CN108788078A - 一种压铸模具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种压铸模具，属于压铸技术领域。该压铸模具包括阀体和阀体管路，阀体用于控制其中的型腔与阀体管路是否接通；在阀体管路上，还配置有第一接头和第二接头；其中，在需要使压铸模具适用于充氧压铸工艺时，第一接头用于在阀体被操作以实现型腔与阀体管路接通时控制阀体管路与压铸机的充氧气路接通；在需要使压铸模具适用于真空压铸工艺时，第二接头用于在阀体被操作以实现型腔与阀体管路接通时控制阀体管路与压铸机的真空气路接通。该压铸模具体积小、成本低，使用该压铸模具的压铸系统可以快速、简单地实现两种压铸工艺的切换，效率高。

Description

一种压铸模具

技术领域

本发明属于压铸技术领域，涉及一种同时适用于充氧压铸工艺和真空压铸工艺的压铸模具以及包括该压铸模具的压铸系统。

背景技术

压力铸造(简称为“压铸”)的实质是在高压作用下使液态或半液态金属以较高的速度充填压铸模具的型腔、并在压力下成型和凝固而获得铸件的方法。压铸工艺已经在铸造领域广泛应用。

在金属合金(例：铝合金)压铸过程中，金属溶液注入模具型腔前，模具型腔内充满大量空气，金属溶液注入后压铸机的压射冲头在推射金属溶液进入模具型腔过程中，模具型腔内残留的空气由于无法全部排出而有一部分混入金属溶液，在金属溶液凝固成型后，空气残留在铸件内部形成气孔。由于气孔残留部质地疏松而破坏压铸件品质，影响压铸件强度和机械性能。

行业内为解决上述问题，在调整压铸工艺条件的同时，会采取一些特殊方法降低压铸件内部气孔，其中常用的方法有真空压铸和充氧压铸。

所谓真空压铸工艺是通过在压铸过程中抽除压铸模具型腔内的气体而消除或显著减少压铸件内的气孔和溶解气体、从而提高压铸件力学性能和表面质量的先进压铸工艺。

近来，真空铝合金压铸以抽除型腔中的气体为主，主要有两种形式：(1)从模具中直接抽气；(2)置模具于真空箱中抽气。

真空压铸工艺具有以下优点：①可消除或减少压铸件内部的气孔，提高压铸件的机械性能和表面质量，改善镀覆性能；②大大减少型腔的反压力，可使用较低的比压及铸造性能较差的合金，有可能用小机器压铸较大的铸件；③改善了充填条件，可压铸较薄的铸件；④真空压铸法和普通压铸方法相比，生产效率基本没有下降。

当然，真空压铸工艺形成的产品与普通压铸工艺形成的产品相比具有以下特点：(1)气孔率大大降低；(2)真空压铸的铸件的硬度高，微观组织细小；(3)真空铝合金压铸件的力学性能较高。

应用真空压铸法生产的铝镁合金压铸件已被证明可以采用焊接、热处理等加工手段，常温性能也有一定的提升，例如目前已经成功的在冷室压铸机上利用真空压铸法生产出AM60B镁合金汽车轮毂，在锁模力为2940kN的热室压铸机上利用真空压铸法生产出AM60B镁合金汽车方向盘，压铸件伸长率由8％提高到16％以上。

只要控制得当，真空压铸工艺可以给压铸件性能带来令人满意的改善。而模具密封所造成的成本提升，随着技术的普及以及批量化生产所带来的成本分摊，会得到很好的解决。相对于传统的压铸方法来说，层流充填法/超低速压铸法生产效率较低，浇口清理困难，难以应用于大批量生产；只有真空压铸法，工序简单，操作方便，具有和普通压铸方法几乎一样的生产效率，易于在实际生产中推广。所以自出现以来，真空压铸法便表现出强大的生命力，而随着相关技术的提高，其应用也越来越广泛。

另外，所谓充氧压铸工艺，简称PF法(Pore-Free Die casting)，在压射金属溶液进入型腔前，往压室及型腔内预先通入诸如氧气一类(并不限于氧气)的活性气体，从而取代型腔中的空气或其他气体；在金属液充填型腔时，一部份氧气通过排气道排出，另一部份未及时排出的氧气与压射的金属溶液发生化学反应而产生金属氧化物微粒，并分散于铸件内部，从而减少了铸件内部的含气量。

充氧压铸工艺形成的铸件与普通压铸法形成的铸件相比(以铝合金压铸件为例)具有铸件密度高、含气量小、浇口速度高的特点。

当前，充氧压铸工艺主要适用于以下情形应用：(1)对气孔或含气量有严格要求的铸件；(2)要求在200-300℃环境中工作的铸件；(3)要求进行热处理，对硬度及强度有特殊要求的铸件。

因此充氧压铸工艺可以有效地减少铸件内部的含气量、提高铸件的强度及防止铸件热处理中的变形，能够稳定大量地生产优质铸件。其在今后中国汽车零部件及其它高品质铸件的生产中必将会得到更广泛地应用。

