用於低壓鑄造裝置的冷卻系統的製作方法

2023-05-13 16:02:31

專利名稱：用於低壓鑄造裝置的冷卻系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種低壓鑄造裝置。更具體地，本發明涉及一種用於 低壓鑄造裝置的冷卻系統，當在低壓下鑄造汽缸蓋時該冷卻系統冷卻 模具。
背景技術：
低壓鑄造裝置通過壓縮空氣或惰性氣體的進給壓力將熔融的金屬 注入模具中以製造諸如汽缸蓋的鑄造產品。
此類低壓鑄造裝置包括上模、下模和邊模。火花塞的芯杆被安裝 在上模處，並且在下模處形成用於注入熔融金屬的注入孔和與汽缸蓋 燃燒室相對應的燃燒室的模部。
低壓鑄造裝置通過注入孔在將上述模具設置在芯周圍的狀態下將
熔融金屬注入芯的鑲塊空間(insert space)中。
另外，注入至芯的鑲塊空間中的熔融金屬經過冷成型並形成為諸 如氣缸蓋的鑄件。
同時，熔融金屬的冷卻效率是提高鑄件生產率的關鍵因素。
根據現有技術，通過將冷空氣供應至靠近上模的火花塞芯杆的區 域以及下模的注入孔來冷卻熔融金屬。
然而，由於靠近上模的火花塞芯杆的區域和注入孔被局部冷卻， 根據現有技術，燃燒室的模部沒有被均勻冷卻。因此，在汽缸蓋的燃 燒室的附近，表示金屬組織細度的枝晶臂間距(DAS)值升高。(如果 熔融金屬的初始冷卻速度高，則DAS值低，並且反之亦然)。
當DAS值升高時，整個汽缸蓋的質量以及燃燒室附近的機械特性 (如應變強度和疲勞強度)會降低。
另外，根據現有技術，此種局部冷卻被用於防止鑄件內部收縮， 這導致熔融金屬的冷卻周期變長。因此，根據現有技術，鑄造處理的 周期會變得很長，並且鑄件的生產率會降低。
4在背景技術中公開的上述信息僅僅是為了加強對本發明的背景的 理解，因此，它可能包含不形成已經為本國本領域普通技術人員所公 知的現有技術的信息。

發明內容
本發明的作出是致力於提供一種用於低壓鑄造裝置的冷卻系統，
其具有快速固化熔融金屬並降低汽缸蓋的燃燒室附近的DAS值等優 點。
用於低壓鑄造裝置的冷卻系統可包括i)通過冷卻劑供應管道分 別連接至火花塞的芯部、上衝模、燃燒室的模部和下衝模的冷卻劑供 應單元，ii)通過空氣供應管道分別連接至邊模和燃燒室的模部的冷卻 空氣供應單元，以及iii)通過真空吸入管道分別連接至火花塞的芯部、 上衝模、燃燒室的模部和下衝模的真空吸入單元；上述低壓鑄造裝置
包括配置有火花塞的芯部和上衝模的上模、配置有燃燒室的模部和下 衝模的下模、以及邊模。
根據用於低壓鑄造裝置的冷卻系統，冷卻空氣供應單元可通過分 離的空氣供應管道連接至火花塞芯部、上衝模和下衝模。
根據用於低壓鑄造裝置的冷卻系統，真空吸入單元可包括真空罐， 其被連接至各真空吸入管道以從火花塞的芯部、上衝模、燃燒室的模
部和下衝模中收集冷卻劑蒸汽和冷卻劑；以及真空電動機，其通過第 一連接管道連接至真空罐並在真空罐中產生真空壓力。
根據用於低壓鑄造裝置的冷卻系統，真空吸入單元可進一步包括 安裝在第一連接管道上以凝結從真空罐排放至真空電動機的蒸汽的冷 凝器。
根據用於低壓鑄造裝置的冷卻系統，真空吸入單元可進一步包括 通過第二連接管道連接至真空電動機並分離從真空電動機中排放的蒸 汽和液體的氣-液分離器。
根據用於低壓鑄造裝置的冷卻系統，冷卻劑供應單元可包括存儲 冷卻劑的冷卻劑罐；以及冷卻劑泵，其被連接至冷卻劑罐並將冷卻劑 加壓輸送至各冷卻劑供應管道。
冷卻空氣供應單元可包括用於對空氣進行壓縮並將壓縮空氣加壓輸送至各空氣供應管道的空氣壓縮機。
