控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵及其制造工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鑄件凝固技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵及其制造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]在鑄造過程中，為增加鑄件的局部冷卻速度，常在型腔表面安放金屬塊。通常采用與鑄造材質(zhì)相同或相近的材料，防止冒口難以補縮的部位的縮孔、縮松，或者改善鑄件局部的金相組織及力學性能。通常外冷鐵的厚度越大，激冷作用越強，一般取熱節(jié)直徑的一半作為冷鐵厚度，但是當鑄件的厚大區(qū)域熱節(jié)很大時，由于鑄型的大小或冷鐵的重量等問題，無法放置相應的厚度。
[0003]為解決該類問題，在鑄造工藝設(shè)計時，不得不放置內(nèi)冷鐵，內(nèi)冷鐵是把金屬放入鑄件的型腔中，需經(jīng)特殊處理。同時，對一些大型鑄件，由于造型和澆注間隔時間很長，冷鐵表面與空氣中水氣反應而形成氧化層，影響鑄件的質(zhì)量。此時，無論是內(nèi)冷鐵還是外冷鐵，其應用都還受到一定的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是:為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵及其制造工藝。
[0005]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵，包括與鑄件表面匹配的冷鐵，所述冷鐵內(nèi)部設(shè)有若干空腔，所述空腔內(nèi)部設(shè)有熔點低于鑄件的低熔點金屬，所述低熔點金屬的熔點小于冷鐵的熔點，所述空腔的端口處設(shè)有熔點與冷鐵相近的塞子。
[0006]作為優(yōu)選，所述空腔的形狀為圓柱體或長方體。
[0007]作為優(yōu)選，所述冷鐵的熔點與鑄件的熔點相近。
[0008]采用上述的控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵的制造工藝，包括以下步驟:
[0009]I)根據(jù)鑄件的生產(chǎn)要求，確定外冷卻鐵的數(shù)量、大小及厚度；
[0010]2)根據(jù)外冷卻鐵的大小和厚度，采用與鑄鐵熔點相近的材料澆注冷鐵，在冷鐵澆注的過程中，預留相應體積的空腔；
[0011]3)在冷鐵冷卻以后，根據(jù)公式:
[0012]C1Hi1 AT1 <計算出空腔內(nèi)所需加入低恪點金屬的質(zhì)量，其中，C1為冷鐵材料的比熱容，Hl1為空腔部位冷卻鐵的質(zhì)量，△ T i為冷卻鐵保溫時的最高溫度與冷卻鐵初始溫度的差值，C2為低熔點金屬的比熱容，m 2為加入的低熔點金屬的質(zhì)量，Δ T 2為低熔點金屬的最高溫度與冷卻鐵初始溫度的差，Q1為低熔點金屬的熔化潛熱，q2為低熔點金屬的蒸發(fā)潛熱；然后向空腔內(nèi)部注入相應質(zhì)量的低熔點金屬；
[0013]4)低熔點金屬注入完畢后，在空腔的端口處嵌入并塞緊塞子，使得空腔密封。
[0014]具體地，步驟3)中，冷卻鐵在保溫時的最高溫度采用數(shù)值模擬的方法，首先按照鑄鐵工藝參數(shù)模擬鑄造過程，在相應位置設(shè)置虛擬溫度點，從而得出冷卻鐵能達到的最高溫度。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:該控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵及其制造工藝利用內(nèi)置低熔點金屬的方式，在外冷卻鐵迅速升溫的時候，使得內(nèi)置的低熔點金屬熔化吸熱，大大增強了外冷卻鐵的吸熱能力，從而加快了鑄件厚大部分的冷卻速度，減少了縮松、縮孔現(xiàn)象的發(fā)生。
【附圖說明】
[0016]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0017]圖1是本發(fā)明的控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2是圖1的A-A向剖視圖；
[0019]圖中:1.冷鐵，2.空腔，3.塞子。
【具體實施方式】
[0020]現(xiàn)在結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。這些附圖均為簡化的示意圖，僅以示意方式說明本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，因此其僅顯示與本發(fā)明有關(guān)的構(gòu)成。
