本公開(kāi)涉及一種用于離心鑄造設(shè)備的水冷裝置。

背景技術(shù)：

本部分中的陳述僅提供與本公開(kāi)相關(guān)的背景信息，并且可能不構(gòu)成現(xiàn)有技術(shù)。

離心鑄造指的是一種通過(guò)使用離心力來(lái)形成鑄件的方法，當(dāng)在注射并熔融金屬且隨后使之凝固的過(guò)程中使模具高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，產(chǎn)生該離心力。為了經(jīng)由該離心鑄造方法鑄造，需要將熔融金屬快速且均勻地注入模具，使得熔融金屬可從與模具接觸的表面朝向熔融金屬內(nèi)部凝固，由此可獲得沒(méi)有內(nèi)部缺陷的高質(zhì)量的鑄造產(chǎn)品。為此，應(yīng)均勻地保持模具的轉(zhuǎn)速、熔融金屬的注入溫度和注入速度。此外，如果模具未充分預(yù)熱，那么熔融金屬在其注入模具的瞬間立即凝固，使得熔融金屬內(nèi)的氣泡以匯聚狀態(tài)(collected state)凝固，從而產(chǎn)生內(nèi)部質(zhì)量問(wèn)題。

在連續(xù)鑄造高溫(660°至750°)熔融金屬(例如鋁)的情況中，由于模具的溫度一直上升，所以取決于產(chǎn)品形狀，延遲凝固或者產(chǎn)生局部熱絕緣，因此，存在在鑄造產(chǎn)品內(nèi)產(chǎn)生鑄造缺陷(氣泡缺陷、收縮缺陷)的問(wèn)題。為了解決此問(wèn)題，在鑄造處理過(guò)程中應(yīng)冷卻模具。然而，由于模具以300rpm至3000rpm的速度旋轉(zhuǎn)以進(jìn)行離心鑄造，所以難以應(yīng)用使用冷卻水的循環(huán)型冷卻裝置。

不使用冷卻水的傳統(tǒng)的模具冷卻方法已經(jīng)使用了這樣的冷卻模具的方法：在停止鑄造工作的狀態(tài)中，通過(guò)將冷空氣吹入模具的內(nèi)部來(lái)進(jìn)行，或通過(guò)將冷空氣注入模具的表面來(lái)進(jìn)行。然而，已經(jīng)存在這樣的問(wèn)題：為了冷卻模具的內(nèi)部，鑄造過(guò)程應(yīng)停止，并且，該冷卻模具表面的方法具有低冷卻效率。

已知的，使用冷卻水的傳統(tǒng)的模具冷卻方法具體地叫做“一種用于不銹鋼管道法蘭的坯件鑄造裝置(A blank casting apparatus for stainless steel pipe flange)”(韓國(guó)專利公開(kāi)第10-2002-0037429號(hào)(2002年5月21日))。

存在通過(guò)對(duì)冷卻護(hù)套(jacket)供應(yīng)冷卻水來(lái)冷卻模具的技術(shù)，該冷卻護(hù)套形成于旋轉(zhuǎn)模具的用于鑄造管道的下表面壁處。應(yīng)用此循環(huán)型冷卻系統(tǒng)(其中，將冷卻水流入管道并且冷卻水流出管道安裝在空心軸內(nèi))，使得將冷卻水通過(guò)空心軸供應(yīng)至冷卻護(hù)套，然后再次通過(guò)空心軸排出。如果旋轉(zhuǎn)模具旋轉(zhuǎn)，那么，出現(xiàn)使冷卻水通過(guò)離心力朝向冷卻護(hù)套的外周緣表面方向傾斜流過(guò)的現(xiàn)象。如上所述，如果冷卻水充滿外部，那么已經(jīng)存在這樣的問(wèn)題：冷卻水被加熱，使得模具的冷卻效率降低且流過(guò)冷卻水流入管道的冷卻水直接通過(guò)冷卻水流出管道流出。

由于這些問(wèn)題的原因，可能將冷卻護(hù)套的形狀從腔室形狀改變成管道形狀。然而，即使在此情況中，也已經(jīng)產(chǎn)生使冷卻水隔離且使冷卻水在形成于管道處的變化部分處擁擠(congest，過(guò)充)的問(wèn)題。為了解決此問(wèn)題，已經(jīng)需要大于300巴的高壓泵來(lái)進(jìn)一步增加冷卻水供應(yīng)壓力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)提供了一種用于離心鑄造設(shè)備的水冷裝置，該水冷裝置能夠提高模具的冷卻效率。

