CN102581258B - 铝合金花纹圈低压铸造模具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铝合金花纹圈低压铸造模具，包括外模、石膏模芯以及底模，所述外模总体上呈圆台形其内部为空腔，所述石膏模芯同轴设置于外模的空腔内且石膏模芯的中心具有填充砂，所述外模的内壁与所述石膏模芯的外壁形成模具的模腔，在石膏模芯的底部密封设置有石膏板，所述石膏板与所述底模之间形成与所述模腔连通的浇道，所述外模包括总体上呈圆台形的内部为空腔的外模本体，在所述外模本体内靠近其底部处设置有冷却液流道，所述冷却液流道周向环绕所述外模本体一周，且在冷却液流道内设置有隔板，在所述隔板的两侧分别设置有冷却液流道的进水嘴和出水嘴。本发明解决了铸件下方发生缩松及气孔等缺陷问题。
Description
技术领域：
本发明涉及一种铝合金花纹圈低压铸造模具。
背景技术：
铝合金花纹圈是轮胎模具中用于硫化成型轮胎花纹的重要部件，该部件的加工方式，目前国内外普遍应用的主要有以下三种：
1、雕刻工艺：适用于载重胎模具；
2、电腐蚀工艺：适用于载重胎和乘用胎模具；
3、铝合金铸造工艺：适用于乘用胎模具。
出于安全性、舒适性和美观性的要求，乘用胎花纹设计较载重胎复杂，且花纹的形状精度及尺寸精度要求很高。因此，模具的花纹圈加工主要采用铝合金铸造工艺。
目前，铝合金花纹圈铸造工艺，通用的有低压铸造和重力铸造两种。其中低压铸造以其技术先进，铸件密度高、强度好的优点，日益成为花纹圈铸造工艺的主导趋势。但因其工艺复杂、装备及技术参数的确定难以把握，对成品合格率的影响很大。
结合图3，低压铸造的浇注原理是：模型位于坩埚1的上方，铝液2在一定的压力下通过升液管3、浇道4，上升到模腔5内，充满模腔后保压一段时间，使铝液在压力下结晶、凝固，直至达到要求的冷却温度后，卸压、脱模。
石膏模芯12同轴设置于外模6的空腔内且石膏模芯的中心具有填充砂13，外模的内壁与石膏模芯12的外壁形成模具的模腔5，在石膏模芯的底部密封设置有石膏板14，石膏板与底模15之间形成与模腔连通的浇道4，
低压铸造的浇道4在模腔5下方，补缩过程是通过压力由浇道进行的。因此铸件的凝固顺序应该是由内向外、由上至下，最后凝固的下部由浇道进行补缩，铸件的凝固顺序为：A→B→C→D→E→F，若能做到这一点，铸件的表面及内部质量均可得到保证。
外模6的底部具有一定的锥面角度，其作用为：1、保证铸件由上至下的冷却顺序。2、保证铸件容易脱模。
由于模具结构的特殊性，花纹圈产品的壁厚差异相对较大，同一型号外轮廓尺寸一定的情况下，内径可根据轮胎规格有多种变化。使得花纹圈壁厚尺寸的范围从40-100mm不等。因此，相同参数的外模及浇道，浇注壁厚在80mm以上的铸件时，由于铝液重量多，热容量相对较大，冷却时间过长，导致铸件冷凝顺序发生变化，浇道部位F点先于铸件的E点冷却，截断了补缩通道，致使铸件的E点补缩不足，产生气孔和缩松缺陷，严重时造成报废。
由此看来，现有的外模结构及工艺参数，在浇注壁厚尺寸较大的花纹圈产品时，存在很多技术缺陷，其产品合格率难以保证，这是我们急需解决的技术难题。
发明内容：
为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种铝合金花纹圈低压铸造模具，以及采用该种模具进行低压铸造的强制冷却方法，使铸件可以按要求加快局部冷却速度，实现理想的冷凝顺序。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
