CN107685145A - 一种铝合金轮毂反压铸造控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金轮毂反压铸造控制系统，包括下炉室、上炉室、电气控制模块、进排气控制模块，在该系统中利用抽气泵与流量调节阀对上下炉室同时平稳进气，且用PLC控制器控制电气阀门定位器，继而控制气动比例调节阀，实现上炉室的排气，在上下炉室中形成高压力场及压差，压力场提高了枝晶补缩效果，有效提高了铸件力学与性能，铸件在压力场作用下与型腔有着良好的密着性，具有更高的冷却速度，使结晶组织更致密；由于压力场的作用，有效提高了氢在铝液中的溶解度，抑制了铸件凝固过程中氢成为气体针孔的析出，明显减少针孔的形成；在型腔中压力场形成背压，抑制了金属液充填过程中的喷射飞溅，其平稳充填效果更好。

Description

一种铝合金轮毂反压铸造控制系统

技术领域

本发明涉及铝合金铸造领域，具体是一种铝合金轮毂反压铸造控制系统。

背景技术

铝合金生产实践证明，氢是唯一能大量溶解于铝或铝合金中的气体，是导致铝合金形成气孔的主要原因，是铝合金中最有害的气体，也是铝合金中溶解度最大的气体。在铸件凝固过程中由于氢的析出而产生针孔的缩孔缺陷。而且合金的凝固补缩过程主要是通过金属液的流动来实现的。当合金以顺序凝固方式凝固时，固-液界面平坦，液相对界面的补缩阻碍较小，促进液相流动的驱动力也较小，但当合金以同时凝固方式凝固或凝固区域较宽时，那么液相的补缩流动是在狭长弯曲的枝晶间进行的，流程长、阻力大，造成补缩困难，液相流动需要的驱动力也较大，尤其是重力铸造，驱动力除来自凝固收缩时液相与固相冷却时的体收缩力外，还有重力，因此，驱动力很小，流动困难。铸件容易产生显微缩松和缩孔。

在目前的铝合金铸造技术中，不能有效抑制铸件凝固过程中因氢析出而形成针孔的缺陷，且铸件补缩能力可进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铝合金轮毂反压铸造控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铝合金轮毂反压铸造控制系统，包括下炉室、上炉室、电气控制模块、进排气控制模块，所述下炉室包括下炉壁、坩埚、升液管，所述升液管下端内置于坩埚中，所述上炉室包括上炉壁、铸模、分隔件，所述上炉壁与下炉壁通过分隔件连接，且间隔开来，所述铸模与升液管上端连接；

所述电气控制模块包括PLC控制器、差压变送器、气电转换器、电气阀门定位器、气动比例调节阀，所述PLC控制器包括a/d单元、数字运算处理单元，所述a/d单元用于数据采样和转换数字信号，所述数字运算处理单元用于分析处理数字信号，所述差压变送器输入端分别与下炉室、上炉室连接，差压变送器输出端经由气电转换器与PLC控制器连接，PLC控制器连接电气阀门定位器，所述电气阀门定位器连接气动比例调节阀；

所述进排气控制模块包括抽气泵、气控阀一、流量调节阀一、流量调节阀二、流量调节阀三、气控阀二、气控阀三，所述抽气泵经由气控阀一连接流量调节阀一，所述流量调节阀一分为两个支路分别连接流量调节阀二和流量调节阀三，所述流量调节阀二经由气控阀二连接下炉室，所述流量调节阀三经由气控阀三连接上炉室；

作为本发明进一步的方案：所述数字运算处理单元包括下炉室与上炉室之间的压力差预设值的数字信号。

作为本发明进一步的方案：所述PLC控制器设置有进排气控制子单元，PLC控制器分别与气控阀一、气控阀二、气控阀三连接。

作为本发明进一步的方案：所述流量调节阀一、流量调节阀二、流量调节阀三采用电磁流量调节阀，且连接PLC控制器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：在该系统中利用抽气泵与流量调节阀对上下炉室同时平稳进气，且用PLC控制器控制电气阀门定位器，继而控制气动比例调节阀，实现上炉室的排气，在上下炉室中形成高压力场及压差，压力场提高了枝晶补缩效果，有效提高了铸件力学与性能，铸件在压力场作用下与型腔有着良好的密着性，具有更高的冷却速度，使结晶组织更致密；由于压力场的作用，有效提高了氢在铝液中的溶解度，抑制了铸件凝固过程中氢成为气体针孔的析出，明显减少针孔的形成；在型腔中压力场形成背压，抑制了金属液充填过程中的喷射飞溅，其平稳充填效果更好。

附图说明

图1为一种铝合金轮毂反压铸造控制系统组成示意图；

图2为上下炉室压差工艺曲线。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，一种铝合金轮毂反压铸造控制系统，包括下炉室100、上炉室200、电气控制模块300、进排气控制模块400，所述下炉室100包括下炉壁110、坩埚120、升液管130，所述坩埚120用于放置金属液，所述升液管130下端内置于坩埚120中，所述上炉室200包括上炉壁210、铸模220、分隔件230，所述上炉壁210与下炉壁110通过分隔件230连接，且间隔开来，所述铸模220与升液管130上端连接，浇注时，下炉室100与上炉室200中各自形成高压力场，且具有压力差，使金属液从坩埚120内，沿升液管130从下至上到达铸模220中；

所述电气控制模块300包括PLC控制器310、差压变送器320、气电转换器330、电气阀门定位器340、气动比例调节阀350，所述PLC控制器310包括a/d单元、数字运算处理单元，所述a/d单元用于数据采样和转换数字信号，所述数字运算处理单元用于分析处理数字信号，所述差压变送器320输入端分别与下炉室100、上炉室200连接，用于检测两者之间的压差并转换成气压信号，差压变送器320输出端经由气电转换器330与PLC控制器310连接，所述气电转换器330用于把气压信号转换为电流信号，PLC控制器310连接电气阀门定位器340，所述电气阀门定位器340连接气动比例调节阀350，并控制其阀门开关，以完成对上炉室200的排气工作；

