CN104907531A

CN104907531A - 铝合金车轮强力铸造机

Info

Publication number: CN104907531A
Application number: CN201410656274.6A
Authority: CN
Inventors: 孙惠学; 李建; 刘鑫鑫; 王志松
Original assignee: QINHUANGDAO YANDA MODERN INTEGRATION MANUFACTURING TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Current assignee: QINHUANGDAO YANDA MODERN INTEGRATION MANUFACTURING TECHNOLOGY DEVELOPMENT CO LTD
Priority date: 2014-11-18
Filing date: 2014-11-18
Publication date: 2015-09-16

Abstract

本发明的铝合金车轮强力铸造机，由机体、滑块及其导向机构、垂向和水平锁模机构、无卷气导流控速充型机构、强力补缩机构、温控系统和伺服控制系统组成。其独创之处在于：1）单牌坊式焊板结构的机体（1-3）及机构布局；2）设有无卷气导流控速充型机构（1-1），既避免浇铸时卷气的发生又使充型速度可控；3）设有强力补缩机构（1-5），可实时提供强力补缩压力；4）设有数字化模温调控系统，便于快速顺序凝固的调控。本机具有重量轻、结构紧凑和数字化伺服控制的先进性能，具有无卷气浇铸、控速充型、强力补缩和快速顺序凝固的模温调控等独特功能，生产的铝合金车轮具有密度高、强度高和延伸率高的性能指标。

Description

铝合金车轮强力铸造机

技术领域

本发明属于铸造成形技术领域，特别涉及铝合金车轮铸造成形装备。

背景技术

目前，国内外铝合金车轮生产以铸造为主，常用的铸造工艺包括低压铸造和重力铸造。重力铸造是在重力铸造机上，将铝液在重力作用下浇入金属型腔并通过所设的浇口来实现重力补缩而获得铸件的方法。重力铸造机普遍存在：补缩能力弱、浇铸易卷气、浇口尺寸大导致材料利用率低、浇口需要专门的工序去除等问题。

专利申请号：200620161056.6公开的“重力铸造机”，该装备机身为C型框架结构，本发明的机身结构为板框焊接式与其不同；该装备位于下梁的下轴芯缸在铸造完毕后用于卸料，本发明的强力铸造机的导流缸用于浇铸时配合模具对料液进行引导和控速充型，使其平缓进入模具型腔，达到浇铸无卷气的效果，两者作用不同；此外，本铸造装备设有强力补缩液压缸，用于对料液施加0.1-3MPa压力，将补缩料液推注至模具型腔进行强力补缩且不产生浇口，而该设备是靠重力补缩的，补缩压力有限且产生较大浇口，需要专门的去浇口工序去除浇口。

低压铸造是在低压气体作用下使液态金属充填铸型并凝固成铸件的铸造方法，所用的低压铸造机在机体下部设有铝液保温炉，在密闭的保温炉上盖中心部位装有升液管，升液管插到金属液面以下，将干燥的压缩空气通过进气管送到保温炉内，气体压力范围一般为0.6～1.5 bar，使金属液通过升液管从浇口进入模具型腔, 保压并冷却至铸型中的铝液完全凝固，然后卸压，升液管中的金属液会自动落回，开模出件。低压铸造机以德国GIMA为典型代表，应用较广的结构形式为四立柱式或二立柱式。低压铸造机存在的问题：设备高度大、吨位重、受保温炉的限制补缩压力不宜提高、车轮铸件中心盘处的延伸率低是目前大量应用的低压铸造机长期未能解决的问题。

专利申请号：201220317555.5公开的“一种双工位低压铸造机”，该设备机身为四立柱式结构，而本发明铸造装备机身结构为双柱板框焊接结构与其显著不同；该设备为低压铸造机，补缩压力0.1MPa左右,而本发明的铸造机的最高补缩压力是其30倍；该设备下方设有铝液保温炉，本发明的车轮铸机下方中心处不设铝液保温炉；该设备是在保温炉液面施加气压来实现补缩的，补缩原理与本发明截然不同；该设备没有本发明的导流控速充型机构，无法实现无卷气浇铸和控速充型。

铝合金车轮铸造成形存在的共性问题：1）需要开发新型结构、新的补缩原理与方法的压铸机；2）解决浇铸中的卷气问题；3）需要对充型速度进行有效控制；4）需要提高补缩压力；5）需要有快速顺序凝固的调控功能。

