一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台及使用方法

本发明属于冷冻砂型切削加工辅助装置，具体涉及一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台及使用方法。

背景技术：

1、目前，大尺寸冷冻砂型在进行切削过程中主要是通过对冷冻砂型预制块提前进行切削过程中温度变化的经验测定，并根据经验，在对初始温度为设定温度的冷冻砂型进行切削一定时间后，由于砂型温度上升、砂型强度降低，需要将冷冻砂型重新冰冻至许可温度，然后取出再次固定及再次切削，对于大尺寸冷冻砂型制备，这一工艺流程需要重复多次，这就导致切削定位容易出现偏差，切削精度有所降低；同时，导致工艺流程长、冷冻砂型制备效率低、生产成本高等问题。目前相关报道的延长切削冷冻砂型时间的方法，主要以热辐射或表面接触冷却方法为主，这类方法对于大尺寸砂型来说，只能使表面得到降温，但是对于砂型内部降温效果却很差，砂型存在严重的温度梯度，导致切削时砂型局部强度不均匀，砂型精度低，不仅如此，这类方法还存在降温效率低，耗时长，资源浪费大等一系列问题。

2、综上所述，针对目前现有大尺寸冷冻砂型切削方法及装置存在的工艺流程长、精度低、效率低、成本高等问题，需要提出一种全新的大尺寸冷冻砂型切削方法及装置来满足所有需求，延长大尺寸冷冻砂型一次切削时间，实现大尺寸冷冻砂型一次整体切削成形，缩短工艺流程，降低生产成本，提高生产效率和制备精度。

技术实现思路

1、本发明为了解决现有大尺寸冷冻砂型在进行切削工作中容易受温度回升的因素影响，导致大尺寸冷冻砂型的切削工艺流程长、切削精度低、切削效率低以及切削成本高的问题，进而研发一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台及使用方法；

2、一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台，所述切削平台包括平台主体和外部框架，所述切削平台还包括制冷机、预埋式冷却系统、冷气回流分流管和冷气输出分流管；

3、所述预埋式冷却系统包括冷冻砂型预制块预埋组件和平台主体预埋组件，冷冻砂型预制块预埋组件预埋在冷冻砂型预制块中，平台主体预埋组件预埋在平台主体中；

4、所述冷气回流分流管包括一个冷气回流端和多个冷气进入端；

5、所述冷气输出分流管包括一个冷气输入端和多个冷气输出端；

6、所述外部框架设置在平台主体的上表面上，且外部框架与平台主体拆卸连接，冷冻砂型预制块设置在外部框架的内部，冷冻砂型预制块通过外部框架固定在平台主体上，制冷机设置在外部框架外部，制冷机的冷气输出口上设有冷气输出分流管，冷气输出分流管中的冷气输入端与制冷机的冷气输出口连通设置，冷气输出分流管中的每个冷气输出端与预埋式冷却系统中冷冻砂型预制块预埋组件的冷气进入端或平台主体预埋组件的冷气进入端连通设置，制冷机的冷气回流口上设有冷气回流分流管，冷气回流分流管中的冷气回流端与制冷机的冷气回流口连通设置，冷气回流分流管中的每个冷气进入端与预埋式冷却系统中冷冻砂型预制块预埋组件的冷气排出端或平台主体预埋组件的冷气排出端连通设置；

7、进一步地，平台主体预埋组件包括一个水平铜板外壳和一个水平蛇形冷却盘管，水平蛇形冷却盘管嵌装在水平铜板外壳中，水平铜板外壳预埋在平台主体中，水平蛇形冷却盘管的进气端依次穿过水平铜板外壳和平台主体并与冷气输出分流管中的一个冷气输出端连通设置，水平蛇形冷却盘管的出气端依次穿过水平铜板外壳和平台主体并与冷气回流分流管中的一个冷气进入端连通设置；

8、进一步地，所述冷冻砂型预制块为四方体结构；

9、进一步地，所述冷冻砂型预制块预埋组件包括四个冷却预埋单元，四个冷却预埋单元沿的周向等距预埋在冷冻砂型预制块中，且每个冷却预埋单元与冷冻砂型预制块的一侧侧壁对应设置；

10、进一步地，所述冷却预埋单元包括一个立式铜板外壳和一个立式蛇形冷却盘管，立式蛇形冷却盘管嵌装在立式铜板外壳中，立式铜板外壳预埋在冷冻砂型预制块中，立式蛇形冷却盘管的进气端依次穿过立式铜板外壳和冷冻砂型预制块并与冷气输出分流管中的一个冷气输出端连通设置，立式蛇形冷却盘管的出气端依次穿过立式铜板外壳和冷冻砂型预制块并与冷气回流分流管中的一个冷气进入端连通设置；

