CN108326258A - 一种差压铸造机环形冷却系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种差压铸造机的环形冷却系统，包括高压压缩气体源、水源、冷却水管、冷却风管、双流体雾化喷嘴、环管；冷却水管连接水源，冷却风管连接压缩气体源，冷却水管和冷却风管在另一侧连接双流体雾化喷嘴，双流体雾化喷嘴接入环绕模具设置的雾化环管，环管内侧开有对准模具热节位置的环缝，每两个双流体雾化喷嘴相对雾化环管交叉设置，其之间呈一定夹角；每组双流体雾化喷嘴斜对着喷射水雾，并进入雾化环管，在管内相互碰撞交叉后，从雾化环管的内侧环缝喷出，形成环状喷雾，喷射到模具上，进行均匀冷却。

Description

一种差压铸造机环形冷却系统

技术领域

本发明属于铸造设备技术领域，尤其是涉及一种差压铸造机环形冷却系统以及带有该系统的差压铸造机。

背景技术

差压铸造法是60年代初发展起来的铸造新方法，兼有低压铸造和压力釜铸造的优点。在大型、复杂、薄壁、精密、优质高强度轻合金铸件生产中有着非常明显的优势。差压铸造是在低压铸造设备的基础上，在铸型外加有密封罩，罩内充有压缩气体，使铸型处于气体的一定压力之下。金属液充型时，使保温炉中气体的压力大于铸型中气体的压力，像低压铸造时那样实现金属液的充型、保压和增压，但此时铸件在密封罩和压力釜双向压力之下，是在更高的压力作用下结晶凝固的，所以可保证获得致密度更高的铸件。差压铸造过程中，保温炉金属液面上和铸型内压力差获得的方案有增压法和减压法两种，其中增压法为先向密封罩和保温炉内同时通入同样压力的气体，使压力平衡。然后保持密封罩内的气体压力值，向保温炉中金属液面上逐步通入压力更大的气体，创建上下罐的压力差，从而实现金属液的充型和保压。而减压法为先向密封罩和保温炉内同时通入同样压力的气体，在达到平衡后，逐步放去密封罩内的压缩气体，是压力逐步降低，实现金属液的充型和保压。

现代化生产中，随着对铸件的品质要求越来越高，对差压铸造工艺及设备也要求需要不断完善更新。在差压铸造过程中，除了实现平稳充型和高压凝固的目标外，对于某些形状复杂的铸件，在其壁厚较大的热节位置，还需要在凝固过程中对其进行局部冷却，以使其快速冷却凝固，实现整个铸件的顺序凝固，避免产生缩孔缩松缺陷。但目前差压铸造中的冷却系统是对模具的冷却都是采用点冷却，对于某些热节部位，如轮毂的轮辋轮辐连接处。难以实现均匀冷却，降低了铸件成品率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种差压铸造机环形冷却系统以及带有该系统的差压铸造机。

本发明完整的技术方案包括：

一种压铸造机的环形冷却系统，其特征在于，包括高压压缩气体源、水源、冷却水管、冷却风管、双流体雾化喷嘴、环管；

所述冷却水管一侧连接水源，所述冷却风管一侧连接压缩气体源，冷却水管和冷却风管另一侧连接双流体雾化喷嘴，

所述双流体雾化喷嘴接入雾化环管，该雾化环管为一个环状管，环绕模具设置，其外侧连接多个双流体雾化喷嘴，内侧开有对准模具热节位置的环缝，双流体雾化喷嘴与雾化环管切线方向呈一定夹角，且每两个双流体雾化喷嘴相对雾化环管交叉设置，其之间呈一定夹角；

所述的双流体雾化喷嘴每两个为一组，形成多组，围绕雾化环管环绕设置，每组双流体雾化喷嘴斜对着喷射水雾，并进入雾化环管，在管内相互碰撞交叉后，从雾化环管的内侧环缝喷出，形成环状喷雾，喷射到模具上，进行均匀冷却。