本公開(kāi)的一個(gè)示例性形式涉及一種用于離心鑄造設(shè)備的水冷裝置，該離心鑄造設(shè)備通過(guò)將熔融金屬注入形成于上模具和下模具之間的模具空間來(lái)進(jìn)行鑄造，上模具和下模具通過(guò)彼此接合并旋轉(zhuǎn)，該水冷裝置可包括旋轉(zhuǎn)軸，在該旋轉(zhuǎn)軸中形成第一冷卻通道，并在該旋轉(zhuǎn)軸的端部處為該旋轉(zhuǎn)軸提供噴嘴；下模具與旋轉(zhuǎn)軸連接，且下模具包括形成為與模具空間隔離的腔室，以儲(chǔ)存在噴嘴處注入的冷卻水，并且，下模具包括至少一個(gè)第二冷卻通道，第二冷卻通道形成為從腔室朝向外周緣表面方向延伸；以及收集部分，該收集部分包圍下模具的側(cè)表面，與下模具相分離地安裝，并收集朝向下模具的側(cè)表面通過(guò)第二冷卻通道排出的冷卻水。

可將第二冷卻通道的形成于下模具的側(cè)表面處的出口定位得比噴嘴高。

在下模具的中心線處與噴嘴相對(duì)的腔室的表面可凹入地形成；并且，第二冷卻通道可包括：形成于腔室的下側(cè)表面處的入口；與入口連接且在下模具的外周緣表面方向上向上彎曲的上升部分；以及與上升部分連接且在出口方向上水平地形成的冷卻部分。

可將出口形成為穿過(guò)下模具的側(cè)表面向外伸出。

旋轉(zhuǎn)軸可包括：芯部，在該芯部中，在軸向方向上形成第一冷卻通道，注射軟管(hose)與第一冷卻通道的一個(gè)端部連接，噴嘴與其另一端部連接；并包括包圍芯部的管道形狀的殼體；芯部可經(jīng)由軸承與殼體連接，使得芯部是固定的且殼體能夠獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。

噴嘴的直徑可大于芯部的直徑，以封閉芯部和殼體之間的間隙。

收集部分可包括：包圍下模具的外圍部分的環(huán)形的主體；接收并凈化收集于主體中的冷卻水的過(guò)濾器；以及將通過(guò)過(guò)濾器的冷卻水再次注入第 一冷卻通道的泵；以及接收冷卻水的收集槽，該收集槽可形成在與下模具相對(duì)的主體的內(nèi)周緣表面處。

可將主體在其一側(cè)向下傾斜地安裝，并且，可在一側(cè)的下部處形成排放口；主體可包括排出軟管和注射軟管，排出軟管將從排放口排出的冷卻水傳遞至過(guò)濾器，注射軟管將通過(guò)過(guò)濾器和泵的冷卻水傳遞至第一冷卻通道。

根據(jù)本公開(kāi)的用于離心鑄造設(shè)備的水冷裝置可具有以下效果。

首先，可以相對(duì)低的壓力供應(yīng)冷卻水，因?yàn)槌隹诓皇切纬捎谛D(zhuǎn)軸處，而是形成于模具的側(cè)表面處。

第二，可提高冷卻效率，因?yàn)榭煽焖俚毓?yīng)新的冷卻水，這是由于通過(guò)離心力以較快的速度將冷卻水從模具排出。

第三，冷卻效率可高于外冷方法，因?yàn)橹苯永鋮s模具的內(nèi)部。

第四，可使結(jié)構(gòu)精細(xì)化且可改善物理特性，因?yàn)榭焖倮鋮s且均勻凝固鑄件。

從本文提供的描述中，其他適用范圍將變得顯而易見(jiàn)。將理解，說(shuō)明書(shū)和具體實(shí)例僅是為了說(shuō)明的目的，而非旨在限制本公開(kāi)的范圍。

附圖說(shuō)明

為了可很好地理解本公開(kāi)，現(xiàn)在將參考附圖通過(guò)實(shí)例描述其各種形式，在附圖中：

圖1是根據(jù)本公開(kāi)的一種形式的用于離心鑄造設(shè)備的水冷裝置的剖視圖；

圖2是示出了用于離心鑄造設(shè)備的水冷裝置的整個(gè)冷卻水循環(huán)結(jié)構(gòu)的視圖；

圖3是收集部分和冷卻水循環(huán)結(jié)構(gòu)的頂平面圖；

圖4是將用現(xiàn)有技術(shù)制造的鑄件的物理特性與應(yīng)用本公開(kāi)制造的鑄件的物理特性進(jìn)行比較的圖形；

圖5是將用現(xiàn)有技術(shù)制造的鑄件的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用本公開(kāi)制造的鑄件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行比較的照片；