11、进一步地，所述冷冻砂型预制块为圆柱体结构；

12、进一步地，所述冷冻砂型预制块预埋组件包括圆筒状铜板外壳和圆筒状冷却盘管，圆筒状冷却盘管嵌装在圆筒状铜板外壳中，圆筒状铜板外壳预埋在冷冻砂型预制块中，圆筒状冷却盘管的进气端依次穿过圆筒状铜板外壳和冷冻砂型预制块并与冷气输出分流管中的一个冷气输出端连通设置，圆筒状冷却盘管的出气端依次穿过圆筒状铜板外壳和冷冻砂型预制块并与冷气回流分流管中的一个冷气进入端连通设置；

13、进一步地，所述预埋式冷却系统工作时的冷却温度的范围为-40℃～0℃；

14、进一步地，所述冷冻砂型预制块的初始温度低于0℃，冷冻砂型预制块的材料为硅砂和水的混合物，铬铁矿砂和水的混合物，锆英砂和水的混合物或石英砂和水的混合物；

15、一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台的使用方法，所述使用方法是通过以下步骤实现的：

16、步骤一：将砂型材料和水按照比例进行搅拌混合，在将混合材料压制成预制块时将冷冻砂型预制块预埋组件预埋其中；

17、步骤二：将步骤一中预埋有冷冻砂型预制块预埋组件的砂型预制块放进冷柜进行冰冻，冷柜设定温度低于0℃，当冷冻砂型预制块整体温度达到设定温度时，将冷冻砂型预制块从冰柜中取出；

18、步骤三：将步骤二中从冰柜中取出的冷冻砂型预制块放置在平台主体上，并利用外部框架对冷冻砂型预制块进行固定，同时将预埋在平台主体中的平台主体预埋组件和预埋在冷冻砂型预制块中的冷冻砂型预制块预埋组件通过冷气回流分流管和冷气输出分流管与制冷机相连；

19、步骤四：启动制冷机，使制冷机通过冷气回流分流管和冷气输出分流管在平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件中进行冷气循环，设定制冷机的工作功率，并保证平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件在工作时冷却温度稳定保持在-40℃～0℃温度区间中任意一温度值；

20、步骤五：在步骤四中平台主体预埋组件和冷冻砂型预制块预埋组件均处于工作的状态下，利用切削机构对冷冻砂型预制块进行切削处理，直至将冷冻砂型预制块切削至目标冷冻砂型型腔；

21、步骤六：待步骤五切削工作全部完成后，先关闭制冷机，使制冷机停止制冷，再将冷气回流分流管和冷气输出分流管从目标冷冻砂型型腔中拆卸下来，最后将所得的目标冷冻砂型型腔用于熔炼浇注；

22、步骤七：将步骤六中加工好的目标冷冻砂型型腔移动至熔炼浇注区域，再将冷气回流分流管和冷气输出分流管重新连接至目标冷冻砂型型腔上，同时启动制冷机，使冷量在预埋于目标冷冻砂型型腔中的四个冷却预埋单元中进行有效循环，并在目标冷冻砂型型腔处于冷却的环境下进行浇注工作；

23、步骤八：待使用本发明所制备的目标冷冻砂型型腔浇注铸件完成后，可将预埋在冷冻砂型型腔中的冷冻砂型预制块预埋组件取出并进行重复利用。。

24、本技术相对于现有技术所产生的有益效果：

25、本发明提出的一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台及使用方法，能够对切削过程中的冷冻砂型进行快速降温的同时完成砂型的切削制备，延长大尺寸冷冻砂型的一次可切削时间，实现大尺寸冷冻砂型一次整体切削成形，避免砂型多次重复冷冻-重复切削工艺，避免因多次搬动砂型、固定砂型产生偏差而导致砂型精度降低，同时可以缩短冷冻砂型制备工艺流程，降低生产成本，提高生产效率和制备精度；

26、本发明提出的一种带有预埋式冷却系统的冷冻砂型工作平台其中的预埋式冷却系统分为两部分，一部分为冷冻砂型预制块预埋组件，另一部分为平台主体预埋组件，其中冷冻砂型预制块预埋组件设置在冷冻砂型预制块中，能够实现从砂型内部进行直接快速降温，平台主体预埋组件设置在平台主体中可以与砂型底部接触快速降温，本技术将两种降温方式的优势结合，降温效果更加直接有效，相比于传统热辐射或接触式单一方式降温，本发明降温效果更快。另外，本发明的预埋式冷却系统不仅可以在砂型切削制备中使用，还可以再合金浇注铸造过程使用，对砂型降温，实现合金的快速凝固，提高合金铸件的性能。