、超声波或化学清洗等方法进行清除，以保持冷却环的散热效果。可定期清理内壁(如每周一次)，使沉积层不至太厚。可配置多个活动内环体501，保持清洁状态，可随时迅速更换，不影响生产。

参见图5，需要解释说明的是，为进一步增加接触效果，提高导热效率，可在内环体501和外环体502的接触面上涂抹液态金属膜(Ga-In合金)或石墨导电膏，简称导热物质503。另外，当将内环体501和外环体502采用锥面配合，并且内环体501和外环体502的接触锥面设计成上大下小时，内环体501靠重力直接落在外环体502上，内环体501在重力作用下将与外环体502保持紧密贴合，可以有效保证热量能够顺利向外传导，而且在内环体501提供的挤压力作用下，可以保证接触面上各处均被导热物质503覆盖，不存在涂抹不均匀影响热传导的问题。

上述本实用新型所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本实用新型才公开部分数值以举例说明本实用新型的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本实用新型创造保护范围的限制。

同时，上述本实用新型如果公开或涉及了互相固定连接的零部件或结构件，那么，除另有声明外，固定连接可以理解为：能够拆卸地固定连接(例如使用螺栓或螺钉连接)，也可以理解为：不可拆卸的固定连接(例如铆接、焊接)，当然，互相固定连接也可以为一体式结构(例如使用铸造工艺一体成形制造出来)所取代(明显无法采用一体成形工艺除外)。

另外，上述本实用新型公开的任一技术方案中所应用的用于表示位置关系或形状的术语除另有声明外其含义包括与其近似、类似或接近的状态或形状。本实用新型提供的任一部件既可以是由多个单独的组成部分组装而成，也可以为一体成形工艺制造出来的单独部件。

上述实施例仅仅是清楚地说明本实用新型所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之中。

Claims (8)

1.定向凝固设备的冷却环，冷却环(5)设置在定向凝固设备的冷室(2)中，其特征在于：所述冷却环(5)的内壁为接受模壳(3)热辐射的热辐射吸收面，所述热辐射吸收面为非平滑的波纹面或滚花花纹面。

2.根据权利要求1所述的冷却环，其特征在于：所述冷却环(5)包括嵌套配合的内环体(501)和外环体(502)，其中，所述内环体(501)与所述外环体(502)可拆卸连接。

3.根据权利要求2所述的冷却环，其特征在于：所述内环体(501)和所述外环体(502)的接触面上涂抹有呈膏状或液态状的导热物质。

4.根据权利要求2或3所述的冷却环，其特征在于：所述内环体(501)与所述外环体(502)的接触面为上大下小的锥面。

5.根据权利要求4所述的冷却环，其特征在于：所述内环体(501)的内腔呈圆柱形。

6.根据权利要求4所述的冷却环，其特征在于：所述外环体中设有供冷却水流经的冷却通道(504)。

7.一种定向凝固设备，包括热室(1)、冷室(2)、模壳(3)和升降机构(4)，所述热室(1)及冷室(2)之间设置有隔热板(6)，所述升降机构(4)承载所述模壳(3)以驱动所述模壳(3)在所述热室(1)与所述冷室(2)之间往复移动，其特征在于：还包括权利要求1-6任一项所述的冷却环，所述模壳(3)穿过所述隔热板(6)移动至所述冷室(2)内时，所述冷却环(5)环绕在所述模壳(3)的外围。

8.根据权利要求7所述的定向凝固设备，其特征在于：所述热室(1)设置于所述冷室(2)的上方，在所述热室(1)内设置有加热器(7)，所述模壳(3)穿过所述隔热板(6)移动至所述热室(1)内时，所述加热器(7)环绕在所述模壳(3)的外围。

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