所述冷却系统还包括控制器和测温热电偶，所述测温热电偶采集模具外壁温度，并将温度数据传送控制器；所述控制器通过热电偶采集到的数据，并根据预设的充型程序，进行判断，控制开始冷却的时间和强度。

还包括截止阀、流量计和流量调节阀，所述冷却水管依次通过截止阀、流量计和流量调节阀连接水源，所述冷却风管依次通过截止阀、流量计和流量调节阀连接压缩气体源。

双流体雾化喷嘴与雾化环管切线方向的夹角为45°，且每两个双流体雾化喷嘴交叉设置，其之间的夹角为90°。

所述的双流体雾化喷嘴数量为12个，共形成6组。

本发明相对于现有技术的优点在于：通过控制系统对温度数据采集、以及根据预设程序的执行，实现了冷却的自动化和精细化处理，提高了冷却介质的利用率，使铸件凝固过程的温度场按照期望结果分布，尤其是，不再采用单个喷头局部冷却，而且采用雾化环管，多个斜对着喷射水雾，进入雾化环管，在管内相互碰撞交叉，从内侧环缝喷射到模具上，形成环状喷雾，提高了均匀性，提高了铸件质量。

附图说明

图1为本发明环形冷却系统结构示意图。

图2为本发明环形冷却系统冷却示意图。

图中：1-模具，2-环管，3-双流体雾化喷嘴，4-截止阀，5-流量计，6-流量调节阀。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

一种压铸造机的环形冷却系统，包括控制器、测温热电偶、高压压缩气体源、水源、冷却水管、冷却风管、截止阀4、流量计5、流量调节阀6、双流体雾化喷嘴3、环管2。

所述测温热电偶采集模具外壁温度，并将温度数据传送控制器；

所述控制器通过热电偶采集到的数据，并根据预设的充型程序，进行判断，控制开始冷却的时间和强度。

所述冷却水管依次通过截止阀4、流量计5和流量调节阀6连接水源，所述冷却风管依次通过截止阀4、流量计5和流量调节阀6连接压缩气体源，

冷却水管和冷却风管在另一侧连接双流体雾化喷嘴3，

所述双流体雾化喷嘴3接入雾化环管2，该雾化环管2为一个环状管，环绕模具设置，其外侧连接多个双流体雾化喷嘴3，内侧开有对准模具热节位置的环缝。尤其是，双流体雾化喷嘴3与雾化环管2切线方向的夹角为45°，且每两个双流体雾化喷嘴3交叉设置，其之间的夹角为90°。

所述的双流体雾化喷嘴3数量为12个，共形成6组。斜对着喷射水雾，进入雾化环管2，在管内相互碰撞交叉，从内侧环缝喷射到模具上，形成环状喷雾，提高了均匀性。

本发明同时公开了带有上述冷却系统的差压铸造机，差压铸造机主要由主机、模具、压力釜、保温炉、冷却柜、控制柜、液压系统以及工作台等构成。

主机包括上板、立柱、支柱、活动板、中隔板、底板、液压楔机构、安全锁、退料机构、中隔板锁紧等部件，四根立柱穿过上板、活动板、中隔板和底板的四角，形成四梁四柱式基础框架，活动板和中隔板可以沿立柱上下滑动；

液压楔机构用以锁模，辅助主油缸产生合模力，包括液压楔滑块、上液压楔和下液压楔。液压楔滑块位于上板下侧，两侧有上液压楔，下液压楔位于支柱上部，支柱下端与活动板刚性连接，支柱侧面设有锁槽，锁模状态时，上液压楔被液压楔滑块(油缸驱动)带动与下液压楔贴合，封住支柱上行通道；支柱下端与活动板刚性连接，从而阻止压力釜及模具打开，实现锁模；工作状态下安全锁头被气缸抽回，不干涉支柱运动，在非工作状态气缸伸出，安全锁头插入支柱侧面锁槽，防止支柱下滑导致活动板异常下落；