可在冷卻劑供應管道、空氣供應管道和真空吸入管道上分別安裝 截止閥。
下文中將說明本發明的上述和其他特徵。


參照附圖以解釋本發明的示例性實施方式，但本發明的精神不限 於附圖。
圖1是根據本發明的示例性實施方式的用於低壓鑄造裝置的冷卻 系統的框圖。
圖2A到圖2C是用於說明根據本發明的示例性實施方式的用於低 壓鑄造裝置的冷卻系統的操作的框圖。
圖3A示出通過應用根據本發明的示例性實施方式的用於低壓鍛 造裝置的冷卻系統而製造的汽缸蓋的DAS。
圖3B示出根據現有技術製造的汽缸蓋的DAS。
具體實施例方式
現在，下文對本發明的多種優選實施方式進行詳細說明，其實施 例圖示在附圖中並在下面進行說明。本領域技術人員將認識到，可以 各種不同的方式對所述的實施方式進行變更，所有這些方式都不背離 本發明的精神或範圍。
圖1是根據本發明的示例性實施方式的用於低壓鑄造裝置的冷卻 系統的框圖。
根據本發明的示例性實施方式的冷卻系統100被用於冷卻用於低 壓鑄造裝置200的汽缸蓋的模具。
這裡，低壓鑄造裝置200包括上模110、下模130和邊模150。
就是說，低壓鑄造裝置200被配置成使得在上述模具110、 130和 150被設置在芯(未示出)周圍以形成汽缸蓋內部的狀態下將熔融金屬 通過注入孔160注入至芯的鑲塊空間中。
在這樣的情況下，上模110配置有支撐在上基座111上的上衝模 113，以及安裝在上衝模113處的火花塞的芯部115。下模130配置有支撐在下基座131上的下衝模133，以及安裝在下 衝模133處的汽缸蓋的燃燒室的模部(此後，稱為"燃燒室的模部") 135。
邊模150被安裝在上衝模113和下衝模133的側部(前、後、左 和右)。
冷卻系統100用水和空氣對低壓鑄造裝置200的各個模具110、 130 和150進行冷卻，並且從各個模具110、 130和150中快速排放冷卻劑 蒸汽和冷卻劑。
為了這些目的，冷卻系統IOO包括冷卻劑供應單元10、冷卻空氣 供應單元30和真空吸入單元50。
冷卻劑供應單元10被配置成以相對低的溫度將冷卻劑供應至低壓 鑄造裝置200的預定區域。
就是說，冷卻劑供應單元IO將冷卻劑供應至冷卻空間，該冷卻空 間包括上模110中的上衝模113和火花塞的芯部115，下模130的下衝 模133，以及燃燒室的模部135。
此冷卻劑供應單元10包括存儲有預定量的冷卻劑的冷卻劑罐11， 以及連接至冷卻劑罐11的冷卻劑泵13。
在這裡，冷卻劑泵13以預定的泵壓將存儲在冷卻劑罐11中的冷 卻劑排出，並將冷卻劑加壓輸送至上述冷卻空間。可使用能排放和加 壓輸送的任何已知的冷卻劑泵，並且將相應地省略詳細的說明。
在這種情況下，冷卻劑泵13通過不同的管道分別連接至上衝模 113、火花塞的芯部115、下衝模133以及燃燒室的模部135的冷卻空 間。
例如，冷卻劑泵13通過第一冷卻劑供應管道21連接至上衝模113 的冷卻空間，通過第二冷卻劑供應管道22連接至火花塞的芯部115的 冷卻空間，通過第三冷卻劑供應管道23連接至下衝模133的冷卻空間， 並且通過第四冷卻劑供應管道24連接至燃燒室的模部135的冷卻空 間。
另外，在每個冷卻劑供應管道21、 22、 23和24上安裝用於選擇 性地打開和關閉每個冷卻劑供應管道21、 22、 23和24的第一截止閥 25。這裡，第一截止閥25可由已知的電磁閥來實現，根據從控制器(未 示出)接收的電信號該電磁閥可被控制為打開或關閉。
冷卻空氣供應單元30被配置為以相對低的溫度將冷卻空氣供應至 低壓鑄造裝置200的預定區域。
