一种冷却模具及其密封冷却方法与流程

本发明涉及铸造成型模具领域，具体而言，涉及一种冷却模具及其密封冷却方法。

背景技术

快速冷却是使材料晶粒细化的有效手段之一，通过增加晶界数量而提高断裂韧性，使材料具有更高的综合力学性能。最常见的是水冷模具。

但是，目前已知的铸造模具多采用在模具内部加设水冷通道、冷却镶块来达到水冷效果。经查阅文献，中国专利号为cn106493303a的发明专利公开了一种制备可水降解铝合金用双金属水冷铸造模具，在内铸模型腔外设有环形水冷腔体，通过控制进出水调节阀来调节冷却水流速和流量。此外，发明专利cn108311672通过内嵌冷却镶块配合直水冷通道的方法来改进铝合金车轮低压铸造水冷边模的结构，能够平衡温差，减少模具热变性。公开专利cn207240698、cn207154751、cn206882727等改进水冷通道结构的水冷模具，实现分段、分层冷却或精确控制冷却位置。基于拥有内部水冷通道的事实，实用新型专利cn204459151u提供一种铝合金轮毂水冷模具密封环，由环形模体齿、托盘齿和水道组成，两齿面咬合形成膨胀室和阻流道，能够逐级减少水道泄漏，最终达到密封效果。在铸造模具内部加设冷却介质通道，不仅加工复杂度大、维护成本高，且对冷热冲击状态下的密封性有严格要求。有的文献还通过在铸造模具外部贴合冷却水槽、水道的办法来实现水冷，如实用新型专利cn206415570在浇注模具底部通过连接件设有u字形冷却水槽。

因此，已有的专利还未涉及一种冷却模具结构能够通过直接浸入冷却介质中来实现快速冷却的目的。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种冷却模具，该冷却模具可直接浸入冷却介质中实现快速冷却，其结构简单，可拆卸，且可以满足密封性、易加工及日常维护需要。

本发明的另一目的在于提供一种冷却模具的密封冷却方法，该密封冷却方法将上述的冷却模具简单组合后即可进行，且可将该冷却模具直接浸入冷却介质中实现快速冷却，可满足密封性、易加工及日常维护需要。

本发明的实施例是这样实现的：

一种冷却模具，包括：相对设置的第一上合模、第二上合模以及下盖板。第一上合模与第二上合模的接触面均为光滑折面，且第一上合模与第二上合模通过第一紧固件可拆卸连接，第一紧固件用于向第一上合模和第二上合模提供紧固力以实现密封；下盖板设置于第一上合模和第二上合模的下方，下盖板与第一上合模和第二上合模的两侧接触面均开设有环形刀口凹槽，环形刀口凹槽内设有垫圈，且下盖板与第一上合模和第二上合模通过第二紧固件可拆卸连接，第二紧固件用于提供紧固力以使垫圈产生塑性变形，实现第一上合模、第二上合模以及下盖板之间的近似真空级密封。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，第一上合模的光滑折面向外凸起，第二上合模的光滑折面向内凹陷，且光滑折面的折角大于90°。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，光滑折面的折角为120°。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，下盖板与第一上合模和第二上合模的两侧接触面上开设的两个环形刀口凹槽的总深度大于垫圈的厚度。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，环形刀口凹槽的总深度为1.7mm，环形刀口凹槽的刀尖离接触面的垂直距离为0.5mm，垫圈的厚度为2mm。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，环形刀口凹槽的斜面与接触面的法向呈70°，环形刀口凹槽的刀背与接触面的法向呈0°。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，第一上合模、第二上合模以及下盖板的材料的硬度大于垫圈的硬度。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，第一上合模、第二上合模以及下盖板的材料为奥氏体铬镍不锈钢310s，垫圈为铜垫圈，铜垫圈的材料为1/4硬的无氧铜ofhc。

进一步地，在本发明的较佳实施例中，第一紧固件和第二紧固件均为紧固螺栓。

一种冷却模具的密封冷却方法，包括：

在第一上合模和第二上合模上加工出四个螺栓孔，螺栓孔穿过与第一紧固件轴向相垂直的第一上合模和第二上合模内接触光滑折面；

通过第一紧固件穿过螺栓孔紧固第一上合模和第二上合模；

在下盖板与第一上合模和第二上合模接触的两侧接触面上开设环形刀口凹槽，并在环形刀口凹槽内放置铜垫圈；

在第一上合模和第二上合模上分别加工出三个螺栓沉孔，在下盖板对应的位置上加工出六个螺栓通孔；

通过第二紧固件依次穿过螺栓通孔和螺栓沉孔，将下盖板与第一上合模以及第二上合模固定连接；

将熔融金属材料浇注到第一上合模和第二上合模形成的型腔内，并趁熔融金属材料还未凝固，立刻将冷却模具浸入冷却介质中，且冷却介质不能没过冷却模具的上表面，即可实现快冷效果。