发明内容

本发明针对上述铝合金车轮铸造成形存在的问题，发明了一种铝合金车轮强力铸造机，与现有低压铸造机具有本质的不同，不同点之一是：本项发明的强力铸造机下方没有与模具相连通的保温炉，而是将保温炉移出，并且多台强力铸造机公用一台体外保温炉，铝液的烧损和氧化损失降低，铝液保护气体用量也随之减少；不同点之二是：本项发明的强力铸造机不是通过在保温炉的液面上施加惰性气体来实现低压（0.1MPa）补缩的，而是通过安装在机体上梁中央处的强力补缩液压缸来实现的，其补缩压力范围在0.1-3.0MPa，远远大于低压铸造，提供的最高补缩压力为低压铸造补缩压力的30倍；不同点之三：本发明的强力铸造机的强力补缩功能可使铸件密度更高、强度和延伸率更高；不同点之四：与低压铸造机相比本发明的强力铸造机机体为单牌坊式焊接结构，保温炉从机体移出，设备总高度比低压铸造机低至少2m，总重轻30%，对厂房高度的要求随之降低。

本发明的铝合金车轮强力铸造机，与现有重力铸造机相比亦具有本质的不同，不同点之一是：强力铸造与重力铸造都是从上模中心孔浇铸，浇液位置距离模具型腔底面较高，会有冲击卷气现象发生，但本发明的强力铸造机在下梁中心处设有垂直运动的导流液压缸，液压缸可带动升入上模的强力补缩加压室中的导流活塞在浇铸时按设定的速度下行，引导铝液平稳地向下运动并充满型腔，避免了卷气现象的发生；不同点之二是：重力铸造机靠中心浇口的高度产生压差或在浇口处增加气压来实现补缩，补缩效果有限，远远低于本发明的强力铸造机的补缩压力；不同点之三：重力铸造机生产的车轮铸件带有直径和高度尺寸都较大的浇口，后序去除费时费力，本发明的铸造机生产的车轮无浇口亦不需后续工序去除。

以铸造铝合金为原材料，以车轮产品为对象，在使用相同铸造材料的前提下，通过研制具有新型功能、操作简单、调试方便、性能先进的成形设备，来提高车轮产品的强度指标、塑性指标并有效提高生产效率和材料利用率是本发明专利的基本目标，为实现这样的目标，本发明给出一种新型的铝合金车轮铸造设备-铝合金车轮强力铸造机，由机体、滑块及其导向机构、垂向和水平锁模机构、无卷气导流控速充型机构、强力补缩机构、温控系统和电液伺服控制系统组成，其特征之处在于：独特的结构和布局特征；独特的无卷气导流浇铸功能、控速充型功能、强力补缩功能和以快速顺序凝固为目标的温度调控功能；这些特殊功能集成应用于本强力铸造机，使本机具有数字化电液伺服控制的先进性能，配合相应的模具可显著提高车轮铸件的强度和延伸率，并有效提高车轮铸造生产效率、材料利用率和降低设备成本。

本发明的强力铸造机其机身结构特征和机构布局特征在于：机身（1-3）为板框整体焊接结构；其强力补缩液压缸（1-5）安装于上梁（2-4）中心处；两个垂直锁模液压缸（1-4）位于强力补缩液压缸（1-5）两侧，固定于上梁（2-4）上，用于带动滑块（1-10）实现模具垂直开合运动；机身上部外侧设有4个导向支撑安装座（2-5）并与导向支撑（1-8）紧固装配于一体，4个导向杆（1-7）安装在导向支撑（1-8）内，用于滑块（1-10）垂直运动的导向；边模液压缸（1-11）分别安装在机身两侧板（2-3）及液压缸固定座（1-13）上；导流控速液压缸（1-1）安装于机身下梁（2-6）中心处；滑块（1-10）的下表面与模具联接柱联结，工作台（1-12）上表面与模具的底板连接，边模（可为2瓣或4瓣）置于工作台（1-12）上并与边模液压缸（1-11）的活塞杆相连；机身上梁（2-4）安装有四个卸料杆（1-9），滑块（1-10）回程到一定高度时，通过卸料杆（1-9）与模具卸料板碰撞来实现卸料；本机身具有结构简单、刚度大、重量轻、高度低的特点，机身厚度方向较窄，易于实现自动化上料和自动化下料。