就是說，冷卻空氣供應單元30將冷卻空氣供應至包括邊模150和 下模130的燃燒室的模部135的冷卻空間。
此冷卻空氣供應單元30包括對空氣迸行壓縮並選擇性地排放壓縮 空氣的空氣壓縮機31。可使用能吸入、壓縮並存儲空氣的任何已知的 空氣壓縮機，並將相應地省略詳細的說明。
空氣壓縮機31通過不同的管道分別連接至邊模150和燃燒室的模 部135的冷卻空間。
例如，空氣壓縮機31通過第一空氣供應管道41連接至邊模150 的冷卻空間，通過第二空氣供應管道42連接至燃燒室的模部135的冷 卻空間。
第二空氣供應管道42連接至第四冷卻劑供應管道24，使得冷卻空 氣與由冷卻劑供應單元10通過第四冷卻劑供應管道24供應的冷卻劑 一起被供應至燃燒室的模部135。
另外，冷卻空氣供應單元30通過不同的管道分別連接至上衝模 113、火花塞的芯部115和下衝模133的冷卻空間。
例如，空氣壓縮機31通過第三空氣供應管道43連接至上衝模113 的冷卻空間，通過第四空氣供應管道44連接至火花塞的芯部115的冷 卻空間，通過第五空氣供應管道45連接至下衝模133的冷卻空間。
這裡，第三空氣供應管道43被連接至第一冷卻劑供應管道21，第 四空氣供應管道44被連接至第二冷卻劑供應管道22，且第五空氣供應 管道45被連接至第三冷卻劑供應管道23 。
因此，當冷卻劑被冷卻劑供應單元10供應至上衝模113、火花塞 的芯部115和下衝模133並對它們進行冷卻時，可由冷卻空氣清除殘 留在冷卻空間中的溼氣。
另外，在每個空氣供應管道41、 42、 43、 44和45上安裝用於選 擇地打開或關閉每個空氣供應管道41、 42、 43、 44和45的第二截止 閥46。第二截止閥46可由已知的電磁閥來實現，根據從控制器(未示出) 接收的電信號該電磁閥可被控制為打開或關閉。
真空吸入單元50被配置成從上衝模113、火花塞的芯部115、下 衝模133和燃燒室的模部135的冷卻空間中吸入冷卻劑蒸汽和冷卻劑。
就是說，真空吸入單元50產生真空壓力並吸入冷卻劑蒸汽，該冷 卻劑蒸汽在上衝模113、火花塞的芯部115、下衝模133和燃燒室的模 部135的冷卻空間中通過熱量而已經發生了狀態變化。
真空吸入單元50包括真空罐51和在真空罐51中產生真空壓力的 真空電動機53，上述真空罐通過真空壓力從冷卻空間中收集冷卻劑蒸 汽和冷卻劑。
在這裡，真空罐51是具有預定容積的罐，其通過由真空電動機53 產生的真空壓力從冷卻空間中收集冷卻劑蒸汽和冷卻劑。
另外，真空電動機53通過具有管狀的第一連接管道連接至真空罐 51。可使用可在真空罐中產生真空壓力的任何已知的真空電動機，並 且將相應地省略詳細的說明。
在這種情況下，真空罐51通過不同的管道分別連接至上衝模113、 火花塞的芯部115、下衝模133和燃燒室的模部135的冷卻空間。
例如，真空罐51通過第一真空吸入管道71連接至上衝模113的 冷卻空間，通過第二真空吸入管道72連接至火花塞的芯部115的冷卻 空間，通過第三真空吸入管道73連接至下衝模133的冷卻空間，通過 第四真空吸入管道74連接至燃燒室的模部135的冷卻空間。
在每個真空吸入管道71、 72、 73和74上安裝用於選擇性地打開 或關閉每個真空吸入管道71、 72、 73和74的第三截止閥75。
在這裡，第三截止閥75可由己知的電磁閥來實現，根據從控制器 (未示出)接收的電信號該電磁閥可被控制為打開或關閉。
真空吸入單元50可進一步包括冷凝器81和氣-液分離器91。
