一种提高铸件凝固效率的冷却散热装置及铸件凝固方法与流程

本发明属于铸件铸造技术领域，具体涉及一种提高铸件凝固效率的冷却散热装置及铸件凝固方法。

背景技术：

为了使铸件的整体或局部有较高的力学性能，铸件在凝固过程中需要有较大的温度梯度和较快的凝固速度。凝固速度越快，铸件的晶粒越细，晶轴之间的次生相、疏松、气孔和夹杂也越细小，热处理后越容易得到均匀组织。在一个工作周期中，往往冷凝所需要的时间是最长的。传统浇注工艺中常使用冷铁激冷以增加凝固过程中的温度梯度和加快凝固速度，但是冷铁的激冷面积有限且无法控制温度差，另外反复使用的冷铁会出现形变，既降低冷铁的激冷作用也影响铸件的尺寸精度。而且，浇注工艺中铸件有一定的冷却凝固顺序，有的部位需要优先冷却，有的表面需要先凝固远离冒口的位置，最后凝固靠近冒口的位置。

目前，现有的铸件冷却装置效率低下，未能形成温度梯度，铸件各个位置的冷却速度和时间达不到工艺要求，易产生裂纹、缩孔等缺陷，影响成型效果，制备的铸件成品率低。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题和不足，本发明的目的旨在提供一种提高铸件凝固效率的冷却散热装置及利用该装置控制铸件凝固的方法。

为实现发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种提高铸件凝固效率的冷却散热装置，包括进水管道、出水管道和plc控制器，所述进水管道与出水管道之间设有多个并列设置的冷却模块，冷却模块的一端与进水管道连通，其另一端与出水管道连通；所述冷却模块包括密封冷却箱，密封冷却箱一端设有与进水管道连通的进水口，其另一端设有与出水管道连通的出水口，进水口上设有温控阀，出水口上设有温度传感器；所述密封冷却箱的内部设有冷却管，冷却管一端与进水口连通，冷却管的另一端与出水口连通，冷却管与密封冷却箱之间填充有冷却液；plc控制器与温控阀、温度传感器连接。

根据上述的提高铸件凝固效率的冷却散热装置，优选地，所述冷却管为螺旋冷却管。

根据上述的提高铸件凝固效率的冷却散热装置，优选地，所述螺旋冷却管与进水口之间、螺旋冷却管与出水口之间均通过连接弯管连通。

根据上述的提高铸件凝固效率的冷却散热装置，优选地，所述进水口通过三通连接件与进水管道连通，所述出水口通过三通连接件与出水管道连通。

一种利用上述提高铸件凝固效率的冷却散热装置控制铸件凝固的方法，包括以下步骤：

（1）根据铸件凝固冷却面大小、铸件不同部位冷却温度需求，计算铸件凝固所需的冷却模块数量，设定每一个冷却模块的冷却温度；

（2）制备铸件的上、下箱砂型或砂芯，并根据铸件的凝固需求将多个冷却模块合理放入上、下箱砂型或砂芯中；然后将冷却散热装置的进水管道与供水系统连通，

（3）将金属熔液注入砂型或砂芯，同时利用供水系统向进水管道中持续通入冷却水，冷却水经进水管道进入各个冷却模块，然后经进水口进入密封冷却箱的冷却管中，与冷却液充分导热，对砂型或砂芯中的金属熔液进行冷却，使铸件凝固。

根据上述的方法，更加优选地，步骤（3）中，采用温度传感器检测冷却模块出水口的温度，并将温度信号反馈给plc控制器，plc控制器根据温度传感器反馈的温度信号调控冷却模块进水口温控阀的冷却水流量，使冷却模块达到预设的冷却温度。

与现有技术相比，本发明取得的积极有益效果为：

（1）本发明提高铸件凝固效率的冷却散热装置中进水管道和出水管道之间设有多个并列设置的冷却模块，每一个冷却模块的进水口设有温控阀，其出水口设有温度传感器，温度传感器能够检测各个冷却模块的温度，并将温度反馈给plc控制器，plc控制器通过调控温控阀来调节每个冷却模块内螺旋冷却管中的水流和水温，使各个冷却模块达到需要的冷却温度；因此，本发明的冷却散热装置可操控性强，可控精度高，每个冷却模块可按照铸件冷却顺序、各部位的凝固温度需求设定不同的冷却温度，形成温度梯度，使铸件按照合理的顺序凝固冷却，避免铸件产生裂纹、缩孔等缺陷，提高了铸件的出品率和成品率。

（2）本发明提高铸件凝固效率的冷却散热装置可根据凝固冷却面大小、铸件不同部位冷却温度需求合理设置铸件砂型或砂芯中冷却模块的数量和各个冷却模块之间的间距，以适应不同的铸件冷却，具有很高的灵活性和实用性，可实现各种金属、各种形状铸件冷却凝固过程的精确控制。

