CN105537567B - 一种铣边车轮用软水循环水冷模具装置 - Google Patents

Abstract

一种铣边车轮用软水循环水冷模具装置，由环形水雾冷却管、水雾生成器、冷却水处理箱、冷却水储水箱、软化水储水箱组成。在顶模、底模铸件壁厚较大部位铣深度为10.0～12.0㎜、宽度为12.0～15.0㎜的环状“U”形槽，将环形水雾冷却管镶嵌入槽内，在压缩空气的作用下软化水通过水管接头进入水雾生成器的水汽混合室，水汽混合物通过锥面水雾喷头进一步雾化进入水雾出口接头，水雾出口接头通过连接管进入水雾分流器，通过水雾分流器再均匀进入环形水雾冷却管的内层管循环；环形水雾冷却管吸收模具散发的热量使水雾转化成水蒸气，水蒸气携带着热量进入水蒸气导出管。本装置冷却效果高、冷却均匀，并可防止模具腐蚀。

Description

一种铣边车轮用软水循环水冷模具装置

技术领域

本发明涉及汽车铝合金车轮铸造领域，具体地说，涉及一种铣边车轮用软水循环水冷模具装置。

背景技术

近几年，随着欧美消费者对汽车车轮个性化、时尚化的要求的不断提高，作为汽车驱动系统的关键部件之一的铝合金车轮，消费者不仅要求其有可靠稳定的安全性和舒适性，而且对铝合金车轮的外观要求越来越高，有些地区甚至将铝车轮外观上升到艺术品的角度来要求。为迎合消费者的这种需求，市场上出现了多种外观时尚的铝车轮，例如：精车亮面、亮边喷彩色、铣边车轮等，这些新品种的出现使车轮越来越成为汽车重要的装饰件，特别是铣边车轮因在车轮表面处理后再用特制的刀具铣出光彩夺目的轮辐侧面，从而和轮辐正面形成强烈的对比，具有特别明显的美学效果，因此近几年始终是国际市场热捧的新品，产品附加值是普通铝车轮的2-3倍。

目前，我国铝合金汽车车轮的生产量占全球市场份额的55%～60%，有近200家专业生产汽车铝合金车轮的企业，但是中国的汽车铝车轮的制造技术特别是铸造技术在国际上尚处于中等水平。目前行业存在的突出问题是铸造周期长、生产效率低、产品针孔、渣孔、气孔等缺陷多。原来产品在表面处理后即为成品，表面处理时喷粉、喷漆可起到掩盖针孔、渣孔等铸造缺陷的作用，现在因铣边车轮在表面处理后还需对轮辐侧面进行车铣，因此就会将原来的铸造缺陷特别是针孔缺陷全部显露出来，因此铣边铝车轮的废品率非常高。而之所以产品存在针孔，一方面是因为铸造过程中铝液含有气体与夹渣物，另一方面是铸造周期长、结晶凝固过程过冷度较低等造成的。因此在投料过程中要严防水汽及各种含气脏物混入铝液中，通过除渣、精炼清除氧化夹杂和气体；特别是实现快速凝固、增大凝固时的结晶过冷度对防止针孔特别重要。前二者行业内做得较好，而实现快速凝固、增大凝固时的结晶过冷度目前基本采取在模具上设计风冷和水冷方式解决，但对针孔的改善效果不佳。风冷不仅要使用大功率的空压机造成能源消耗巨大，而且铸造周期长、冷却效果不佳；水冷虽然冷却效果较风冷号，但现有方式存在着冷却不均匀、水直接喷在模具上造成模具腐蚀严重、使用过程由于容易形成水垢造成冷却水管堵塞等异常现象，导致生产不稳定、不顺畅，因此如何研发一种能够实现快速凝固、均匀冷却并防止模具腐蚀严重、水管堵塞的模具装置来解决铣边车轮的制造瓶颈十分必要。