冷凝器81將由真空電動機53從真空罐51中排放的蒸汽液化。就 是說，由於液化了己經過真空罐51的蒸汽，冷凝器81減少了真空電 動機53的負荷。冷凝器81可被安裝在連接真空罐51與真空電動機53 的第一連接管道61上。
冷凝器81包括螺旋流送管85和風扇87，蒸汽流通過上述流送管85在盒83中流動，上述風扇87將冷卻空氣吹向流送管85。
冷凝器81可由能將冷卻空氣吹向流送管並將經過流送管的蒸汽液
化的已知的熱交換器來實現。
氣-液分離器91從接收自真空電動機53的蒸汽中分離液體，並從
其中排放蒸汽。
通過具有管狀的第二連接管道62將氣-液分離器91連接至真空電 動機53。氣-液分離器91配置有分離薄膜，其傳輸蒸汽但不傳輸液體， 並對於本領域技術人員是熟知的。
附圖中未說明的附圖標記65表示第四截止閥，其被安裝在第一連 接管道61上，並選擇性地打開或關閉第一連接管道61。
下文中，將詳細說明根據本發明的示例性實施方式的用於低壓鑄 造裝置的冷卻系統100的操作。
在上模110、下模130和邊模150布置在芯周圍的狀態，通過注入 孔160將熔融金屬注入至芯(未示出)的鑲塊空間中。
在這個階段，如圖2A所示，安裝在第一空氣供應管道41上的第 二截止閥46接收來自控制器(未示出)的電信號，並打開第一空氣管 道41。
然後，冷卻空氣供應單元30通過第一空氣供應管道41將冷卻空 氣供應至邊模150的冷卻空間。
因此，通過供應至邊模150的冷卻空間的冷卻空氣，將邊模150 冷卻至預定的溫度。
接下來，如圖2B所示，安裝在第一冷卻劑供應管道21和第二冷 卻劑供應管道22上的第一截止閥25接收來自控制器的電信號，並分 別打開第一冷卻劑供應管道21和第二冷卻劑供應管道22。
此時，冷卻劑供應單元10通過第一冷卻劑供應管道21將冷卻劑 供應至上衝模113的冷卻空間，並且通過第二冷卻劑供應管道22將冷 卻劑供應至火花塞的芯部115的冷卻空間。
此後，安裝在第二空氣供應管道42上的第二截止閥46接收來自 控制器的電信號，並打開第二空氣供應管道42。
因此，冷卻空氣供應單元30通過第二空氣供應管道42將冷卻空 氣供應至燃燒室的模部135的冷卻空間。
10接下來，安裝在第三冷卻劑供應管道23和第四冷卻劑供應管道24 上的第一截止閥25接收來自控制器的電信號，並分別打開第三冷卻劑 供應管道23和第四冷卻劑供應管道24。
此時，冷卻劑供應單元10通過第三冷卻劑管道23將冷卻劑供應 至下衝模133的冷卻空間，並通過第四冷卻劑管道24將冷卻劑供應至 燃燒室的模部135的冷卻空間。
由於冷卻空氣通過第二空氣供應管道42供應至燃燒室的模部135 的冷卻空間，並且冷卻劑通過第四冷卻劑供應管道24供應至燃燒室的 模部135的冷卻空間，冷卻劑作為噴霧通過冷卻空氣供應至燃燒室的 模部135。
此時，第三截止閥75接收來自控制器的電信號，並打開第一、第 二、第三和第四真空吸入管道71、 72、 73和74，並且第四截止閥65 接收來自控制器的電信號並打開第一連接管道61 。
另外，由控制器的電信號操作真空電動機53，並且相應地在真空 罐中保持約1.5kgf的真空壓力。
因此，由於冷卻劑被供應至上模110的上衝模113和火花塞的芯 部115的冷卻空間，上模110的上衝模113和火花塞的芯部115被冷卻 劑保持在預定的溫度。
另外，由於冷卻劑被供應至下模130的燃燒室的模部135的冷卻 空間，下模130的燃燒室的模部135保持在預定的溫度，並且冷卻劑 作為噴霧被供應至其冷卻空間。