[0021]如圖1-2所示，一種控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵，包括與鑄件表面匹配的冷鐵1，所述冷鐵I內(nèi)部設(shè)有若干空腔2，所述空腔2內(nèi)部設(shè)有熔點低于鑄件的低熔點金屬，所述低熔點金屬的熔點小于冷鐵I的熔點，所述空腔2的端口處設(shè)有熔點與冷鐵相近的塞子3。
[0022]作為優(yōu)選，所述空腔2的形狀為圓柱體或長方體。
[0023]作為優(yōu)選，所述冷鐵I的熔點與鑄件的熔點相近。
[0024]采用上述的控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵的制造工藝，包括以下步驟:
[0025]I)根據(jù)鑄件的生產(chǎn)要求，確定外冷卻鐵的數(shù)量、大小及厚度；
[0026]2)根據(jù)外冷卻鐵的大小和厚度，采用與鑄鐵熔點相近的材料澆注冷鐵1，在冷鐵I澆注的過程中，預留相應體積的空腔；
[0027]3)在冷鐵冷卻以后，根據(jù)公式:
[0028]C1Hi1 AT1 <計算出空腔內(nèi)所需加入低恪點金屬的質(zhì)量，其中，C1為冷鐵I材料的比熱容，Hi1為空腔2部位冷卻鐵的質(zhì)量，Δ T i為冷卻鐵保溫時的最高溫度與冷卻鐵初始溫度的差值，C2為低熔點金屬的比熱容，1112為加入的低熔點金屬的質(zhì)量，AT2為低熔點金屬的最高溫度與冷卻鐵初始溫度的差，Q1為低熔點金屬的熔化潛熱，q2為低熔點金屬的蒸發(fā)潛熱；然后向空腔2內(nèi)部注入相應質(zhì)量的低熔點金屬；
[0029]4)低熔點金屬注入完畢后，在空腔2的端口處嵌入并塞緊塞子3，使得空腔2密封。
[0030]具體地，步驟3)中，冷卻鐵在保溫時的最高溫度采用數(shù)值模擬的方法，首先按照鑄鐵工藝參數(shù)模擬鑄造過程，在相應位置設(shè)置虛擬溫度點，從而得出冷卻鐵能達到的最高溫度。
[0031]實例一:
[0032]某鑄造廠灰鐵件6缸船用發(fā)動機機架，冷卻鐵的材質(zhì)為灰鐵，尺寸為100mm*100mm*80mm，約6kg,采用數(shù)值模擬的方法，設(shè)置虛擬溫度點，計算出冷鐵的達到的最高溫度為1200°C ;為增大冷鐵的吸熱能力，改用內(nèi)腔中注入1/3體積的低熔點金屬的外冷卻鐵；
[0033]原普通灰鐵冷卻鐵空腔2部位材料可吸收的熱量為:
[0034]Q1= C1Iii1AT1= 600J.kg-1.°C -1 X 2kgX 1180°C = 1416kJ
[0035]內(nèi)置低熔點金屬如采用Cu金屬可得到增強吸熱的效果；
[0036]Cu熔化溫度為1083°C，蒸發(fā)溫度高于1200°C，則加入的1/3體積的Cu金屬可吸收的熱量為:
[0037]Q2= C ^2AVm2qi= 390J.kg-1.°C -1 X 2.3kgX 1180 °C +2.3kgX2.04X105J.kg-1 = 1527.66kJ
[0038]Q2-Q1= 1527.66kJ-1416kJ = 111.66kJ ；
[0039]采用內(nèi)置Cu金屬的新型冷卻鐵后，比原冷卻鐵可多吸收111.66kJ的熱量，增加了冷卻鐵的吸熱能力。
[0040]實例二:
[0041]某鑄造廠灰鐵件6缸船用發(fā)動機機架，冷卻鐵的材質(zhì)為灰鐵，尺寸為100mm*100mm*80mm，約6kg,采用數(shù)值模擬的方法，設(shè)置虛擬溫度點，計算出冷鐵的達到的最高溫度為1200°C ;為增大冷鐵的吸熱能力，改用內(nèi)腔中注入1/3體積的低熔點金屬的外冷卻鐵；
[0042]原普通灰鐵冷卻鐵空腔2部位材料可吸收的熱量為:
[0043]Q1= C1Iii1AT1= 600J.kg-1.°C -1 X 2kgX 1180°C = 1416kJ
[0044]內(nèi)置低熔點金屬如采用Zn金屬也可得到增強吸熱的效果；
[0045]由于Zn的熔化溫度為420°C，蒸發(fā)溫度為906°C，則保溫過程中吸收熔化潛熱及蒸發(fā)潛熱。加入的1/3體積的Zn金屬可吸收的熱量為:
[0046]Q2= C 2m2 Δ T2+m2q1+m2q2= 380J.kg-1.°C -
[0047]1X1.9kgX1180°C +1.9kgXl.03X105J.kg-1+1.9
[0048]kgX 1.79X106J.kg-1 = 4448.66kJ
[0049]Q2-Q1= 4448.66kJ-1416kJ = 3032.66kJ