无论是真空压铸还是充氧压铸，除了压铸机及相关抽气、充氧设备外，比较关键的就是压铸模具上面使用的阀体。现有的阀体只能实现真空压铸或充氧压铸中的一种压铸工艺要求，而要满足两种工艺要求时，就必须备有两套不同的阀体，不仅成本上升，且要切换不同工艺生产时需要拆卸模具更换阀体而造成生产效率低下。

有鉴于此，有必要提出一种新型的压铸模具和相应的压铸系统。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种在真空压铸工艺和充氧压铸工艺之间切换时不需要更换阀体的压铸模具，并使压铸系统同时适应于真空压铸工艺和充氧压铸工艺。

本发明的又一目的在于，降低压铸模具的成本。

本发明的还一目的在于，提高压铸生产的效率。

为实现以上目的或者其他目的，本发明提供以下技术方案。

按照本发明的一方面，提供一种压铸模具，其中形成有型腔，其包括阀体和阀体管路，所述阀体用于控制所述型腔与所述阀体管路是否接通；

在所述阀体管路上，还配置有第一接头和第二接头；

其中，在需要使所述压铸模具适用于充氧压铸工艺时，所述第一接头用于在所述阀体被操作以实现所述型腔与所述阀体管路接通时控制所述阀体管路与压铸机的充氧气路接通；

在需要使所述压铸模具适用于真空压铸工艺时，所述第二接头用于在所述阀体被操作以实现所述型腔与所述阀体管路接通时控制所述阀体管路与压铸机的真空气路接通。

按照本发明一实施例的压铸模具，其中，所述阀体包括活动杆和阀体油缸，所述阀体油缸可操作地驱动所述活动杆在预定方向上往返运动以使所述阀体可操作地控制所述型腔与所述阀体管路是否接通。

优选地，所述阀体油缸包括油缸体和油缸法兰盘；所述油缸体通过变径双径接头和液压快换接头实现与所述压铸机的油管之间的接通和分拆。

优选地，所述阀体还可以包括：活塞杆、第三接头、行程块和行程开关；

所述阀体油缸直接驱动所述活塞杆，所述活塞杆通过所述第三接头与所述活动杆连接，从而在所述活塞杆在被直接驱动时推动所述接头和所述活动杆在预定方向的第一位置和第二位置之间同步往返运动；所述接头带动所述行程块运动，进而带动所述行程开关反馈输出信号至压铸机；

在所述活动杆运动至所述第一位置以使所述型腔与所述阀体管路接通时，所述行程开关反馈输出第一信号以控制或指示第一接头或第二接头分别使所述充氧气路或充氧气路与所述型腔接通；

在所述活动杆运动至所述第二位置以使所述型腔与所述阀体管路不接通时，所述行程开关反馈输出第二信号以控制或指示第一接头或第二接头分别使所述充氧气路或充氧气路与所述型腔不接通。

优选地，所述阀体还可以包括行程开关座，所述行程开关固定在所述行程开关座上。

优选地，所述阀体还可以包括阀基体、连接块和安装块。

按照本发明还一实施例的压铸模具，其中，所述压铸模具还包括用于冷却所述阀体的阀基体的冷却装置。

优选地，所述冷却装置包括冷却水套、接入所述冷却水套的冷却水管、冷却水管接头，所述冷却水套与所述阀基体构成环状密闭水孔，所述冷却水套通过所述冷却水管接头实现冷却水管与外部冷却水管之间的快速接通和分拆。

按照本发明又一实施例的压铸模具，其中，所述第一接头为充氧压铸快换接头，所述第二接头为真空快换接头；

其中，通过所述真空快换接头实现所述阀体管路与所述真空气路之间的接通和分拆，通过所述PF快换接头实现所述阀体管路与所述充氧气路之间的接通和分拆。

优选地，所述阀体管路上设置有用于防止金属屑进入真空气路的过滤装置。

按照本发明的又一方面，一种适用于真空压铸工艺和充氧压铸工艺的压铸系统，其特征在于，包括压铸机和以上所述及的任一种压铸模具，所述压铸机包括控制模块、充氧气路和真空气路；

其中，在需要进行充氧压铸工艺时，所述控制模块输出第一信号以控制所述阀体实现所述型腔与所述阀体管路接通、并且控制或指示所述第一接头实现所述阀体管路与所述充氧气路接通；