所述进排气控制模块400包括抽气泵410、气控阀一420、流量调节阀一430、流量调节阀二440、流量调节阀三450、气控阀二460、气控阀三470，所述抽气泵410经由气控阀一420连接流量调节阀一430，所述流量调节阀一430分为两个支路分别连接流量调节阀二440和流量调节阀三450，所述流量调节阀二440经由气控阀二460连接下炉室100，所述流量调节阀三450经由气控阀三470连接上炉室200；

所述数字运算处理单元包括下炉室100与上炉室200之间的压力差预设值数字信号。

所述PLC控制器310设置有进排气控制子单元，PLC控制器310分别与气控阀一420、气控阀二460、气控阀三470连接，发出信号控制其开关开闭。

所述流量调节阀一430、流量调节阀二440、流量调节阀三450采用电磁流量调节阀，且连接PLC控制器310，接收PLC控制器310发出的信号，以控制流量调节阀的输出。

反压铸造是依靠压力差使金属液沿升液管自下而上实现充型的，且在充型和凝固结晶过程自始至终都是在高压力场包围下实现的，压力场的作用不仅有效提高了枝晶间的补缩效果，而且明显提高了氢在铝液中的溶解度；请参阅图2，本发明中铝合金轮毂反压铸造控制系统工作过程及原理，分为以下阶段：

（i1）进气阶段（0-t1）：由于上下炉室的有效充气空间不一样，启动抽气泵410，通过流量调节阀进行调节，对上下炉室同时平稳进气，以减少进气时的压力差，防止升液管130内液面的上下波动；当上下炉室压力到达设定值的高压力场时，停止进气；

（i2）升液充型阶段(t1-t2)：在整个升液充型过程中，采用PLC控制器310进行控制，上下炉室的压差由差压变送器320检测并转换成气压信号，再经气电转换器330转换成电流信号，所得电流信号由PLC控制器310内部的a/d单元进行数据采样和a/d转换成数字信号，所得数字信号与压力差预设值数字信号相比较，经数字运算处理单元处理后再由PLC控制器310的d/a单元输出电流信号给电气阀门定位器340，且控制气动比例调节阀350的开关，来实现上炉室200的排气，从而使上下炉室间的压差按工艺给定的压差曲线变化，实现铝液的线性升液和充型；

（i3）结晶阶段(t2-t3)：当压差△p到达最大设定值，充型结束时，上炉室200停止放气，铸件在△p压差下结晶凝固；

（i4）△p=0结晶阶段(t3-t4)：当铸件顺序凝固至浇口，即铸件完全凝固后，气控阀二460与气控阀三470打开、气控阀一420关闭，流量控制阀二440与流量控制阀三450接收到PLC控制器发出的信号，流量控制阀的左室连通，使上下炉室共通，△p=0,铸件继续在系统压力场下结晶、冷却；

（i5）p=0冷却阶段(t4-t5)：铸件随模冷却，冷却时间根据不同规格的轮型确定，以保证铸件有足够的高温强度，防止铸件起模和顶出可能产生的变形。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种铝合金轮毂反压铸造控制系统，其特征在于，包括下炉室（100）、上炉室（200）、电气控制模块（300）、进排气控制模块（400），所述下炉室（100）包括下炉壁（110）、坩埚（120）、升液管（130），所述升液管（130）下端内置于坩埚（120）中，所述上炉室（200）包括上炉壁（210）、铸模（220）、分隔件（230），所述上炉壁（210）与下炉壁（110）通过分隔件（230）连接，且间隔开来，所述铸模（220）与升液管（130）上端连接；

所述电气控制模块（300）包括PLC控制器（310）、差压变送器（320）、气电转换器（330）、电气阀门定位器（340）、气动比例调节阀（350），所述PLC控制器（310）包括a/d单元、数字运算处理单元，所述a/d单元用于数据采样和转换数字信号，所述数字运算处理单元用于分析处理数字信号，所述差压变送器（320）输入端分别与下炉室（100）、上炉室（200）连接，差压变送器（320）输出端经由气电转换器（330）与PLC控制器（310）连接，PLC控制器（310）连接电气阀门定位器（340），所述电气阀门定位器（340）连接气动比例调节阀（350）；

所述进排气控制模块（400）包括抽气泵（410）、气控阀一（420）、流量调节阀一（430）、流量调节阀二（440）、流量调节阀三（450）、气控阀二（460）、气控阀三（470），所述抽气泵（410）经由气控阀一（420）连接流量调节阀一（430），所述流量调节阀一（430）分为两个支路分别连接流量调节阀二（440）和流量调节阀三（450），所述流量调节阀二（440）经由气控阀二（460）连接下炉室（100），所述流量调节阀三（450）经由气控阀三（470）连接上炉室（200）。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金轮毂反压铸造控制系统，其特征在于，所述数字运算处理单元包括下炉室（100）与上炉室（200）之间压力差预设值的数字信号。

3.根据权利要求1所述的一种铝合金轮毂反压铸造控制系统，其特征在于，所述PLC控制器（310）设置有进排气控制子单元，PLC控制器（310）分别与气控阀一（420）、气控阀二（460）、气控阀三（470）连接。

4.根据权利要求1所述的一种铝合金轮毂反压铸造控制系统，其特征在于，所述流量调节阀一（430）、流量调节阀二（440）、流量调节阀三（450）采用电磁流量调节阀，且连接PLC控制器（310）。