本发明的强力铸造机具有无卷气浇铸与控速充型的独特功能，是靠一套导流控速充型系统来实现的，导流控速充型系统是本发明的重要组成部分，该系统由导流控速液压缸（1-1）、位移传感器（3-12）、导流活塞（3-11）、液压管路、伺服阀（3-7）和电控系统组成，伺服系统通过控制导流控速液压缸（1-1）的下行速度，使其带动强力补缩加压室（3-4）内的导流活塞（3-11）自上而下地按照预设置速度移动，将浇杯放出的铝液自上而下地平稳引入到强力补缩加压室（3-4）直至模具型腔入口处，因此该导流功能有效地避免了由于铝液浇铸时落差大发生与壁底冲击而引起的卷气现象，在无卷气地将浇杯放出的铝液平稳引入到强力补缩加压室（3-4）后，此时导流活塞（3-11）继续向下移动就会使强力补缩加压室（3-4）底部至模具型腔的进料通道联通，通过伺服阀（3-7）和位移传感器（3-12）配合控制导流控速液压缸（1-1）的行程位置，进而带动导流活塞（3-11）来调节所打开的进料通道口的开度，实现对型腔各部位充型速度的伺服控制。

本发明的强力铸造机具有强力补缩的独特功能，所述的强力补缩功能是靠一套强力补缩系统来实现的，强力补缩系统是本发明的重要组成部分，该系统由安装于机身上梁（2-4）中心处的强力补缩液压缸（1-5）、位移传感器（3-6）、液压管路、伺服阀（3-8）以及闭环电控系统组成，浇铸充型完毕移走浇杯，强力补缩液压缸（1-5）推动补缩活塞（3-5）立即进入强力补缩加压室（3-4），并按设定的速度与压力将强力补缩加压室（3-4）内的铝液实时地推注到模具型腔内，本设备提供的补缩压力范围在0.1-3.0MPa可编程控制，远高于重力和低压铸造的补缩压力，本机所提供的最高补缩压力是低压铸造补缩压力的30倍，故称之为“强力补缩”。

本发明的铝合金车轮强力铸造机具有快速顺序凝固温控功能，作为本发明的重要组成部分，该独特功能是这样实现的：以实现顺序凝固、快速冷却为目标，在以PLC为核心的控制系统中，建立了以水或风为介质的可供上模、底模和边模冷却的多路冷却控制分系统，该分系统作为与模具的衔接接口，支持多路冷却控制，给出了由模具测温传感器、冷却介质入出口温度传感器、流速调节阀、流量传感器、电磁开关和PLC组成的模具冷却测控分系统的构成，每路设有流速调节阀q_{i，i=1,2…n}、流量检测传感器Q_{i, i=1,2…n}和通断电磁阀K_{i，i=1,2…n,}，每路的冷却开启时刻为t_{i，i=1,2…n}，开启间隔为Δt_i=Q_i/q_{i，i=1,2…n},通过对每路的流速q_{i，i=1,2…n、}总流量Q_{i，i=1,2…n}和冷却开启时刻t_{i，i=1,2…n}三类基本变量来进行模具温度的调节， T^w _i，i=0,2…7，为每路的进出口冷却介质温度传感器输出值用以作为参考变量，模具的控制变量为各控制点的温度T^m _i，i=1,2…5，本机可提供5个模具温度监控点传感器输出值，作为本温控系统的控制变量，这些控制变量是三类基本变量q_{i，i=1,2…n}、总流量Q_{i，i=1,2…n}和冷却开启时刻t_{i，i=1,2…n}的隐函数，为使模具各控制点温度数字化，建立了多点温度T^m _i，i=1,2…5监测系统，测得的温度值T^m _i，i=1,2…5用以作为三类基本变量调整目标与参考依据，这种以流速、流量及冷却开启时刻作为基本变量，以模具控制点温度为控制变量的模具温度监控系统，为工艺参数设定和调整提供了数值依据与数字化调控手段。

本机具有重量轻、结构紧凑和数字化电液伺服控制的先进性，具有无卷气浇铸、控速充型、强力补缩和快速顺序凝固的温度调控等独特功能，配合相应的强力铸造模具与工艺，生产的铝合金车轮具有密度高、强度高和延伸率高的优越性能指标，并有效提高车轮铸造生产效率、降低设备成本。

附图说明

图1是本发明铝合金车轮强力铸造机结构示意图。

图2是本发明铝合金车轮强力铸造机的机身结构示意图。

图3是本发明铝合金车轮强力铸造机的导流控速充型及强力补缩机构示意图。

图4是本发明铝合金车轮强力铸造机的模具温控系统原理图。

图1中所示的铝合金车轮强力铸造机的结构主要包括：导流控速液压缸（1-1）、转动接料装置（1-2）、机身（1-3）、垂直锁模缸（1-4）、强力补缩液压缸（1-5）、导杆连接板(1-6)、导向杆（1-7）、导向支撑（1-8）、卸料杆（1-9）、滑块（1-10）、边模液压缸（1-11）、工作台（1-12）、液压缸固定座（1-13）。