铝合金花纹圈低压铸造模具，包括外模、石膏模芯以及底模，所述外模总体上呈圆台形其内部为空腔，所述石膏模芯同轴设置于外模的空腔内且石膏模芯的中心具有填充砂，所述外模的内壁与所述石膏模芯的外壁形成模具的模腔，在石膏模芯的底部密封设置有石膏板，所述石膏板与所述底模之间形成与所述模腔连通的浇道，所述外模包括总体上呈圆台形的内部为空腔的外模本体，在所述外模本体内靠近其底部处设置有冷却液流道，所述冷却液流道周向环绕所述外模本体一周，且在冷却液流道内设置有隔板，在所述隔板的两侧分别设置有冷却液流道的进水嘴和出水嘴。
本发明结构特点还在于：
所述冷却液流道的中心与所述外模本体底面的高度差为整个外模本体高度的1/4。
所述冷却液流道的外侧设置有封板对所述冷却液流道形成密封，所述封板的外壁与所述外模本体的外壁处于同一平面。
所述冷却液流道的横截面积为15cm2，冷却液流道内侧的外模本体的壁厚为15mm。
所述进水嘴为1/2″管，所述出水嘴为3/4″管，且进水嘴与外部供水管道的连接管路中设置有流量计以及开关阀。
采用本发明模具进行低压铸造的方法，其特征是按以下工序依次进行：
A、确定铸造工艺参数：外模预热至350℃，石膏模芯预热110℃，浇道预热至400℃；
B、充型过程，即由浇道向模腔中浇注铝液，浇注温度为700℃；充型压力为0.3bar，充型速度为0.007bar/s，在铝液充满模型后50-60s内进行保压，保压压力维持在1.0bar，保压时间为2000s；
C、在保压的同时，由进水嘴向外模的冷却液流道内充入冷却水，冷却水在流道内绕外模环绕一周后自出水嘴流出，冷却水的流量为150-200cm3/s，持续时间500-600s；
D、冷却水带走热量促使铸件在300s内冷却至550℃，当铸件温度冷却至350℃时，可进行卸压、脱模，脱模后铸件继续在室温下冷却，铸造工序完成。
本发明的基本原理：
如背景技术所述，低压铸造的过程中，铸件的冷凝顺序应该是由内向外、由上到下，铸件下部凝固时需由浇道进行补缩。因此，浇道处必须是最后冷却部位。为保证这一顺序，在工艺装备外模及浇道型号一定时，如遇厚壁铸件，就必须考虑加快铸件下部的冷却速度问题。
本发明设计了新型外模结构，即在原有结构尺寸基础上，在外模本体内设置一冷却液流道，即沿外模圆周方向形成带有进、出水嘴的环形通道。进、出水嘴之间设置有一隔板，保证冷却水沿外模圆周方向环绕一周后，从出水嘴排出。
产品浇注时，当模腔充满后，向进水嘴连续充入冷却水，循环一周后由出水嘴排出。由于水的比热容为4.2x103J/kg℃，是钢的9倍，当冷却水以200cm3/s的流量连续充入和排出时，在最初的100s内带走的热量是同容积钢质外模在环境温度下吸收热量的10倍。因此，可实现加快铸件下部冷却速度的目的，使铝液温度在300s内可由浇注温度的700℃降到固相线温度的550℃，达到理想的冷凝顺序要求。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明模具的外模本体内设置有冷却液流道，通过环绕外模的冷却水可使铸件的下部先于浇道冷却，不仅可缩短充型保温、保压时间，由原来的3300s减到2000s，节省电力、提高工效。更为重要的是，保证了超大壁厚铸件冷却顺序的合理实现，使铸件下部得以充分补缩。解决了原模具易使铸件产生缩松、气孔缺陷问题，避免产品因铸造缺陷而造成报废。
2、原模具及其浇注工艺，由于铸件冷却时间长，造成上、下口径处的收缩率相差较大，上部为0.013，下部为0.014。本发明的模具实现了铸件下部厚壁的快速冷却后，上、下口径的铸造收缩率相差无几，均为0.013，给铸造工艺参数的准确制定带来方便，最终保证了铸件的尺寸精度。
附图说明：
图1为本发明充型过程压力曲线图；图2为铸件冷却过程中本发明强制冷却方法与原方法冷却曲线比较示意图，图中A为原冷却曲线，B为本发明冷却曲线；图3为铝合金花纹圈低压铸造原理示意图；图4为本发明外模的局部结构示意图；图5为图4的A向剖面结构示意图。