在這種情況下，由於冷卻劑作為噴霧通過冷卻空氣被供應至燃燒 室的模部135的冷卻空間，因此在對應於燃燒室的模部135的熔融金 屬的邊界面處不會迅速地發生熱衝擊。
另外，由於冷卻劑被供應至下模130的下衝模133的冷卻空間， 下模130的下衝模133被保持在預定的溫度。
在現有技術中，上模110的火花塞的芯部115和下模130的注入 孔160附近的區域被冷卻空氣局部地冷卻；相反地，根據本系統，用 水和空氣冷卻包括上模110、下模130和邊模150的所有模具，使得有 可能快速地凝固熔融金屬。
因此，根據本發明的示例性實施方式可很大程度地縮短冷卻周期。例如，根據現有技術的鑄造工藝的整個周期是600秒，但是根據本發
明示例性實施方式的鑄造工藝的整個周期可以是400秒。因此，可提
高鑄造的生產率並可減少生產成本。
另外，由於熔融金屬的冷卻速度很快，汽缸蓋的燃燒室附近的表
示金屬組織細度的DAS可被降低。由於DAS低，汽缸蓋的燃燒室附 近的晶粒可以是微小的，並且金屬組織可以是精細的。因此，汽缸蓋 的機械特性和質量可被提高。
例如，如果根據本發明的示例性實施方式鑄造汽缸蓋，其中用水 和空氣冷卻上模110、下模130和邊模150，汽缸蓋的燃燒室附近的 DAS小於或等於40微米，如圖3A所示。相反地，如果根據現有技術 鑄造汽缸蓋，其中上模110的火花塞的芯部115和下模130的注入孔 160附近的區域被冷卻空氣局部地冷卻，汽缸蓋的燃燒室附近的DAS 為50-60微米，如圖3B所示。
由於當熔融金屬的初始冷卻速度很快時DAS較低，可知由於用水 和空氣冷卻上模IIO、下模130和邊模150，根據本發明的示例性實施 方式的熔融金屬的初始冷卻速度比根據現有技術的熔融金屬的初始冷 卻速度快。
同時，通過真空電動機53的操作，上衝模113、火花塞的芯部115、 下衝模133和燃燒室的模部135的冷卻空間中的冷卻劑蒸汽和冷卻劑 通過第一、第二、第三和第四真空吸入管道71、 72、 73和74被吸入 進真空罐51中。
此後，冷卻劑蒸汽和冷卻劑通過第一連接管道61被供應至真空電 動機53，並蒸汽在該處理中被冷凝器81液化。
另外，當從真空電動機53中排放的蒸汽和液體通過第二連接管道 62流過氣-液分離器91時，二者被彼此分開並被排放。
由於根據本發明的示例性實施方式用真空壓力通過真空吸入單元 50吸入冷卻劑蒸汽和冷卻劑，可消除模具處的洩漏危險。
另外，根據本發明的示例性實施方式，可避免由冷卻劑洩漏導致 的鑄件的氧化和氣蝕，並且還可避免由蒸汽導致的冷卻劑流的遲滯、 阻滯和不均勻。
因此，根據本發明的示例性實施方式，可極大地縮短熔融金屬的
12冷卻周期，並進一步提高模具的冷卻效率。
在上述處理之後，安裝在第一冷卻劑供應管道21和第二冷卻劑供
應管道22上的第一截止閥25接收來自控制器的電信號，並關閉第一 冷卻劑供應管道21和第二冷卻劑供應管道22，如圖2C所示。
另外，安裝在第三冷卻劑供應管道23和第四冷卻劑供應管道24 上的第一截止閥25接收來自控制器的電信號，並關閉第三冷卻劑供應 管道23和第四冷卻劑供應管道24。
另外，安裝在第一空氣供應管道41上的第二截止閥46接收來自 控制器的電信號，並關閉第一空氣供應管道41。
在這個階段，安裝在第三空氣供應管道43、第四空氣供應管道44 和第五空氣供應管道45上的第二截止閥46接收來自控制器的電信號， 並分別開放第三空氣供應管道43、第四空氣供應管道44和第五空氣供 應管道45。