圖6是指示在應(yīng)用現(xiàn)有技術(shù)制造的殼體凝固的過(guò)程中的溫度的熱像圖；

圖7是指示在本公開(kāi)的示例性形式制造的殼體凝固的過(guò)程中的溫度的熱像圖。

本文所述的圖僅是為了說(shuō)明的目的，并非旨在以任何方式限制本公開(kāi)的范圍。

具體實(shí)施方式

以下描述本質(zhì)上僅是示例性的，并非旨在限制本公開(kāi)、應(yīng)用方式或用途。應(yīng)理解，在這些圖中，相應(yīng)的參考數(shù)字表示相似或相應(yīng)的零件和特征。

本文使用的術(shù)語(yǔ)只是用來(lái)說(shuō)明具體的示例性形式，而非旨在限制本公開(kāi)。必須指出，如在說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求書(shū)中使用的，單數(shù)形式包括復(fù)數(shù)含義，除非上下文明確表示不是這樣。將進(jìn)一步理解，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用時(shí)，術(shù)語(yǔ)“包括”指出存在所述特性、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件，但是并不排除存在或添加一個(gè)或多個(gè)其他特性、區(qū)域、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組。

除非用不同的方式定義，否則，包括本文使用的技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)的全部術(shù)語(yǔ)具有的含義與本公開(kāi)所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常將理解的含義相同。在常用字典中定義的術(shù)語(yǔ)進(jìn)一步理解為，具有與目前公開(kāi)的相關(guān)技術(shù)文獻(xiàn)和內(nèi)容一致的含義，但是不應(yīng)理想化地解釋或用非常正式含義解釋，除非文中另有限定。

如圖1和圖2所示，為了冷卻通過(guò)將熔融金屬注入模具空間C(其形成于通過(guò)彼此接合并旋轉(zhuǎn)的上模具10和下模具20之間)來(lái)進(jìn)行鑄造的離心鑄造設(shè)備，用于離心鑄造設(shè)備的水冷裝置可包括：旋轉(zhuǎn)軸100，在該旋轉(zhuǎn)軸中形成用于供應(yīng)冷卻水的第一冷卻通道200，下模具20與旋轉(zhuǎn)軸100連接以一起旋轉(zhuǎn)并在其中形成有第二冷卻通道300，以橫向地排出冷卻水；以及收集部分500，其用于收集朝向下模具20的側(cè)表面排出的冷卻水。

可將旋轉(zhuǎn)軸100分成兩個(gè)部分，即，芯部110和殼體120，芯部具有在軸向方向上形成于其中的第一冷卻通道200，殼體包圍芯部110并與下模具20一起旋轉(zhuǎn)。芯部110和殼體120可經(jīng)由軸承130彼此連接，使得芯部110可保持固定狀態(tài)，即使殼體120旋轉(zhuǎn)，芯部110也不會(huì)旋轉(zhuǎn)。因此，芯部110是固定的，由此，具有下文所述的注射軟管710的連接部分不扭曲。

可將芯部110和殼體120的端部插入形成于下模具20處的腔室400。腔室400可以是形成于下模具20的軸線處的凹槽形狀的空間。可通過(guò)由芯部110和旋轉(zhuǎn)軸100封閉凹槽的入口，在腔室400的內(nèi)部形成恒定空間。腔室400可相對(duì)于制造鑄件的模具空間C而單獨(dú)地形成，并用來(lái)防止鑄件與冷卻水直接連接。

此外，可在芯部110的端部處形成噴嘴210，以將冷卻水注入腔室400。在一種形式中，噴嘴210中的外周緣表面的直徑大于芯部110的直徑，這是為了通過(guò)由噴嘴210封閉芯部110和殼體120之間的間隙來(lái)防止冷卻水通過(guò)該間隙回流。

