一种砂型铸造火力面圆锥台状冷铁及其应用方法与流程

1.本发明创造属于砂型铸造技术领域，尤其是涉及一种砂型铸造火力面圆锥台状冷铁及其应用方法。


背景技术：

2.铝合金缸盖通常采用重力铸造的铸造方式生产，铝合金凝固过程的液相收缩较大，并且由于缸盖铸件承载大、形状不规则、壁厚差别较大、结构不对称的复杂空间结构，因此铸件凝固过程非常不利于顺序凝固，另外，缸盖火力面为重要工作面，气密性要求高，且毛坯基准设计在火力面，因此，如何提高浇筑成型质量尤为重要。虽然现有技术中有采用在铸件厚大断面部位布置冷铁的方式，以调节和改善局部散热速度，以减少铸造缺陷。现有技术中的冷铁结构及功能较为单一，不易固定，同时，铸造产生的热量大多是通过空冷方式进行冷却，造成了能源浪费，并且，在冷却过程中，同样会存在着铸件厚大断面等关键部位散热速度与其它部位不同的问题，在铸件内部易产生缩孔、缩松等缺陷，影响产品质量及使用性能。因此有必要对现有的冷铁结构进行改进。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明创造旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种砂型铸造火力面圆锥台状冷铁及其应用方法，通过冷铁的合理结构设计和应用，利于实现铸件的顺序凝固，以保证铸件部分得到有效补缩，提高了产品质量。
4.为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：
5.一种砂型铸造火力面圆锥台状冷铁，包括冷铁基体，该冷铁基体包括下锥台体和上锥台体，二者的小径端相互衔接，并在冷铁基体外圆周面处形成腰型槽，下锥台体底端的最大直径处横截面，大于上锥台体顶端的最大直径处横截面，通常，下锥台体锥度大于上锥台体，并且下锥台体的高度小于上锥台体；所述上锥台体上端设有工作面，该工作面上设有排气结构；所述冷铁基体内设有至少一个冷却腔，在冷铁基体异于工作面的一侧端面开设进液口和出液口，并在进、出液口上分别安装介质导管，进液口环形冷却腔间通过进液通道连通，出液口与环形冷却腔间通过出液通道连通，应用时，在进液口和出液口间连接有热回收装置，介质导管外伸出铸造模具。
6.进一步，所述排气结构包括冷铁基体工作面设置的若干圆形凸台，每两相邻的圆形凸台之间均形成排气间隙。
7.进一步，下锥台体底端的最大直径处横截面面积，为上锥台体顶端的最大直径处横截面面积的1.5-2倍。
8.进一步，所述冷铁基体采用低碳钢制件或铜制件。
9.进一步，所述冷却腔环绕冷却基体中心布置。
10.进一步，进液口与出液口沿冷铁基体中心呈180
°
对称布置，或是进液口与出液口紧邻布置，在冷却腔对应进、出液通道之间的部分设置有隔挡结构。
11.一种应用上述冷铁的铸造方法，具体方法为：
12.布置砂型时，置入本砂型铸造火力面圆锥台状冷铁，冷铁基体的工作面朝向铸件产品侧，使冷铁基体与砂型结合成一体；
13.铸造生产前，在进液口和出液口间连接有热回收装置；
14.向砂模孔内浇筑金属液时，允许铸件产品冷凝过程中及砂芯产生的气体通过排气槽排出，并在浇筑及产品冷却过程中，同步开启热回收装置，进行热量回收。
15.相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：
16.本发明创造提供的冷铁，在砂型制造时，砂子和冷铁接触面为腰型槽两侧壁的斜面结构，该腰型槽结构保证冷铁位置精度和砂型成型时砂子能够快速牢固充满冷铁周围，一方面提高砂型质量，另一方面提高浇注时冷铁激冷速度，保证气缸盖铸造时其火力面位置处铸造质量。同时，还腰型槽还能保证冷铁与型砂结合牢固，便于冷铁精确固定于砂模内，提高铸件浇注质量。另外，本发明冷铁工作面所设置的排气结构，便于将浇注的金属液凝固时和砂芯所产生的部分气体排出，提高铸件浇注质量。
附图说明
17.构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：
18.图1为本发明创造的结构示意图；
19.图2为本发明创造中冷铁基体的剖视图；
20.图3为本发明创造的立体结构示意图；
21.图4为本发明创造实施例中设有翅片时的示意图；
22.图5为本发明创造应用时的示意图。
具体实施方式
23.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，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创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
25.在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，或一体地连接；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，可以通过具体情况理解上
述术语在本发明创造中的具体含义。