发明内容

本发明的目的是针对现有风冷和水冷技术的不足，针对铣边车轮针孔缺陷严重、报废率高的现状，开发一种软水循环水冷模具装置。

实现以上目的技术方案是：一种铣边车轮用软水循环水冷模具装置，该装置由水雾生成器、环形水雾冷却管、冷却水处理箱、冷却水储水箱、软化水储水

箱组成；其中水雾生成器由水雾出口接头、锥面水雾喷头、水汽混合室、压缩空气接头、水管接头、进水量调节阀组成。环形水雾冷却管由外层管、内层管、水雾喷出孔、水雾分流器组成。水雾导入管一端连接水雾生成器，另一端连接水雾分流器，水雾生成器数量为6-12个，水雾生成器水雾出口接头与锥面水雾喷头相连接，锥面水雾喷头表面均匀分布着1.0-1.5mm的圆孔，该圆孔在压缩空气的作用下促使水汽混合物均匀生成水雾，锥面水雾喷头与水汽混合室相连接，压缩空气接头一端与水汽混合室相连接，另一端与压缩空气导入管相连接，压缩空气导入管另一端与低压机控制系统相连接，工作过程的压力、延时与开启时间由低压机控制系统控制。水管接头一端与水汽混合室相连接，另一端通过导管与软化水储水箱相连接，在水管接头上安装进水量调节阀，该调节阀可控制软化水的进入量。环形水雾冷却管外层管材质为紫铜，该材料具有良好的导热性能，外层管在环状“U”形槽内紧贴靠模具，一端封闭一端开通；内层管材质为不锈钢，具有良好的耐腐蚀性；内层管中间均匀分布分布着直径1.5～2.0mm的水雾喷出孔，水雾喷出孔数量为30-50个；环形水雾冷却管中心设计水雾分流器，水雾分流器每间隔120⁰有一连接管穿过外层管与内层管相连接，水雾通过水雾导入管进入水雾分流器再均匀通入内层管，通过水雾喷出孔喷向外层管的内壁。该结构内层管在外层管内，水雾直接喷在外层管的内壁上，将模具传递给外层管的热量吸收，可避免水雾直接喷到模具上，避免模具腐蚀；可促使水雾在每一部位均匀喷出，保证冷却强度更大、冷却更均匀；水雾吸收模具散发的热量后变成水蒸气，水蒸气通过外层管进入水蒸气导出管；散热器安装在冷却水处理箱内，水蒸气导出管通过散热器与冷凝水导出管相连接，冷凝水导出管通入软化水储水箱内；冷却水处理箱左侧上部安装有进水管，右侧面上部与出水管相连接，出水管的另一端与冷却水储水箱相连接；进水管、冷却水处理箱、出水管与冷却储水箱之间形成水循环冷却，对水蒸气导出管导出的水蒸气进行冷凝处理；压缩空气导入管、水雾生成器、水雾导入管、环形水雾冷却管、水蒸气导出管、散热器、冷凝水导出管、软化水储水箱之间形成软化水、水雾、水蒸气、冷凝水循环。

依据车轮造型特征在顶模、底模铸件壁厚较大部位铣深度为15.0～17.0㎜、宽度为12.0～15.0㎜的环状“U”形槽；将环形水雾冷却管镶嵌入槽内，环形水雾冷却管在顶模与底模可分别设置2～4个。在压缩空气的作用下软化水通过水管接头进入水汽混合室，水汽混合物通过锥面水雾喷头进一步雾化进入水雾出口接头，水雾出口接头通过连接管进入水雾分流器，通过水雾分流器再均匀进入环形水雾冷却管的内层管循环；环形水雾冷却管吸收模具散发的热量使水雾转化成水蒸气，水蒸气携带着热量进入水蒸气导出管。该循环所使用的软化水可有效避免水垢在模具上产生，并避免水垢对冷却效果的影响；该装置设计可避免水雾直接喷到模具上，从而避免模具腐蚀；可促使水雾在每一部位均匀喷出，保证冷却均匀、冷却强度更大；环形水雾冷却管的延时时间、开启时间、压缩空气压力以及软化水进入量，由低压铸造机控制系统控制。因此该装置具有可有效缩短铸造周期、增大凝固时的结晶过冷度、避免模具腐蚀、减少针孔并实现水循环利用的优点，是一种制作简单、使用方便、生产过程稳定、生产效率高的铣边车轮用软水循环水冷模具装置。

