1.本发明涉及铸造领域，具体涉及砂型铸造过程中增强铸件冷却装置的一种管道，以及采用该增强铸件冷却的管道实施砂型铸型过程中铸件冷却的方法。
背景技术：
2.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。
3.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，一般冷铁是最常用的方式。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，在有些情况下，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，如在有些厚大轮毂的中心孔位置，采用铬铁矿砂等冷却能力不足，采用冷铁时会因冷铁阻碍收缩造成铸件裂纹。
4.采用除了冷铁以外的专用冷却装置在铸型中对特定位置减小冷却目前已经在金属型铸造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。可控，高效，方便操作，不会增加收缩阻碍的散热才是解决这种问题的关键。
5.另外，在砂型铸造中，粘结剂在高温下会形成一些气体，一方面这些气体有在铸件还未凝固形成外层壳体之前侵入铸件形成气孔缺陷的风险，另一方面，有些气相物质也有在高温下渗入铸件造成铸件特定位置化学成分的改变，如碳，硫，磷，氢等渗入铸件的风险，只有降低铸型发气及增加铸型透气的方法才能有效地解决，同时最期望铸型在发气初期及前期就可以从铸型中排除，也即型芯出气位置应于铸件间具有较小的吃砂量为好。
6.鉴于有机造型材料仍然是主流的造型材料，短期内很难改变，而有机材料在高温下分解的各项气相物质对铸件的影响就很难避免，铸造实践上，一般采用增强型芯透气或出气性来解决。而传统采用芯骨或预埋透气绳的方法虽然在大多数情况下有效果，但因芯骨一般距离铸件较远，即吃砂量太大，无法引出砂型前期所发气体；虽然出气绳可以采用较小的吃砂量，但操作极其困难，也容易导致金属液渗入等问题，效果不稳定。
技术实现要素：
7.针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种用于砂型铸型过程中增强铸件冷却的管道及采用该管道实施砂型铸型过程中铸件冷却的方法，管道设置有翅片，管壁上设置有透气的小孔。本发明利用附着在管道外壁的翅片增大管道与铸型的换热面
积；利用管道内壁的翅片增大管子与管内流体的换热强度；利用管壁的通气孔收集铸型中管壁周围的气体，使铸型中存在的有害气体可以通过散布在管壁的孔洞或缝隙，在负压作用下进入管腔，从而排出型外，消除了造型材料在高温下产生的气体对铸件质量的影响。由于铸型中这些高温气体的排除，进一步加强了管道对铸型的散热能力。
8.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案。
9.本发明提供的用于砂型铸型过程中增强铸件冷却的管道，所述管道设置于砂型铸型的冷却装置中，所述冷却装置包括冷却装置进口端和冷却装置出口端，所述冷却装置进口端、冷却装置出口端和所述管道组成强制热交换系统，所述铸型包括铸型上半和铸型下半，所述铸型上半连接铸件浇筑系统的冒口；所述管道设置有外翅片和内翅片；所述外翅片设置于管道的管壁外，用于换热吸热，所述内翅片设置于管道内，用于换热散热；所述管壁上还设置有透气的小孔。
10.优选的是，所述外翅片的大小与管道直径相适应。
11.在上述任一技术方案中优选的是，所述管道的直径为20mm，外翅片的厚度为0.1
‑
5mm、宽度为5mm。
12.在上述任一技术方案中优选的是，所述透气的小孔是通气孔，通气孔的直径为0.1mm
‑
20mm。
13.在上述任一技术方案中优选的是，所述透气的小孔是缝隙，缝隙的宽度为0.1
‑
10mm。
14.在上述任一技术方案中优选的是，还包括包裹部件，通气孔或缝隙较大时，通过采用包裹部件包裹管道，以确保在管道中有负压时，铸型中的气体通过通气孔或缝隙进入管道。
15.在上述任一技术方案中优选的是，所述包裹部件采用空隙小于铸件造型材料颗粒直径的金属网或耐火纤维网。
16.在上述任一技术方案中优选的是，所述管道由蓄热及导热能力强的材料制成。
17.在上述任一技术方案中优选的是，所述管道按所冷却的铸型及所浇注的铸件材质不同而采用铜及铜合金，或铝及铝合金，或钢及铁的金属材料制成。