26.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。
27.一种砂型铸造火力面圆锥台状冷铁，如图1至5所示，包括冷铁基体1，该冷铁基体包括下锥台体2和上锥台体3，二者的小径端相互衔接，并在冷铁基体外圆周面处形成腰型槽4，下锥台体底端的最大直径处横截面，大于上锥台体顶端的最大直径处横截面，即，上锥台体竖直方向投影处于下锥台体覆盖范围以内。
28.通常，下锥台体锥度大于上锥台体，并且下锥台体的高度小于上锥台体。所述上锥台体顶部设有工作面5，该工作面上设有排气结构；作为举例，上述排气结构包括冷铁基体工作面设置的若干圆形凸台，每两相邻的圆形凸台之间均形成排气间隙。
29.所述冷铁基体内设有至少一个冷却腔6，在冷铁基体异于工作面的一侧端面开设进液口7和出液口8，并在进、出液口上分别安装介质导管9，进液口环形冷却腔间通过进液通道10连通，出液口与环形冷却腔间通过出液通道11连通。热回收应用时，在进液口和出液口间连接有热回收装置，并且所述介质导管末端外伸出铸造模具，以以便于连接热回收装置的冷却水循环管路。利用带换热器的热回收装置进行换热及热量回收再利用的方法为现有技术，在此不再赘述。需要指出的是，冷铁基体上的进、出液口只是为了便于表述二者关系的功能性命名，在实际应用中其实无需严格进行区分，只需将热回收装置的冷却介质循环管路的进、出口分别连接在其中一个(进液口或出液口上的)介质导管即可。
30.在一个可选的实施例中，下锥台体底端的最大直径处横截面面积，为上锥台体顶端的最大直径处横截面面积的1.5-2倍。这样的结构设计，可以有效保证冷铁远离铸件产品16侧的横截面大于靠近铸件产品侧的横截面，形成类似于“帽”的结构，使得远离铸件产品侧的端面与型砂间结合更稳定，冷铁工作面受力时，最大限度避免出现向远离铸件产品一侧破坏型砂的集中作用力，铸造生产过程中，冷铁基体结构稳定性得到可靠保障。下锥台体的“帽”式结构，能够有效的起到局部聚热的作用，即，冷铁附近的热能可以经冷铁吸收后经热回收装置回收，并且，铸件产品厚大断面等关键部位的热量如果比较集中，可以经冷铁导热传递给冷铁附近的型砂，起到利用型砂暂时储存热能的效果，之后会经冷却介质循环导出，并且，将铸件热量分散至外表面的型砂，可以有效减少铸件产品关键部位局部结构的内外温差，可环境因内外温差较大而产生的质量缺陷。
31.上述冷铁基体采用低碳钢制件或铜制件。上述冷却腔环绕冷却基体中心布置。通常，进液口与出液口沿冷铁基体中心呈180
°
对称布置，或是，进液口与出液口紧邻布置，在冷却腔对应进、出液通道之间的部分设置有隔挡结构，目的都是能够最长程度的使冷却介质获得更长的循环路径，提高循环吸热的效果。
32.下面提供一种应用上述的冷铁的铸造方法，具体方法为：
33.布置砂型时，置入本砂型铸造火力面圆锥台状冷铁，冷铁基体的工作面朝向铸件产品侧，使冷铁基体与砂型结合成一体；
34.铸造生产前，在进液口和出液口间连接有热回收装置12，
35.向砂模孔内浇筑金属液时，允许铸件产品冷凝过程中及砂芯产生的气体通过排气槽排出，并在浇筑及产品冷却过程中，同步开启热回收装置，进行热量回收。具体的，将热回收装置的冷却介质循环管路进液端13与出液口连通，冷却介质循环管路的出液端14与进液口连通，随着冷却介质经循环管路进入换热器进行换热，即完成铸造过程中的热能回收。本
发明提供的冷铁先利用型砂储热，然后利用冷铁基体冷却腔内的冷却介质循环，再逐渐中的热能吸收并热传递至热回收装置进行回收利用，克服了现有技术中本领域技术人员所公认的型砂升温不利于铸造生产的认知，本发明方案中，型砂升温是局部的、暂时的，随着冷却介质循环，热量得以从型砂再次回收，并且型砂在冷铁附近暂时升温，还有效避免铸件产品关键部位(如设置有冷铁的厚大断面附近)内表面以及外表面短时间温差过大的作用，可以提高铸件产品质量。
36.为了提高热回收能力，并进一步提高铸件质量。针对上述本发明冷铁继续进行优化改进。如图4所示，在一个可选的实施例中，上锥台体外壁设有若干翅片15。具体的，冷铁采用铸件时，翅片可以是铸造成型于冷铁上锥台体外侧。当然，也可以是在冷铁基体的上锥台体外壁沿圆周方向均布开设有若干安装槽，向砂型中置入冷铁时，先将翅片插装入冷铁基体的安装槽内，构成可拆卸的安装结构，方便翅片回收利用，此时，翅片可以采用铝、铜等导热性能佳的金属材料。
37.本发明创造提供的冷铁，在砂型制造时，砂子和冷铁接触面为腰型槽两侧壁的斜面结构，该腰型槽结构保证冷铁位置精度和砂型成型时砂子能够快速牢固充满冷铁周围，一方面提高砂型质量，另一方面提高浇注时冷铁激冷速度，保证气缸盖铸造时其火力面位置处铸造质量。同时，还腰型槽还能保证冷铁与型砂结合牢固，便于冷铁精确固定于砂模内，提高铸件浇注质量。另外，本发明冷铁工作面所设置的排气结构，便于将浇注的金属液凝固时和砂芯所产生的部分气体排出，提高铸件浇注质量。
38.以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