退料机构在开模后实现上模脱模，包括退料油缸、退料导柱、退料板、退料杆、限位开关等，退料板位于活动板上方，退料油缸的活塞杆连接退料板，退料导柱穿过退料板并与活动板连接，退料板下方设有退料杆。退料油缸通过活塞杆带动退料板上下移动，退料板由退料导柱导向，并且带动四根退料杆移动，退料杆穿过活动板作用在模具上，限位开关可调整退料行程；

中隔板锁紧装置用于锁住中隔板的上下位置，实现保温炉的封盖以及抵抗上下模开模力，包括中隔板拉杆、锁紧滑板和锁紧插板，立柱穿过锁紧插板，锁紧插板一侧与立柱的轮廓吻合，并可左右移动。锁紧滑板位于锁紧插板上的另一侧，并有与中隔板拉杆外轮廓吻合的孔，锁紧状态时，锁紧插板锁紧立柱，锁紧装置通过立柱固定中隔板位置，此时中隔板拉杆自由运动；在打开状态中，锁紧插板脱离立柱，锁紧装置可沿立柱滑动，此时锁紧滑板卡进中隔板拉杆，通过中隔板拉杆实现中隔板与活动板的同步运动；

保温炉位于中隔板和底板之间，一侧设有液压系统和气控机构；保温炉上方，即中隔板和活动板之间设有模具和压力釜，其一侧设有冷却柜和控制柜。

实施例1

下面以利用带有上述环形冷却部件的差压铸造机对铝合金车轮部件进行差压铸造的工艺流程对本发明做进一步说明，铝合金车轮部件中，轮辋和轮辐连接的地方壁厚最大，是热节部位，最容易产生缩孔缩松，因而在实际铸造过程需要对上述部位进行冷却，当前主要采用利用多个围绕该热节部位的喷嘴直接对该部位进行吹风、吹气或者喷雾的方式冷却。由于该热节部位为环绕车轮一周，因此喷嘴实质上仍是形成点冷却，随后靠模具自身的散热实现各处之间的温度平衡，由于车轮部件凝固时间较短，模具来不及传热，因而无法实现对热节部位的均匀冷却，造成产品成品率降低。而采用本发明所公开的冷却系统结构将解决该问题，显著提高车轮的性能，具体工艺如下：

首先选用相应重量配比的原材料进行合金配料，所配合金的具体质量百分比组成如下：Si：4.5～5.5％，Mg：1.1～1.3％，Sr：0.002～0.008％，Zr：0.015～0.02％，B：0.01～0.015％，Cr：0.02～0.04％，Mn：0.08～0.1％，Ti：0.12～0.14％，Zn：0.002～0.01％，Ce0.12～0.15％，其余为Al和不可避免的杂质。与现有通用的铝合金组分相比，本发明的铝合金适应于铝合金车轮的凝固特性，即轮辐轮辋部位有较大的热节，该处的冷却速度较慢的特点，采用的合金组分降低了硅和含量，同时大幅提高了稀土的用量，在凝固过程中，热节部位的析出相减少，晶粒得到细化，从而提高了强度。

将上述组分在溶解炉中加热，搅拌完全熔化后得到铝合金液，精炼后包内扒渣，并将精炼后的铝液加入气动金属熔体运输包。并将铝液由熔解炉运送到铸造车间的保温炉处，并将铝液浇注入保温炉内；气动金属熔体运输包设有热电偶、高温电阻丝加热器、气压系统、控制器，热电偶用以实时测量输送和浇注过程中，封闭式金属熔体运输包内的铝液温度，控温系统用以加热封闭金属熔体运输包内的熔体；气压系统使压缩空气进入金属熔体运输包，并将金属熔体运输包内熔体压至浇注口，实现金属熔体运输包内铝液的浇注；控制器控制气压系统根据热电偶采集的温度数据，控制高温电阻丝加热器对封闭金属熔体运输包内熔体进行加热，并控制气压系统实现熔体的浇注。

具体差压铸造工艺的具体工艺包括如下步骤：

(1)将铝液由气动铝液运输包压入保温炉内，保温炉内采用氮气保护，维持惰性气体环境；

(2)使模具合模，压力釜关闭，控制柜控制气控机构对压力釜内充氮气，打开压力釜内和保温炉之间的互通阀，使压力釜内的压力和保温炉内压力均达到450KPa，然后关闭互通阀；