附图说明

图 1为本发明结构示意图。

图 2为本发明环状水雾冷却管结构示意图。

图 3为本发明水雾生成器结构示意图。

图4为本发明和模具的装配图。

具体的实施方式

如图1所示本发明结构示意图，该装置由环形水雾冷却管1、水雾生成器3、冷却水处理箱5、冷却水储水箱12、软化水储水箱11组成。

如图2所示为本发明环状水雾冷却管结构示意图，由外层管13、内层管14、水雾喷出孔15、水雾分流器16组成。

如图3所示为本发明水雾生成器结构示意图，由水雾出口接头17、锥面水雾喷头18、水汽混合室19、压缩空气接头20、水管接头21、进水量调节阀22组成。

如图4所示为本发明和模具上的装配图，环形水雾冷却管1安装在顶模23与底模24相对应铸件壁厚较厚的区域。

依据车轮造型特征在顶模23、底模24相对应部位铣深度为15.0㎜、宽度为12.0㎜的环状“U”形槽，将环形水雾冷却管1镶嵌入槽内，该环形水雾冷却管1在顶模与底模设置数量分别为3个，该环形水雾冷却管1的外层管13在环状“U”形槽内紧贴靠模具，内层管14中间均匀分布着直径1.5mm的水雾喷出孔15，水雾喷出孔数量为30个；环形水雾冷却管1中心是水雾分流器16，水雾分流器16每间隔120⁰有一连接管穿过外层管13与14内层管相连接，水雾通过水雾导入管2进入水雾分流器16再均匀通入内层管14，通过水雾喷出孔15喷向外层管13的内壁。该结构内层管14在外层管13内，水雾直接喷在外层管13的内壁上，将模具传递给外层管13的热量吸收，可避免水雾直接喷到模具上，避免模具腐蚀；可促使水雾在每一部位均匀喷出，保证冷却均匀以及冷却强度更大；水雾吸收模具散发的热量后变成水蒸气，水蒸气通过外层管13进入水蒸气导出管6。水雾导入管2同时与水雾生成器3和水雾分流器16相连接，水雾生成器3的数量为6个，水雾出口接头17与锥面水雾喷头18相连接，锥面水雾喷头18表面均匀分布着1.5mm的圆孔，该圆孔在压缩空气的作用下控制水雾均匀生成；锥面水雾喷头18与水汽混合室19相连接，压缩空气接头20一端与水汽混合室19相连接，一端与压缩空气导入管4相连接，压缩空气导入管4另一端与低压机控制系统相连接，工作过程的压力、开启与关闭时间由低压机控制系统控制；水管接头21一端与水汽混合室19相连接，另一端通过导管与软化水储水箱11相连接，在水管接头21上安装进水量调节阀22，该调节阀可控制软化水的进入量，从而可达到调整控制冷却强度的作用；在压缩空气的作用下软化水通过水管接头21进入水汽混合室19，水汽混合物通过锥面水雾喷头18进一步雾化进入水雾出口接头17，水雾出口接头17通过连接管进入水雾分流器16，再通过水雾分流器16均匀进入环形水雾冷却管1的内层管14；环形水雾冷却管1通过吸收模具散发的热量使水雾转化成水蒸气，水蒸气携带着热量进入水蒸气导出管6；水蒸气导出管6通过散热器7与冷凝水导出管10相连接，冷凝水导出管10通入软化水储水箱内11。散热器7安装在冷却水处理箱5内，冷却水处理箱5左上部安装有进水管8，右侧面上部与出水管9相连接，出水管9的另一端与冷却水储水箱12相连接；冷却水处理箱5、进水管8、出水管9与冷却水储水箱12对水蒸气导出管6导出的水蒸气进行冷凝处理并形成水循环冷却系统；压缩空气导入管4、水雾生成器3、水雾导入管2、环形水雾冷却管1、水蒸气导出管6、散热器7、冷凝水导出管10、软化水储水箱11之间形成软化水、水雾、水蒸气、冷凝水循环。依据铸造工艺设定顶模与底模各环形水雾冷却管的延时时间、开启时间、压缩空气压力见表1，由低压铸造机控制系统控制，当本装置接通时环形水雾冷却管将模具铸造过程的热量带走，可有效缩短铸造周期、增大凝固时的结晶过冷度、对铸件快速凝固，使铝液中残留的部分原子氢固溶于铝铸件内使氢不以气泡形式析出形成针孔，从而实现铣边车轮高质量的加工。