技术特征：
1.一种砂型铸造火力面圆锥台状冷铁，其特征在于：包括冷铁基体，该冷铁基体包括下锥台体和上锥台体，二者的小径端相互衔接，并在冷铁基体外圆周面处形成腰型槽，下锥台体底端的最大直径处横截面，大于上锥台体顶端的最大直径处横截面；所述上锥台体顶部设有工作面，该工作面上设有排气结构；所述冷铁基体内设有至少一个冷却腔，在冷铁基体异于工作面的一侧端面开设进液口和出液口，并在进、出液口上分别安装介质导管，进液口环形冷却腔间通过进液通道连通，出液口与环形冷却腔间通过出液通道连通。2.根据权利要求1所述的一种砂型铸造火力面圆锥台状冷铁，其特征在于：所述排气结构包括冷铁基体工作面设置的若干圆形凸台，每两相邻的圆形凸台之间均形成排气间隙。3.根据权利要求1所述的一种砂型铸造火力面圆锥台状冷铁，其特征在于：所述冷铁基体采用低碳钢制件或铜制件。4.根据权利要求1所述的一种砂型铸造火力面圆锥台状冷铁，其特征在于：所述冷却腔环绕冷却基体中心布置。5.根据权利要求1所述的一种砂型铸造火力面圆锥台状冷铁，其特征在于：进液口与出液口沿冷铁基体中心呈180
°
对称布置，或是进液口与出液口紧邻布置，在冷却腔对应进、出液通道之间的部分设置有隔挡结构。6.一种应用权利要求1所述的冷铁的铸造方法，其特征在于：布置砂型时，置入本砂型铸造火力面圆锥台状冷铁，冷铁基体的工作面朝向铸件产品侧，使冷铁基体与砂型结合成一体；铸造生产前，在进液口和出液口间连接有热回收装置；向砂模孔内浇筑金属液时，允许铸件产品冷凝过程中及砂芯产生的气体通过排气槽排出，并在浇筑及产品冷却过程中，同步开启热回收装置，进行热量回收。

技术总结
本发明创造提供了一种砂型铸造火力面圆锥台状冷铁，包括冷铁基体，冷铁基体下锥台体和上锥台体的小径端相互衔接，形成腰型槽，下锥台体底端的最大直径处横截面，大于上锥台体顶端的最大直径处横截面，上锥台体上端设有工作面，该工作面上设有排气结构；冷铁基体内设有至少一个冷却腔，在冷铁基体异于工作面的一侧端面开设进液口和出液口，并在进、出液口上分别安装介质导管，进液口环形冷却腔间通过进液通道连通，出液口与环形冷却腔间通过出液通道连通。本发明创造提供的冷铁，在砂型制造时，砂子和冷铁接触面为腰型槽两侧壁的斜面结构，保证冷铁位置精度和砂型成型时砂子能够快速牢固充满冷铁周围，有效提高铸件浇注质量。有效提高铸件浇注质量。有效提高铸件浇注质量。


技术研发人员：闫志义 刘士渊 路江玉 路拥庆 张丽娜 贺林
受保护的技术使用者：山西柴油机工业有限责任公司
技术研发日：2023.05.25
技术公布日：2023/8/21