然後，冷卻空氣供應單元30通過第三空氣供應管道43將冷卻空 氣供應至上衝模113的冷卻空間，通過第四空氣供應管道44將冷卻空 氣供應至火花塞的芯部115的冷卻空間，通過第五空氣供應管道45將 冷卻空氣供應至下衝模133的冷卻空間。
因此，冷卻空氣將冷卻空間中殘留的溼氣排放至外部。 最後，第二截止閥46關閉第二空氣供應管道42、第三空氣供應管 道43、第四空氣供應管道44和第五空氣供應管道45，並且使用本發
明的示例性實施方式完成低壓鑄造處理。
根據本發明，如上所述，可快速凝固熔融金屬，可很大程度地縮
短冷卻周期，可增加鑄造生產率，可減少生產成本，可提高鑄件的機 械性能和質量，並且可避免/消除由蒸汽導致的模具處的洩漏危險以及 冷卻劑流的遲滯、阻滯問題、不均勻。
雖然己結合目前認為實用的示例性實施方式說明了本發明，要理 解的是本發明不限於所公開的實施方式，但是，相反地，本發明旨在 涵蓋包括在所附權利要求的精神和範圍內的各種改變和等效配置。
權利要求
1.一種用於低壓鑄造裝置的冷卻系統，所述低壓鑄造裝置包括配置有火花塞的芯部和上衝模的上模、配置有燃燒室的模部和下衝模的下模、以及邊模，所述冷卻系統包括冷卻劑供應單元，其通過冷卻劑供應管道分別連接至火花塞的芯部、上衝模、燃燒室的模部和下衝模；冷卻空氣供應單元，其通過空氣供應管道分別連接至邊模和燃燒室的模部；以及真空吸入單元，其通過真空吸入管道分別連接至火花塞的芯部、上衝模、燃燒室的模部和下衝模。
2. 如權利要求1所述的冷卻系統，其中，所述冷卻空氣供應單元 通過分離的空氣供應管道連接至火花塞的芯部、上衝模和下衝模。
3. 如權利要求1所述的冷卻系統，其中，所述真空吸入單元包括 真空罐，其被連接至各真空吸入管道以用於從火花塞的芯部、上衝模、燃燒室的模部和下衝模中收集冷卻劑蒸汽和冷卻劑；以及真空電動機，其通過第一連接管道連接至所述真空罐以用於在所 述真空罐中產生真空壓力。
4. 如權利要求3所述的冷卻系統，其中，所述真空吸入單元進一 步包括安裝在所述第一連接管道上以用於凝結從所述真空罐排放至所 述真空電動機的蒸汽的冷凝器。
5. 如權利要求4所述的冷卻系統，其中，所述真空吸入單元進一 步包括通過第二連接管道連接至所述真空電動機以用於分離從所述真 空電動機中排放的蒸汽和液體的氣-液分離器。
6. 如權利要求1所述的冷卻系統，其中，所述冷卻劑供應單元包括存儲所述冷卻劑的冷卻劑罐；以及冷卻劑泵，其被連接至所述冷卻劑罐以用於將所述冷卻劑加壓輸 送至所述各冷卻劑供應管道。
7. 如權利要求1所述的冷卻系統，其中，所述冷卻空氣供應單元 包括用於對空氣進行壓縮並將所述壓縮空氣加壓輸送至所述各空氣供 應管道的空氣壓縮機。
8. 如權利要求1所述的冷卻系統，其中，在所述冷卻劑供應管道、 所述空氣供應管道和所述真空吸入管道上分別安裝截止閥。
全文摘要
一種用於低壓鑄造裝置的冷卻系統，所述低壓鑄造裝置包括配置有火花塞的芯部和上衝模的上模、配置有燃燒室的模部和下衝模的下模、以及邊模，所述冷卻系統可包括i)通過冷卻劑供應管道分別連接至火花塞的芯部、上衝模、燃燒室的模部和下衝模的冷卻劑供應單元，ii)通過空氣供應管道分別連接至邊模和燃燒室的模部的冷卻空氣供應單元，以及iii)通過真空吸入管道分別連接至火花塞的芯部、上衝模、燃燒室的模部和下衝模的真空吸入單元。
文檔編號B22D18/04GK101554655SQ20081018116
公開日2009年10月14日 申請日期2008年11月24日 優先權日2008年4月7日
發明者郭太煥 申請人:現代自動車株式會社