表1. 638-2410铣边车轮水雾冷却装置设置参数

表2. 638-2410传统工艺生产和本发明铣边车轮生产效率对照表

对比项目	铸造周期	8小时铸件生产量	针孔度	铣边后合格率
					传统工艺	560秒	45	3级	75%
使用本发明专利	450秒	60	1级	92%

Claims (4)

1.一种铣边车轮用软水循环水冷模具装置，其特征是：该装置由环形水雾冷却管（1）、水雾生成器（3）、冷却水处理箱（5）、冷却水储水箱（12）、软化水储水箱（11）组成；依据车轮造型在顶模、底模铸件壁厚较大部位铣深度为15.0～17.0㎜、宽度为12.0～15.0㎜的环状“U”形槽；环形水雾冷却管数量2～4个，将环形水雾冷却管镶嵌入槽内；在压缩空气的作用下软化水通过水管接头（21）进入水雾生成器（3）的水汽混合室（19），水汽混合物通过锥面水雾喷头（18）进一步雾化进入水雾出口接头（17），水雾出口接头（17）通过连接管进入水雾分流器（16），再通过水雾分流器（16）均匀进入环形水雾冷却管（ 1） 的内层管（14），环形水雾冷却管（1）通过吸收模具散发的热量使水雾转化成水蒸气，水蒸气携带着热量进入水蒸气导出管（6），水蒸气导出管（6）通过散热器（7）与冷凝水导出管（10）相连接，使冷凝水回到软化水储水箱（11）内；水雾生成器由水雾出口接头（17）、锥面水雾喷头（18）、水汽混合室（19）、压缩空气接头（20）、水管接头（21）、进水量调节阀（22）组成；水雾生成器的数量为6-12个；水雾出口接头（17）与锥面水雾喷头（18）相连接，锥面水雾喷头（18）表面均匀分布着1.0-1.5mm 的圆孔，圆孔在压缩空气的作用下控制水雾均匀生成；锥面水雾喷头（18）与水汽混合室（19）相连接，压缩空气接头（20）一端与水汽混合室（19）相连接，一端与压缩空气导入管（4）相连接，压缩空气导入管（4）另一端与低压机控制系统相连接；水管接头（21）一端与水汽混合室（19）相连接，另一端通过导管与软化水储水箱（11）相连接，在水管接头（21）上安装进水量调节阀（22）。

2.根据权利要求1所述的一种铣边车轮用软水循环水冷模具装置，其特征是环状水雾冷却管（1）由外层管（13）、内层管（14）、水雾喷出孔（15）、水雾分流器（16）组成；外层管（13）在环状“U”形槽内紧贴靠模具，内层管（14）中间均匀分布着直径1.5～2.0mm的水雾喷出孔，水雾喷出孔数量为30-50个；环形水雾冷却管（1）中心是水雾分流器（16），水雾分流器（16）每间隔120°有一连接管穿过外层管（13）与内层管（14）相连接，水雾通过水雾导入管（2）进入水雾分流器（16）再均匀通入内层管（14），通过水雾喷出孔（15）喷向外层管（13）的内壁。

3.根据权利要求1所述的一种铣边车轮用软水循环水冷模具装置，其特征是散热器（7）安装在冷却水处理箱（5）内，冷却水处理箱（5）左上部安装有进水管（8），右侧面上部与出水管（9）相连接，出水管（9）的另一端与冷却水储水箱（12）相连接。

4.根据权利要求1所述的一种铣边车轮用软水循环水冷模具装置，其特征是冷却水处理箱（5）、进水管（8）、出水管（9）与冷却水储水箱（12）对水蒸气导出管（6）导出的水蒸气进行冷凝处理并形成水循环冷却系统；压缩空气导入管（4）、水雾生成器（3）、水雾导入管（2）、环形水雾冷却管（1）、水蒸气导出管（6）、散热器（7）、冷凝水导出管（10）、软化水储水箱（11）之间形成软化水、水雾、水蒸气、冷凝水循环。