18.在上述任一技术方案中优选的是，所述内翅片和外翅片与管道连成一体。
19.本发明还提供了一种采用如上任一项所述的砂型铸型过程中增强铸件冷却的管道实施铸件冷却的方法，该方法包括：在砂型中设置用于砂型铸型过程中增强铸件冷却的管道，管道一端作为进气端，一端作为出气端，管道按螺旋方式设置于铸件的芯子中，管道的配置间距和管道的外翅片、内翅片的尺寸与铸型的铸型上半、铸型下半及浇筑的铸件相适应，浇筑完成，管道通气冷却铸件。
20.在上述任一技术方案中优选的是，采用增强铸件冷却的管道进行铸件冷却的方法实施砂型铸造高厚大断面高锰钢惰轮铸件冷却作业，具体包括以下步骤：
21.步骤一，在砂型中预埋1根直径d15mm、壁厚2mm的空心钢管，管道一端作为进气端，管道另一端作为出气端，进气端与大气相通，出气端与负压装置相接；
22.步骤二，管子按螺旋方式设置于铸件轮毂芯子之中，管子之间间距15mm，外翅片长度10mm，内翅片长度10mm，翅片厚度1mm，使管线分别在位于铸件厚大部位的底部和两侧部形成顺序的换热腔体，吃砂量20mm；
23.步骤三，浇注完成20秒内，在出气端加载负压；在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；在强化冷却60分钟后，关闭负压系统，自然冷却到打箱时间。
24.在上述任一技术方案中优选的是，采用增强铸件冷却的管道进行铸件冷却的方法实施砂型铸造厚大断面低合金钢驱动轮铸件了冷却作业，具体包括以下步骤：
25.步骤一，在砂型中制作出1个直径d25mm、壁厚2mm的空心钢管，管道一端作为进气端，另一端作为出气端，进气端与大气相通，出气端与负压装置相接；
26.步骤二，管子按螺旋方式设置于铸件驱动轮轮毂芯子之中，外翅片长度20mm，内翅片长度20mm，翅片厚度2mm，按螺距50mm、吃砂量15mm形成顺序的换热腔体；
27.步骤三，浇注开始前，在出气端加载负压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；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。
28.本发明针对目前应用中存在的问题，对采用在砂型中特定位置预埋特定线路的冷却换热装置的管子进行了进一步的优化，在管道外壁附着有翅片，在管道内壁也附着有翅片，在管道壁上开设有通气小孔。
29.本发明的技术原理是，利用附着在换热管道外壁的翅片增大管道与铸型的换热面积；利用管道内壁的翅片增大管子与管内流体的换热强度；利用管壁的通气孔收集铸型中管壁周围的气体。
30.一般，为提高铸型的冷却能力，换热装置于铸件之间具有较小的吃砂量是关键，这样，由于本发明的管子可以较小的吃砂量预埋在铸型中，不但提高了铸型的冷却能力，同时也提高了铸型的排气。同时提升铸型冷却能力和铸型排气能力是本发明的典型特征。与现有技术相比，本发明提供了一种成本低廉，效果显著的铸件冷却装置换热及排气管，比常规管道换热装置提升300％以上的换热能力，同时，铸型中存在的有害气体，还可以通过散布在管壁的空洞，在负压作用下进入管腔，从而排除型外，消除了造型材料在高温下产生的气体对铸件质量的影响，另外，由于铸型中这些高温气体的排除，进一步加强了管道对铸型的散热效率。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明的用于砂型铸型过程中增强铸件冷却的管道设置于砂型铸型的冷却装置中的结构示意图；
33.图2为现有技术中砂型铸型过程中冷却所用管道的形状示意图；
34.图3为按照本发明的用于砂型铸型过程中增强铸件冷却的管道的一优选实施例的管道结构示意图；
35.图4为按照本发明的用于砂型铸型过程中增强铸件冷却的管道的一优选实施例的
管道的通气孔或缝隙示意图。
36.附图标记：1、铸型上半，2、铸件，3、冒口套，4、冒口，5、冷却装置进口端，6、冷却装置出口端，7、冷铁，8、芯子，9、铸型下半，10、普通的冷却管道，11、冷却管道外翅片，12、冷却管道内翅片，13、通气孔。
具体实施方式
37.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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