(3)气控机构对压力釜泄压，以2.8KPa/s的泄压速度使压力釜内压力降到425KPa，保温炉内压力稳定在450KPa，使保温炉的铝液沿升液管上升至浇口附近；

(4)升液结束后，气控机构继续对压力釜泄压，以1.6KPa/s的泄压速度使压力釜内压力降到395KPa，保温炉内压力稳定在400KPa，使铝液从浇口进入型腔，直至将型腔全部充满；同时控制柜控制冷却柜按照预设的充型程序，在铝液到达所需冷却的热节位置前3s开始冷却，冷却水和风通过截止阀、流量计和流量调节阀进入到双流体雾化喷嘴附近，形成水雾喷出，6组喷嘴斜对着喷射水雾，进入雾化环管，在管内相互碰撞交叉，从内侧环缝喷射到模具上，形成环状喷雾，并喷射到轮辐与轮辋连接处的模具部位。

(5)铝液完全充满模具后，气控机构在5s内使压力釜内压力泄压到350KPa，保温炉内压力稳定在400KPa，保持10s，实现结壳；同时对轮辋和轮辐连接处的模具部位加大水雾喷量快速冷却；

(6)随后气控机构控制压力釜快速泄压，在10s快速使压力釜内压力达到150KPa，保温炉内压力稳定在400KPa，保持压力30s，使车轮在高保压条件下结晶凝固；同时对轮辋和轮辐连接处的模具部位保持水雾喷量冷快速冷却；

(7)待铸件凝固完毕，解除压力釜内和保温炉的气体压力，未凝固的铝液流沿升液管回到保温炉中；

(8)开模，退料，铸件进入下一步加工。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.一种差压铸造机的环形冷却系统，其特征在于，包括高压压缩气体源、水源、冷却水管、冷却风管、双流体雾化喷嘴、环管；

所述冷却水管连接水源，所述冷却风管连接压缩气体源，冷却水管和冷却风管在另一侧连接双流体雾化喷嘴，

所述双流体雾化喷嘴接入雾化环管，该雾化环管为一个环状管，环绕模具设置，其外侧连接多个双流体雾化喷嘴，内侧开有对准模具热节位置的环缝，双流体雾化喷嘴与雾化环管切线方向呈一定夹角，且每两个双流体雾化喷嘴相对雾化环管交叉设置，其之间呈一定夹角；

所述的双流体雾化喷嘴每两个为一组，形成多组，围绕雾化环管环绕设置，每组双流体雾化喷嘴斜对着喷射水雾，并进入雾化环管，在管内相互碰撞交叉后，从雾化环管的内侧环缝喷出，形成环状喷雾，喷射到模具上，进行均匀冷却。

2.根据权利要求1所述的一种差压铸造机的环形冷却系统，其特征在于，所述冷却系统还包括控制器和测温热电偶，所述测温热电偶采集模具外壁温度，并将温度数据传送控制器；所述控制器通过热电偶采集到的数据，并根据预设的充型程序，进行判断，控制开始冷却的时间和强度。

3.根据权利要求1-2所述的一种差压铸造机的环形冷却系统，其特征在于，还包括截止阀、流量计和流量调节阀，所述冷却水管依次通过截止阀、流量计和流量调节阀连接水源，所述冷却风管依次通过截止阀、流量计和流量调节阀连接压缩气体源。

4.根据权利要求1-3所述的一种差压铸造机的环形冷却系统，其特征在于，双流体雾化喷嘴与雾化环管切线方向的夹角为45°，且每两个双流体雾化喷嘴交叉设置，其之间的夹角为90°。

5.根据权利要求1-4所述的一种差压铸造机的环形冷却系统，其特征在于，所述的双流体雾化喷嘴数量为12个，共形成6组。

6.带有权利要求1-5所述冷却系统的差压铸造机。