（3）本发明冷却模块中充满冷却液，使冷却模块进水口与出水口之间不会产生较大的温差，保证了密封冷却箱内温度均衡。

（4）由于相同的换热面积下，逆流的平均温差较大。因此，为增大传热面积和提高平均换热温差，冷却模块内采用螺旋冷却管设计，与直管相比，螺旋冷却管的特点是显著增加换热面积；能够显著增大与冷却液的接触面积，且温差应力小，并且螺旋冷却管的换热流动可以认为是逆流流动，提高了平均换热温差，极大地提高了传热性能和冷却效率，同时结构紧凑，容易安装。

（5）本发明装置结构简单，设计合理，可操控性强，可控精度高，可重复使用，使铸件冷却凝固过程具有很高的重复度和可预测性，而且，冷却效率高，铸件凝固速度快，制得的铸件缺陷少，良品率高，品质好。

（6）本发明控制铸件凝固的方法工艺简单，易操作，能够根据铸件凝固冷却面大小、铸件不同部位冷却温度需求合理设置砂型或砂芯中冷却模块数量的数量和各冷却模块之间的距离；而且，采用温度传感器检测冷却模块出水口的温度，并将温度信号反馈给plc控制器，plc控制器根据温度传感器反馈的温度信号调控冷却模块进水口温控阀的冷却水流量，使冷却模块的温度达到预设的冷却温度，实现铸件不同部位、不同冷却温度梯度的冷却，使铸件按照合理的顺序进行凝固冷却，避免铸件产生裂纹、缩孔等缺陷，生产的铸件良品率高，品质好。

（7）本发明控制铸件凝固的方法可操控性强，可控精度高，能够对铸件凝固冷却过程进行精确的控制，具有很高的重复度和可预测性。

附图说明

图1为本发明提高铸件凝固效率的冷却散热装置的结构示意图；

图2为本发明中冷却模块的结构示意图；

图3为本发明提高铸件凝固效率的冷却散热装置与砂型装配示意图；

图4为本发明中冷却模块温度闭环控制系统图；

图中，1为进水管道，2为出水管道，3为三通连接件，4为冷却模块，5为密封冷却箱，6为冷却液，7为进水口，8为出水口，9为螺旋冷却管，10为温控阀，11为连接弯管，12为温度传感器，13为砂型。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明作进一步详细说明，但并不限制本发明的范围。

实施例1：

如图1所示，一种提高铸件凝固效率的冷却散热装置，包括进水管道1、出水管道2和plc控制器，所述进水管道1与出水管道2之间设有并列设置有六个的冷却模块4，冷却模块4设于制备铸件的上、下箱砂型13或砂芯中，冷却模块4的个数和间距由铸件冷却面大小、各部位冷却凝固顺序和冷却温度梯度的需求确定，也可以是其他个数。冷却模块4的一端与进水管道1连通，冷却模块4的另一端与出水管道2连通。

如图2所示，所述冷却模块4包括密封冷却箱5，密封冷却箱5一端设有进水口7，密封冷却箱5的另一端设有出水口8，所述进水口7通过三通连接件3与进水管道1连通，进水口7上设有温控阀10；所述出水口8通过三通连接件3与出水管道2连通，出水口8上设有温度传感器12；密封冷却箱5的内部设有螺旋冷却管9，螺旋冷却管9贯穿整个密封冷却箱5，螺旋冷却管9的一端通过连接弯管11与进水口7连通，螺旋冷却管9的另一端通过连接弯管11与出水口8连通，螺旋冷却管9与密封冷却箱5之间填充有冷却液6；所述plc控制器与温控阀10、温度传感器12电连接。

实施例2：

实施例2的内容与实施例1基本相同，其不同之处在于：所述进水管道与出水管道之间设有三个并列设置的冷却模块（图未画出）。

实施例3：

实施例3的内容与实施例1基本相同，其不同之处在于：所述进水管道与出水管道之间设有九个并列设置的冷却模块（图未画出）。

实施例4：

实施例4的内容与实施例1基本相同，其不同之处在于：所述进水管道与出水管道之间设有十二个并列设置的冷却模块（图未画出）。

实施例5：

一种利用实施例1-实施例4任一所述提高铸件凝固效率的冷却散热装置控制铸件凝固的方法，包括以下步骤：

（1）根据铸件凝固冷却面大小、铸件不同部位冷却温度需求，计算铸件凝固所需的冷却模块4数量，并设定每一个冷却模块4的冷却温度；

（2）制备铸件的上、下箱砂型13或砂芯，并根据铸件的凝固需求将多个冷却模块4合理放入上、下箱砂型13或砂芯中（参见图3）；然后将提高铸件凝固效率的冷却散热装置的进水管道1与供水系统连通；

（3）将金属熔液注入砂型13或砂芯，同时利用供水系统向进水管道1中持续通入冷却水，冷却水经进水管道1进入各个冷却模块4，经进水口7、连接弯管11进入密封冷却箱5的螺旋冷却管9中，与冷却液6充分导热，然后经出水口8输出至出水管道2，采用温度传感器12检测冷却模块出水口8的温度，并将温度信号反馈给plc控制器，plc控制器根据温度传感器12反馈的温度信号调控冷却模块进水口7上温控阀10的冷却水流量，使冷却模块4达到预设的冷却温度（参见图4），实现对砂型13或砂芯中金属熔液的冷却，使铸件凝固。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，但不仅限于上述实例，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。