38.本发明实施例针对目前应用中存在的问题，对采用在砂型中特定位置预埋特定线路的冷却换热装置的管子进行了进一步的优化，提供一种用于砂型铸型过程中增强铸件冷却的管道及采用该管道实施砂型铸型过程中铸件冷却的方法。在管道外壁附着有翅片，在管道内壁也附着有翅片，在管道壁上开设有通气小孔。利用附着在换热管道外壁的翅片增大管道与铸型的换热面积；利用管道内壁的翅片增大管子与管内流体的换热强度；利用管壁的通气孔收集铸型中管壁周围的气体。
39.本实施例所述用于砂型铸型过程中增强铸件冷却的管道，如图1所示，管道设置于砂型铸型的冷却装置中，冷却装置包括冷却装置进口端5和冷却装置出口端6，冷却装置进口端5、冷却装置出口端6和所述管道组成强制热交换系统，铸型包括铸型上半1和铸型下半9，铸型上半1连接铸件浇筑系统的冒口4。如图1、3、4所示，管道设置有外翅片11和内翅片12；外翅片11设置于管道的管壁外，用于换热吸热，内翅片12设置于管道内，用于换热散热。管壁上还设置有透气的小孔。
40.本实施例所述管道，其外翅片11的大小与管道直径相适应。管道的直径为20mm，外翅片11的厚度为0.1
‑
5mm、宽度为5mm。
41.管外的翅片用于增大管子与铸型的接触换热面积，同时还要便于造型，一般翅片的大小应与管子直径相适应。典型地，对直径20mm的管子，翅片的厚度为0.1
‑
5mm，宽度为5mm
‑
管子周长，长度为5mm
‑
100mm，垂直于管子轴线。
42.本实施例所述管道，透气的小孔是通气孔13或缝隙。通气孔13的直径为0.1mm
‑
20mm，缝隙的宽度为0.1
‑
10mm。
43.本实施例所述管道，还包括包裹部件，通气孔13或缝隙较大时，通过采用包裹部件包裹管道，以确保在管道中有负压时，铸型中的气体通过通气孔13或缝隙进入管道。
44.本实施例所述管道，包裹部件采用空隙小于铸件造型材料颗粒直径的金属网或耐火纤维网。
45.在管壁开有透气的小孔或缝隙，小孔直径为0.1mm
‑
20mm，若为缝隙，宽度为0.1
‑
10mm，当小孔直径或分析宽度较大时，如大于造型材料的颗粒直径时，这些小孔或缝隙需要采用空隙小于造型材料颗粒直径的金属网或耐火纤维望包裹，以确保在管道中有负压时，只允许铸型中的气体通过孔隙进入管道，而避免造型材料通过空隙进入管道。
46.本实施例所述管道，由蓄热及导热能力强的材料制成。管道按所冷却的铸型及所浇注的铸件材质不同而采用铜及铜合金，或铝及铝合金，或钢及铁的金属材料制成。内翅片
12和外翅片11与管道连成一体。
47.管道由蓄热及导热能力强的材料制成，按所冷却的铸型及所浇注的铸件材质不同，典型地，可采用铜及铜合金，铝及铝合金，钢及铁等金属材料制成。其内外翅片应与管道连成一体，以提高热传导能力。对金属材料，典型地，可以通过焊接或加工的方法获得，材质可以是同种金属或传热能力强的异种金属，典型地，采用在管子上通过加工的方法获得翅片。
48.本实施例所述冷却管道在铸型为砂型时，仅限于以不同温度的空气或气体作为冷却介质时使用。
49.本实施例涉及铸造过程中增强铸件冷却的方法及装置，特别是一种用于砂型铸型中增强铸件冷却装置的管道。本实施例提供技术方案的特点是，在管道外壁附着有翅片，在管道内壁也附着有翅片，在管道壁上开设有通气小孔。本实施例的技术原理是，利用附着在换热管道外壁的翅片增大管道与铸型的换热面积；利用管道内壁的翅片增大管子与管内流体的换热强度；利用管壁的通气孔收集铸型中管壁周围的气体。砂型铸型的冷却能力低下，常常会导致厚大铸件凝固时间过长造成晶粒粗大和偏析等缺陷，这常常需要蓄热系数较高的材料来优化冷却，典型地采用铬铁矿砂，冷铁等措施，这一方面降低了生产的适应性，操作困难，同时也提高了铸造生产的成本，采用冷却装置时实现可控高效的冷却方法；同时，若铸型采用的造型材料在高温下有气体产生，还将会在铸件中有产生气孔的缺陷，以树脂为主的砂型造型材料，在高温下分解的气相产物，还有污染铸件金属的可能，如发生增碳等问题。本实施例提供了一种成本低廉，效果显著的铸件冷却装置用换热管，比常规管道换热装置提升300％以上的换热能力，同时，铸型中存在的有害气体，还可以通过散布在管壁的孔洞(或缝隙)，在负压作用下进入管腔，从而排出型外，从而消除了造型材料在高温下产生的气体对铸件质量的影响。另外，由于铸型中这些高温气体的排除，进一步加强了管道对铸型的散热能力。本实施例所述的管道，可广泛用于砂型铸造生产，特别是适用于以厚大件的高效冷却为目的的铸造生产。