本发明的实施例至少具备以下优点或有益效果：

本发明的实施例提供了一种冷却模具，该冷却模具包括第一上合模与第二上合模的接触面均为光滑折面，且第一上合模与第二上合模通过第一紧固件可拆卸连接，第一紧固件用于提供紧固力以实现密封；下盖板设置于第一上合模和第二上合模的下方，下盖板与第一上合模和第二上合模的两侧接触面均开设有环形刀口凹槽，且内设有垫圈。下盖板与第一上合模和第二上合模通过第二紧固件可拆卸连接，第二紧固件用于提供紧固力以使垫圈产生塑性变形，以实现第一上合模、第二上合模以及下盖板之间的近似真空级密封。因此，该模具可直接浸入冷却介质中实现快速冷却，无需在其内部加设冷却介质通道，结构简单、可拆卸，且满足易加工及日常维护需要。

本发明的实施例还提供了一种冷却模具的密封冷却方法，该密封冷却方法将上述的冷却模具简单组合后即可进行，且可以满足密封性、易加工及日常维护需要。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明的实施例提供的冷却模具的结构示意图；

图2为本发明的实施例提供的冷却模具的装配关系示意图；

图3为本发明的实施例提供的冷却模具装配完成后，环形刀口凹槽与铜垫圈的截面结构示意图。

图标：100-冷却模具；101-第一上合模；103-第二上合模；104-型腔；109-下盖板；111-环形刀口凹槽；113-垫圈；115-第一紧固件；117-第二紧固件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之上或之下可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征之上、上方和上面包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征之下、下方和下面包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

图1为本实施例提供的冷却模具100的结构示意图；图2为本实施例提供的冷却模具100的装配关系结构示意图；图3为本实施例提供的冷却模具100装配完成后，环形刀口凹槽111与垫圈113的截面结构示意图。请参阅图1至图3，本实施例提供了一种冷却模具100，包括：第一上合模101、第二上合模103以及下盖板109。

详细地，在本实施例中，第一上合模101与第二上合模103可拆卸连接，且当第一上合模101和第二上合模103连接时，二者之间可形成型腔104。下盖板109设置于第一上合模101和第二上合模103的下方，且与第一上合模101和第二上合模103可拆卸连接，下盖板109用于封闭型腔104的第一端，型腔104的第二端用于供熔融金属材料输入。通过第一上合模101、第二上合模103以及下盖板109的设置，使得该冷却模具100可快速地拆卸与组装。同时，通过第一上合模101和第二上合模103之间形成的型腔104可直接用于盛放待冷却的熔融金属，当熔融金属盛放完毕，且未凝固之前，迅速将整个模具浸入冷却介质中，如水、液氮，即可实现快速冷却。

详细地，第一上合模101与第二上合模103的接触面均为光滑折面，且第一上合模101与第二上合模103通过第一紧固件115可拆卸连接，第一紧固件115被用于提供紧固力以实现密封。下盖板109设置于第一上合模101和第二上合模103的下方，下盖板109与第一上合模101和第二上合模103的两侧接触面均开设有环形刀口凹槽111，且内设有垫圈113。下盖板109与第一上合模101和第二上合模103通过第二紧固件117可拆卸连接，第二紧固件117用于提供紧固力以使垫圈113产生塑性变形，实现第一上合模101、第二上合模103以及下盖板109之间的近似真空级密封，从而使得该模具可直接浸入冷却介质中实现快速冷却，无需在其内部加设冷却介质通道，结构简单、可拆卸，且满足易加工及日常维护需要。

具体地，在本实施例中，第一上合模101的光滑折面向外凸起，第二上合模103的光滑折面向内凹陷，且光滑折面的折角大于90°。通过二者间光滑折角的设置，使得二者之间在第一紧固件115的作用力下可得到有效密封。

作为一种可选的方案，第一上合模101具有向外凸起的120°折角，第二上合模103具有向内凹陷的120°折角，当第一上合模101与第二上合模103连接时，向外凸起的120°折角与向内凹陷的120°折角配合。通过向外凸起的折角与向内凹陷的折角的紧密配合，使得第一上合模101与第二上合模103连接后的密封性得到提高。还需要说明的是，在本发明的其他实施例中，折角的度数可以根据需求进行选择，并不仅限于120°，例如还可以为130°、140°甚至更多或更少等，本发明的实施例不做限定。

作为优选的方案，在本实施例中，第一紧固件115可以为紧固螺栓，第一上合模101与第二上合模103通过紧固螺栓可拆卸连接。采用紧固螺栓连接第一上合模101和第二上合模103可方便拆卸与组装，在使用过程中，简单配合即可实现，从而可有效地提高工作效率。需要说明的是，在本实施例中，紧固螺栓的数量为四个，且呈矩形阵列设置于第一上合模101与第二上合模103，并穿过与螺栓轴向相垂直的第一上合模101和第二上合模103的内接触光滑折面。通过四个阵列设置的紧固螺栓的设置，使得第一上合模101与第二上合模103连接后，紧固力分布均匀、稳定，进而提高密封性。当然，在本发明的其他实施例中，第一紧固件115的数量还可以根据需求进行选择，并不仅限于四个，还可以为多个，本发明的实施例不做限定。