图2中所示的铝合金车轮强力铸造机机身结构主要包括：支撑板（2-1）、前后板（2-2）、两侧板（2-3）、上梁（2-4）、导向支撑安装座（2-5）、下梁（2-6）、工作台安装板（2-7）。

图3中导流控速充型及强力补缩系统主要包括：底模（3-1）、边模（3-2）、上模（3-3）、补缩加压室（3-4）、补缩活塞（3-5）、补缩油缸位移传感器（3-6）、导流系统伺服阀（3-7）、加压伺服阀（3-8）、电机泵组（3-9）、油箱（3-10）、导流活塞（3-11）、导流油缸位移传感器（3-12）。

图4为铝合金车轮强力铸造机模具温控系统原理图，图中K_i、Q_i、q_i，i=1,2…7分别为各路冷却通道的电磁控制开关、流速调节阀、流量传感器，本设备可支持8路冷却控制；图中T^w _i,i=0,2…7，为每路设有的进出口冷却介质温度传感器，本设备可支持8路冷却介质温度检测传感器；图中T^m _i,i=1,2…5，为5个模具温度监控点传感器输出值。

具体实施方式

以下结合附图就具体实施方式进行详细说明（本实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明作出的任何限定）。

结合附图1、2、3及4对实施细则进行说明，对本发明的铝合金车轮强力铸造机工作过程说明如下。

首先将铸造模具安装于上滑块（1-10），下模与边模安放于下工作台（1-12）之上，将下模底板与下工作台紧固，四瓣（或二瓣）模具的边模（3-2）分别与相应位置的边模液压缸（1-11）连接，工作时边模液压缸（1-11）带动边模（3-2）闭合，垂直锁模缸（1-4）带动滑块（1-10）及模具上模（3-3）向下运动至模具配合面，垂直锁模和水平锁模缸保压，然后铝合金料液从模具上浇口位置向下浇铸，浇铸前导流控速液压缸（1-1）提升至浇铸口附近位置，随着导流活塞的下行，浇杯下输出口打开，将铝液自上而下平稳的引入到模具型腔中，实现无卷气浇铸，在导流控速液压缸（1-1）引导铝液流至模具型腔入口处时，导流活塞（3-11）继续向下运动就会使模具型腔进料通道打开，通过伺服控制导流控速液压缸（1-1）带动的导流活塞（3-11）的位置来控制所打开的通道的开度，实现对不同部位充型速度的控制，待充型完毕后，移走浇杯，强力补缩液压缸（1-5）下行，进入补缩加压室（3-4）内，运动至液面处对液体进行强力补缩，补缩压力在0.1-3.0MPa范围内可编程控制, 上模（3-3）、底模（3-1）及边模（3-2）分别和设备的多路冷却管道接通，可实现流速设定和流量可编程控制，按照冷却顺序逐步开启各路冷却通道，实现铸件的顺序冷却，待凝固完毕，强力补缩液压缸（1-5）上行，边模液压缸（1-11）及垂直锁模缸（1-4）卸压，水平缸将边模打开至开模位置，垂直锁模缸上行至卸料准备位置，接料装置（1-2）摆动运行至接料位置且提升到固定高度以免工件下落碰伤，垂直锁模缸带动滑块继续向上运行使卸料杆与模具卸料板接触并推动模具卸料顶针使铸件脱模，接料装置提升缸下行回程，接料装置（1-2）摆出机身体外，等待下料机器手将其搬运至输送辊道，至此完成一个完整的铸造工作过程。

Claims

1.本发明的铝合金车轮强力铸造机属于一种新型铸造设备，由机体、滑块及其导向机构、垂向和水平锁模机构、无卷气导流控速充型机构、强力补缩机构、温控系统和伺服控制系统组成，其特征之处在于：独特的结构和机构布局特征、独特的无卷气导流浇铸功能、控速充型功能、强力补缩功能和以快速顺序凝固为目标的模温调控功能，这些特殊功能集成应用于本强力铸造机，使本机具有数字化伺服控制的先进性，配合相应的模具可显著提高车轮铸件的密度、强度和延伸率，并有效提高车轮铸造生产效率、降低设备成本。