图中标号：1坩埚，2铝液，3升液管，4浇道，5模腔，6外模，7冷却液流道，8隔板，9进水嘴，10出水嘴，11隔板，12石膏模芯，13填充砂，14石膏板，15底模。
以下通过具体实施方式，并结合附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式：
实施例1：参照图3-5，本发明铝合金花纹圈低压铸造的外模6，在其本体内设置有周向环绕外模本体一周的冷却液流道7，其中心距外模底面的距离为外模高度的1/4，且在冷却液流道内设置有隔板8，在隔板的两侧分别设置有冷却液流道的进水嘴9和出水嘴10。
冷却液流道7的外侧设置有封板11对所述冷却液流道形成密封，封板11的外壁与外模本体的外壁处于同一平面。具体设置中，冷却液流道7的横截面积为15cm2，其内侧的外模本体的壁厚为15mm。进水嘴为1/2″管，出水嘴为3/4″管，且进水嘴与外部供水管道的连接管路中设置有流量计以及开关阀。
实施例2：本实施例中，铸造工艺参数按如下条件设定：外模预热350℃，石膏模芯预热110℃，浇道预热400℃，浇注温度700℃。充型过程按图1所示压力曲线进行，充型压力0.3bar，充型速度0.007bar/s，保压1.0bar，时间为2000s。在此过程中，当铝液充满型后50-60s，开始向外模充入冷却水，控制流量150-200cm3/min持续500-600s后停止。保压时间达2000s后，铸件温度降至350℃时，卸压、脱模、在室温下继续冷却。流量大小的控制，依据铸件壁厚80-100mm尺寸，在150-200cm3/s范围内选择，铸件壁厚尺寸大时，流量取大值，反之取小值，保证铸件在300s内冷却至550℃，按此方法，可实现铸件的快速冷却，获得理想的冷凝顺序。
Claims (2)
1.铝合金花纹圈低压铸造模具，包括外模、石膏模芯以及底模，所述外模总体上呈圆台形其内部为空腔，所述石膏模芯同轴设置于外模的空腔内且石膏模芯的中心具有填充砂，所述外模的内壁与所述石膏模芯的外壁形成模具的模腔，在石膏模芯的底部密封设置有石膏板，所述石膏板与所述底模之间形成与所述模腔连通的浇道，其特征在于，所述外模包括总体上呈圆台形的内部为空腔的外模本体，在所述外模本体内靠近其底部处设置有冷却液流道，所述冷却液流道周向环绕所述外模本体一周，且在冷却液流道内设置有隔板，在所述隔板的两侧分别设置有冷却液流道的进水嘴和出水嘴；
所述冷却液流道的中心与所述外模本体底面的高度差为整个外模本体高度的1/4；所述冷却液流道的外侧设置有封板对所述冷却液流道形成密封，所述封板的外壁与所述外模本体的外壁处于同一平面；
采用所述模具进行低压铸造的方法，按以下工序依次进行：
A、确定铸造工艺参数：外模预热至350℃，石膏模芯预热110℃，浇道预热至400℃；
B、充型过程，即由浇道向模腔中浇注铝液，浇注温度为700℃；充型压力为0.3bar，充型速度为0.007bar/s，在铝液充满模型后50-60s内进行保压，保压压力维持在1.0bar，保压时间为2000s；
C、在保压的同时，由进水嘴向外模的冷却液流道内充入冷却水，冷却水在流道内绕外模环绕一周后自出水嘴流出，冷却水的流量为150-200cm3/s，持续时间500-600s；
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2.根据权利要求1所述的铝合金花纹圈低压铸造模具，其特征在于，所述冷却液流道的横截面积为15cm2，冷却液流道内侧的外模本体的壁厚为15mm。
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