请再次参阅图1至图3，在本实施例中，下盖板109与第一上合模101和第二上合模103的两侧接触面上开设的两个环形刀口凹槽111的总深度大于垫圈113的厚度。这样设置使得两个环形刀口凹槽111可完全容纳垫圈113，装配方便，并使垫圈113在第二紧固件117的紧固作用下发生塑性变形时还可满足容纳需求。需要说明的是，环形刀口凹槽111与型腔104同中心轴线设置。通过在第一上合模101和第二上合模103与下盖板109的两个接触面开设环形刀口凹槽111，并通过开设的环形刀口凹槽111来压紧垫圈113，可形成类似于超高真空密封结构，使之达到密封标准，以此来保证组装好的模具可以实现在冷却介质中的密封性。

作为一种可选的方案，在本实施例中，环形刀口凹槽111的斜面与接触面的法向呈70°，环形刀口凹槽111的刀背与接触面的法向呈0°。环形刀口凹槽111的深度为1.7mm，环形刀口凹槽111的刀尖离接触面的垂直距离为0.5mm。垫圈113的厚度为2mm。通过对环形刀口凹槽111的斜面和刀背以及深度的限制，使得垫圈113可在第二紧固件117的挤压下与环形刀口凹槽111紧密配合，从而提供良好的密封性能。当然，在本发明的其他实施例中，环形刀口凹槽111的各项参数还可以根据需求进行调整，本发明不做限定。

还需要说明的是，在本实施例中，第二紧固件117为紧固螺栓，下盖板109与第一上合模101和第二上合模103之间通过紧固螺栓可拆卸连接，第二紧固件117的数量为六个，且呈圆形阵列设置于下盖板109与第一上合模101和第二上合模103。第一上合模101和第二上合模103与下盖板109之间的密封通过第二紧固件117压紧环形刀口凹槽111和垫圈113来实现，不需要高精度的表面加工，降低了加工成本，维护也更方便，提高了模具使用寿命。当然，在本发明的其他实施例中，第二紧固件117的数量也不仅限于六个，还可以为更多或更少，以能提供良好的密封性为主，本发明的实施例不做限定。

另外，在本实施例中，第一上合模101、第二上合模103以及下盖板109的材料的硬度大于垫圈113的硬度。这样设计使得垫圈113可在第二紧固件117的紧固作用下发生塑性变形。

作为一种可选的方案，第一上合模101、第二上合模103以及下盖板109的材料为奥氏体铬镍不锈钢310s，垫圈113为铜垫圈，铜垫圈的材料为1/4硬的无氧铜ofhc。模具的钢材料可以在提供足够硬度的同时，实现足够的导热需求，提高导热效率。铜垫圈一方面在受到熔融金属介质作用时，可保证自身在受热情况下能提供正常使用功能，另一方面铜垫圈的硬度比奥氏体铬镍不锈钢310s小，能够在第二紧固件117紧固力作用下发生塑性变形，填补环形刀口凹槽111的加工缺陷和微小缺口，达到近似真空级密封能力。当然，在本发明的其他实施例中，垫圈113和模具的材料还可以根据需求进行选择，本发明的实施例不做限定。

综上所述，该冷却模具100可直接浸入冷却介质中实现快速冷却，无需在其内部加设冷却介质通道，其结构简单，可拆卸，且可以满足密封性、易加工及日常维护需要。

本发明还提供了一种冷却模具100的密封冷却方法，包括：

s1：在第一上合模101和第二上合模103上加工出四个螺栓孔，螺栓孔穿过与第一紧固件115轴向相垂直的第一上合模101和第二上合模103内接触光滑折面；

s2：通过第一紧固件115穿过螺栓孔紧固第一上合模101和第二上合模103；

s3：在下盖板109与第一上合模101和第二上合模103接触的两侧接触面上开设环形刀口凹槽111，并在环形刀口凹槽111内放置铜垫圈113；

s4：在第一上合模101和第二上合模103上分别加工出三个螺栓沉孔，在下盖板109对应的位置上加工出六个螺栓通孔；

s5：通过第二紧固件117依次穿过螺栓通孔和螺栓沉孔，将下盖板109与第一上合模101以及第二上合模103固定连接；

s6：将熔融金属材料浇注到型腔104后，趁熔融金属材料还未凝固，立刻将冷却模具100浸入冷却介质中，且冷却介质不能没过冷却模具100的上表面，即可实现快冷效果。

综上，该密封冷却方法将上述的冷却模具100简单组合后即可进行，且可将冷却模具100直接浸入冷却介质中实现快速冷却，且可以满足密封性、易加工及日常维护需要。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。