第二冷卻通道300可形成于下模具20的內(nèi)部，以引起冷卻水從腔室400朝向下模具20的側(cè)表面流動(dòng)。第二冷卻通道300可包括入口310、上升部分320和冷卻部分330。第二冷卻通道300的入口310可形成于腔室400的下部，即，將旋轉(zhuǎn)軸100插入其中的方向的側(cè)表面。通過(guò)入口310進(jìn)入第二冷卻通道300的冷卻水，可通過(guò)以預(yù)定角度向上形成的上升部分320，然后可通過(guò)冷卻部分330排出至下模具20的外部，該冷卻部分與上升部分320連接并形成為延伸至下模具20的外部。由于上升部分320形成為以預(yù)定角度向上彎曲，所以，形成于冷卻部分330的外端部的出口340可位于比噴嘴210高的地方。通過(guò)將出口340形成為位于比噴嘴210高的地方，可能暫時(shí)儲(chǔ)存從噴嘴210排出至腔室400的冷卻水，并且，當(dāng)模具開(kāi)始旋轉(zhuǎn)時(shí)，更平穩(wěn)地供應(yīng)冷卻水。

在另一種形式中，使出口340向外延伸，以預(yù)定長(zhǎng)度越過(guò)下模具20的外表面，這是為了防止冷卻水在排出的同時(shí)散開(kāi)，并幫助通過(guò)收集部分500收集冷卻水。

如圖1和圖3所示，收集部分500可包括：包圍下模具20的外圍部分的環(huán)形的主體510；接收并凈化收集于主體510中的冷卻水的過(guò)濾器600；以及將通過(guò)過(guò)濾器600的冷卻水再次注入第一冷卻通道200的泵700。在另一種形式中，可在主體510的內(nèi)周緣表面上形成用于接收冷卻水的收集槽520。

在又一種形式中，主體510的一個(gè)側(cè)部可向下傾斜地安裝，并可在一個(gè)側(cè)部的下部處形成排放口，使得可將通過(guò)排放口排出的冷卻水通過(guò)排出軟管530傳送至過(guò)濾器600。通過(guò)泵700，將在過(guò)濾器600凈化的冷卻水通過(guò)注射軟管710再次供應(yīng)至第一冷卻通道200。雖然未示出，但是可在過(guò)濾器600和泵700之間安裝水箱，其配置為從外部接收冷卻水，以補(bǔ)充在循環(huán)時(shí)所消耗的冷卻水。

在下文中，將參考圖4至圖7描述通過(guò)本公開(kāi)的一個(gè)示例性形式制造的鑄件的物理特性改進(jìn)。

圖4和圖5示出了通過(guò)包括7％的Si的鋁合金(A356)的冷卻速度得到的物理特性和細(xì)微結(jié)構(gòu)的差異。在通過(guò)使用傳統(tǒng)的冷卻方法制造的產(chǎn)品中，由于冷卻不完全，所以鋁α相的尺寸變得粗糙，且在表面溫度相對(duì)較高的部分的細(xì)微結(jié)構(gòu)中DAS(枝晶臂間距)表現(xiàn)出30μm(指的是圖5的左側(cè))。然而，在通過(guò)根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)示例性形式的水冷裝置冷卻鑄件的情況中，可知道相同部分中的該結(jié)構(gòu)的尺寸微小且均勻分布。而且，可知道，與傳統(tǒng)產(chǎn)品相比，根據(jù)本公開(kāi)的結(jié)構(gòu)較密集，因?yàn)镈AS是20μm(指的是圖5的右側(cè))。

圖6和圖7分別示出了指示通過(guò)根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的冷卻方法，以及根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)示例性形式的冷卻方法冷卻并凝固鑄件的過(guò)程中的溫度的熱像圖。

圖6示出，(圓圈內(nèi)部的)溫度上升部分分布相對(duì)廣且溫差很大，而圖7示出，(圓圈內(nèi)部的)溫度上升部分的范圍相對(duì)窄且溫差較小。

結(jié)構(gòu)的尺寸差異、溫度上升部分的范圍和溫差的程度導(dǎo)致物理特性的差異。通過(guò)傳統(tǒng)方法制造的鑄件表現(xiàn)出221MPa的屈服強(qiáng)度、252MPa的抗張強(qiáng)度和6.2％的延伸率，而通過(guò)本公開(kāi)的一個(gè)示例性形式制造的鑄件表現(xiàn)出239MPa的屈服強(qiáng)度、293MPa的抗張強(qiáng)度和11.1％的延伸率。屈服強(qiáng)度、抗張強(qiáng)度和延伸率分別提高大約8％、16％和79％。這表明，通過(guò)使用根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)示例性形式的冷卻方法制造的鑄件的物理特性，比通過(guò)使用根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的冷卻方法制造的鑄件的物理特性好得多。

如上所述，附圖和說(shuō)明書(shū)中已經(jīng)描述并圖示了本公開(kāi)的示例性形式。然而，本公開(kāi)所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，在不改變本發(fā)明技術(shù)理念或本質(zhì)特征的前提下，可用其他具體形式來(lái)實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)。