50.采用如上所述的砂型铸型过程中增强铸件冷却的管道实施铸件冷却的方法，该方法主要包括：在砂型中设置用于砂型铸型过程中增强铸件冷却的管道，管道一端作为进气端，一端作为出气端，管道按螺旋方式设置于铸件的芯子8中，管道的配置间距和管道的外翅片11、内翅片12的尺寸与铸型的铸型上半1、铸型下半9及浇筑的铸件相适应，浇筑完成，管道通气冷却铸件。
51.以下结合图1至4，分别以高厚大断面高锰钢惰轮铸件和厚大断面低合金钢驱动轮铸件两种砂型铸造为例，说明砂型铸造过程中采用增强铸件冷却的管道实施铸件冷却的具体方法。
52.如图1至4，冷却装置进口5和冷却装置出口6及冷却管道10组成了一个强制热交换系统。图1是一种典型的铸造过程中增强铸件冷却的装置和系统，通常，冷铁7及冒口套3不一定必须出现，按实际情况可有可无，2是铸件示意，通常，浇注系统可从冒口浇入，也可单独设置，与铸件2相连，本处，用4冒口代替示意浇注系统的存在。这种砂型铸造增强铸件冷却装置中冷却管，图2是传统的冷却管形状；图3示意经优化了的本实施例带有内外翅片的冷却管道；图4示意为本实施例所提出的有通气孔(或缝隙)的带有内外翅片的，能实现高效排气及换热能力的冷却管道。
53.实施例1
54.如图1、3、4所示，采用增强铸件冷却的管道进行铸件冷却的方法实施砂型铸造高厚大断面高锰钢惰轮铸件冷却作业，具体包括以下步骤：
55.步骤一，在砂型中预埋1根直径d15mm、壁厚2mm的空心钢管，管道一端作为进气端，管道另一端作为出气端，进气端与大气相通，出气端与负压装置相接；
56.步骤二，管子按螺旋方式设置于铸件轮毂芯子之中，管子之间间距15mm，外翅片长度10mm，内翅片长度10mm，翅片厚度1mm，使管线分别在位于铸件厚大部位的底部和两侧部形成顺序的换热腔体，吃砂量20mm；
57.步骤三，浇注完成20秒内，在出气端加载负压；在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；在强化冷却60分钟后，关闭负压系统，自然冷却到打箱时间。
58.采用该方法，使铸件整体凝固时间缩短了3.5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2级，因而提升的铸件的内在质量，也提升了生产效率。
59.实施例2
60.如图1、3、4所示，根据增强铸件冷却的管道进行铸件冷却的方法实施砂型铸造厚大断面低合金钢驱动轮铸件冷却作业，具体包括以下步骤：
61.步骤一，在砂型中制作出1个直径d25mm、壁厚2mm的空心钢管，管道一端作为进气端，另一端作为出气端，进气端与大气相通，出气端与负压装置相接；
62.步骤二，管子按螺旋方式设置于铸件驱动轮轮毂芯子之中，外翅片长度20mm，内翅片长度20mm，翅片厚度2mm，按螺距50mm、吃砂量15mm形成顺序的换热腔体；
63.步骤三，浇注开始前，在出气端加载负压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；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。
64.采用该方法，使铸件整体凝固时间缩短了3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2.5级，用于补缩的冒口直径减小了15％，用于补缩轮辐的补贴减少了100kg，铸件出品率提升了10％，铸件打箱时间缩短了6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。
65.以上所述仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非是对本发明的范围进行限定；以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围；在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的任何修改、等同替换、改进等，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。