2.权利要求1中所述的铝合金车轮强力铸造机，其机身结构及机构布局特征在于：机身（1-3）为板框整体焊接结构；其强力补缩液压缸（1-5）安装于上梁（2-4）中心处；两个带有闭环控制的垂直锁模液压缸（1-4）位于强力补缩液压缸（1-5）两侧，固定于上梁（2-4）上，用于带动滑块（1-10）实现模具垂直开合运动；机身上部外侧设有4个导向支撑安装座（2-5）并与导向支撑（1-8）紧固装配于一体，4个导向杆（1-7）安装在导向支撑（1-8）内，用于滑块（1-10）垂直运动的导向；边模液压缸（1-11）分别安装在机身两侧板（2-3）及液压缸固定座（1-13）上；导流控速液压缸（1-1）安装于机身下梁（2-6）中心处；滑块（1-10）的下表面与模具联接柱联结，工作台（1-12）上表面与模具的底板连接，边模（可为2瓣或4瓣）置于工作台（1-12）上并与边模液压缸（1-11）的活塞杆相连；机身上梁（2-4）安装有四个卸料杆（1-9），滑块（1-10）回程到一定高度时，通过卸料杆（1-9）与模具卸料板碰撞来实现卸料；本机身具有结构简单、刚度大、重量轻、高度低的特点，机身厚度方向较窄，易于实现自动化上料和自动化下料。

3.权利要求1中所述的铝合金车轮强力铸造机，所述的无卷气导流浇铸与控速充型功能，其特征在于：无卷气导流浇铸功能与控速充型功能是靠一套发明的导流控速充型系统来实现的，导流控速充型系统由导流控速液压缸（1-1）、位移传感器（3-12）、导流活塞（3-11）、液压管路、伺服阀（3-7）和电控系统组成，伺服系统通过闭环控制导流控速液压缸（1-1）的下行速度，使其带动强力补缩加压室（3-4）内的导流活塞（3-11）自上而下地按照预设置速度移动，将浇杯放出的铝液自上而下地平稳引入到强力补缩加压室（3-4）直至模具型腔入口处，因此该导流功能有效地避免了由于铝液浇铸时落差大发生冲击壁底而引起的卷气现象，在无卷气地将浇杯放出的铝液平稳引入到强力补缩加压室（3-4）后，此时导流活塞（3-11）继续向下移动就会使强力补缩加压室（3-4）底部至模具型腔的进料通道联通，通过伺服阀（3-7）和位移传感器（3-12）配合控制导流控速液压缸（1-1）的行程位置，进而带动导流活塞（3-11）来调节所打开的进料通道口的开度，实现对型腔各部位充型速度的伺服控制。

4.权利要求1中所述的铝合金车轮强力铸造机，所述的强力补缩功能，其特征在于：该功能是靠一套发明的强力补缩系统来实现的，系统由安装于机身上梁（2-4）中心处的强力补缩液压缸（1-5）、位移传感器（3-6）、液压管路、伺服阀（3-8）以及电控系统组成，浇铸充型完毕移走浇杯，强力补缩液压缸（1-5）推动补缩活塞（3-5）立即进入强力补缩加压室（3-4），并按设定的速度与压力将强力补缩加压室（3-4）内的铝液实时地推注到模具型腔内，本设备提供的补缩压力范围在0.1-3MPa可编程控制，远高于重力和低压铸造的补缩压力，本机所提供的最高补缩压力是低压铸造补缩压力的30倍，故称之为“强力补缩”。

5.权利要求1中所述的铝合金车轮强力铸造机，所述的以快速顺序凝固为目标的模温调控功能，其特征在于：以实现顺序凝固、快速冷却为目标，在以PLC为核心的控制系统中，建立了以水或风为介质的可供上模、底模和边模冷却的多路冷却控制分系统，该分系统作为与模具的衔接接口，支持多路冷却控制，给出了由模具测温传感器、冷却介质入出口温度传感器、流速调节阀、流量传感器、电磁开关和PLC组成的模具冷却测控分系统的构成，每路设有流速调节阀q_{i, i=1,2…n}、流量检测传感器Q_{i, i=1,2…n}和通断电磁阀K_{i，i=1,2…n}，每路的冷却开启时刻为t_{i，i=1,2…n}，开启间隔为Δt_i=Q_i/q_i,i=1,2…n,可通过改变每路的流速q_{i, i=1,2…n}、总流量Q_{i，i=1,2…n}和冷却开启时刻t_{i, i=1,2…n}三类基本变量来进行模具温度的调节，T^w _i,i=0,2…7为每路设定的进、出口冷却介质温度传感器输出值，用以作为参考变量，模具的控制变量为各控制点的温度T^m _i,i=1,2…5，本机可支持5个模具温度监控点传感器输出值作为本温控系统的控制变量，为使模具各控制点温度数字化，建立了多点温度T^m _i监测系统，测得的温度值T^m _i用以作为三类基本变量调整目标与参考依据，这种以水或风为冷却介质，以流速、流量及冷却开启时刻作为基本变量，以模具控制点温度为控制变量的模具温度监控系统，为工艺参数设定和调整提供了数值依据与数字化调控手段。