[0050]采用內(nèi)置Zn金屬的冷卻鐵后，比原冷卻鐵可多吸收2445.02kJ的熱量，大大的增加了冷卻鐵的吸熱能力。
[0051]與現(xiàn)有技術(shù)相比，該控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵及其制造工藝利用內(nèi)置低熔點金屬的方式，在外冷卻鐵迅速升溫的時候，使得內(nèi)置的低熔點金屬熔化吸熱，大大增強了外冷卻鐵的吸熱能力，從而加快了鑄件厚大部分的冷卻速度，減少了縮松、縮孔現(xiàn)象的發(fā)生。
[0052]以上述依據(jù)本發(fā)明的理想實施例為啟示，通過上述的說明內(nèi)容，相關(guān)工作人員完全可以在不偏離本項發(fā)明技術(shù)思想的范圍內(nèi)，進行多樣的變更以及修改。本項發(fā)明的技術(shù)性范圍并不局限于說明書上的內(nèi)容，必須要根據(jù)權(quán)利要求范圍來確定其技術(shù)性范圍。
【主權(quán)項】
1.一種控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵，其特征在于，包括與鑄件表面匹配的冷鐵(I)，所述冷鐵⑴內(nèi)部設(shè)有若干空腔(2)，所述空腔(2)內(nèi)部設(shè)有熔點低于鑄件的低熔點金屬，所述低熔點金屬的熔點小于冷鐵⑴的熔點，所述空腔⑵的端口處設(shè)有熔點與冷鐵⑴相近的塞子⑶。
2.如權(quán)利要求1所述的控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵，其特征在于，所述空腔(2)的形狀為圓柱體或長方體。
3.如權(quán)利要求1所述的控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵，其特征在于，所述冷鐵(I)的恪點與鑄件的恪點相近。
4.如權(quán)利要求1-3任一項所述的控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵的制造工藝，其特征在于，包括以下步驟: 1)根據(jù)鑄件的生產(chǎn)要求，確定外冷鐵的數(shù)量、大小及厚度； 2)根據(jù)外冷卻鐵的大小和厚度，采用與鑄鐵熔點相近的材料澆注冷鐵(1)，在冷鐵(I)澆注的過程中，預留相應體積的空腔(2); 3)在冷鐵⑴冷卻以后，根據(jù)公式-C1Iii1AT1S計算出空腔⑵內(nèi)所需加入低熔點金屬的質(zhì)量，其中，C1為冷鐵(I)材料的比熱容,Hi1為空腔(2)部位冷卻鐵的質(zhì)量，△ T1為冷卻鐵保溫時的最高溫度與冷卻鐵初始溫度的差值，C 2為低熔點金屬的比熱容，m2為加入的低熔點金屬的質(zhì)量，Δ T 2為低熔點金屬的最高溫度與冷卻鐵初始溫度的差，Q1為低熔點金屬的熔化潛熱，q2為低熔點金屬的蒸發(fā)潛熱；然后向空腔(2)內(nèi)部注入相應質(zhì)量的低恪點金屬； 4)低熔點金屬注入完畢后，在空腔(2)的端口處嵌入并塞緊塞子(3)，使得空腔(2)密封。 如權(quán)利要求4所述的具有強冷卻效果的外冷卻鐵的制造工藝，其特征在于，步驟3)中，冷卻鐵在保溫時的最高溫度采用數(shù)值模擬的方法，首先按照鑄鐵工藝參數(shù)模擬鑄造過程，在相應位置設(shè)置虛擬溫度點，從而得出冷卻鐵能達到的最高溫度。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵，包括與鑄件匹配的冷鐵，冷鐵內(nèi)部設(shè)有若干空腔，空腔內(nèi)部設(shè)有熔點低于鑄件的低熔點金屬，空腔的端口處設(shè)有熔點與冷鐵相近的塞子；一種具有控制鑄件凝固的具有強冷卻效果的外冷鐵的制造工藝，包括以下步驟：根據(jù)鑄件的生產(chǎn)要求，確定外冷卻鐵的數(shù)量、大小及厚度、澆注冷鐵并且預留或加工空腔、在空腔內(nèi)加入一定質(zhì)量的低熔點金屬、塞緊塞子且密封空腔。該具有強冷卻效果的外冷卻鐵及其制造工藝利用內(nèi)置低熔點金屬的方式，在外冷卻鐵迅速升溫的時候，使得內(nèi)置的低熔點金屬熔化吸熱，大大增強了外冷卻鐵的吸熱能力，從而加快了鑄件厚大部分的冷卻速度，減少了縮松、縮孔現(xiàn)象的發(fā)生。
【IPC分類】B22D27-04
【公開號】CN104550874
【申請?zhí)枴緾N201510033399
【發(fā)明人】于赟, 方健, 王洪金, 李小平, 雷衛(wèi)寧
【申請人】江蘇理工學院
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月22日