在需要进行真空压铸工艺时，所述控制模块输出第二信号以控制所述阀体实现所述型腔与所述阀体管路接通、并且控制或指示所述第二接头实现所述阀体管路与所述充氧气路接通。

优选地，所述压铸机还包括用于向所述压铸模具的型腔推入金属溶液的压射冲头，在所述压射冲头推至预定位置时所述控制模块输出第一信号或第二信号。

优选地，在所述型腔通过充氧气路充满气体时，或者在所述型腔通过真空气路抽为真空时，所述控制模块输出第三信号驱动所述阀体以实现所述型腔与所述阀体管路不接通。

本发明的压铸模具以及使用该压铸模具的压铸系统中，通过一个阀体实现两种压铸工艺的简单切换，从而减少阀体在模具上占用的空间从而缩小压铸模具体积，减小压铸模具的成本；并且，在不更换阀体而仅选择更换接通外部不同管路的前提下实现两种压铸工艺的快速、简单切换，效率高。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1所示为按照本发明一实施例的压铸系统的结构示意图。

图2所示为按照本发明一实施例的压铸模具的阀体结构示意图。

具体实施方式

下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术方案的限定或限制。

下面的描述中，为描述的清楚和简明，并没有对图中所示的所有多个部件进行描述。附图中示出了多个部件为本领域普通技术人员提供本发明的完全能够实现的公开内容。对于本领域技术人员来说，许多部件的操作都是熟悉而且明显的。

图1所示为按照本发明一实施例的压铸系统的结构示意图。如图1所示，该压铸系统同样使用压铸机和压铸模具，压铸模具置于相应的压铸机上，压铸模具同样地包括可动型150和固定型140两部分，在可动型150和固定型140合模后，在压铸模具中形成型腔160，型腔160的具体结构形状主要根据具体需要压铸形成的铸件的结构形状决定。压铸模具还包括阀体210和阀体管路310，其中，阀体210可以置于阀体管路310与型腔160之间，通过阀体210的往返运动可以实现阀体管路310与型腔160之间的接通与否；压铸模具还包括料筒130，从料筒130的给汤口120以注入金属溶液(例如铝合金溶液)。压铸机的压射冲头110可以被压铸机的控制模块(图中未示出)所控制，从而在设定时间点将压射冲头推至预定位置，以控制向型腔160中注入金属溶液。压射冲头110可以通过液压机的油缸等驱动。为使该压铸系统同时适用于充氧压铸工艺和真空压铸工艺，在压铸机上同时设置有充氧气路和真空气路，充氧气路和真空气路共用压铸模具的一个阀体管路310。在该实施例中，充氧气路包括充氧气管311和真空灌410，真空气路包括真空气管313、真空罐510和真空泵520；通过接头312，可以使阀体管路310选择与充氧气管311接通，通过接头314，可以使阀体管路310选择与真空气管313接通。接头312和接头314的动作也可以通过压铸机的控制模块发出的信号来控制(图中未示出)。在接头312控制充氧气管311是否与阀体管路310接通时，从而可以向开放型腔通入氧气；接头314控制真空气管313与阀体管路310接通时，进而可以向开放的型腔160抽除空气以达到真空压铸的要求。真空罐510通过真空泵520抽取空气。需要理解的是，氧气罐410中所容纳的气体并不限于氧气，充氧压铸工艺可以使用的活性气体都可以压缩地容纳在氧气罐410中。

以下将结合阀体的结构来说明本发明的压铸系统的工作原理。

图2所示为按照本发明一实施例的压铸模具的阀体结构示意图。图2所示的阀体可以用作图1中所示的阀体210，并且示意性地给出了压铸模具的阀体管路部分。在该实施例中，连接块1、安装块2与阀基体22构成本发明阀体的主体结构；配管12、耐磨烧结密封套9、螺丝11、衬垫8、垫片29等安装于阀基体22上；连接块1可以与冷却水套23一起构成封闭的冷却水槽，还可以用来安装自润耐磨衬套10；安装块2的内部空间可以用于安装行程块24及接头30，其还可以用来固定油缸体15；阀基体22、连接块1可以共同用来支撑活动杆13。阀体中的冷却水套23与阀基体22构成环状密闭水孔，用以在阀体使用时利用冷却水降低阀体温度避免阀体因受热膨胀而影响正常工作；阀体中设置的冷却水管6用来通冷却水，其中冷却水管接头33用来实现冷却水管6与外部的冷却水管(例如压铸机的冷却水管)的快速接通和分拆；阀体中设置的O型圈27、28安装在连接块1与冷却水套23之间，可以用来防止冷却水泄漏。

阀体的动力由油缸驱动装置提供，在该实施例中，油缸体15与油缸法兰盘17构成油缸驱动装置(即阀体油缸)，在通油时，可以推动活塞杆16实现前进或后退动作以实现在如图所示方向的往返运动，密封圈18、19、20和21可以用来防止液压油泄漏，变径双径接头5及液压快换接头(图中未示出)用来使油缸体的油缸与压铸机的油管快速接通和分拆。因此，可以利用压铸机的液压油作为阀体的动力源。

阀体中设置的接头30用来连接活塞杆16和活动杆13，以使活动杆13可以通过活塞杆30实现前进、后退动作，以按照预定需要控制是否将型腔与阀体管路接通。具体地，耐磨烧结密封套9、自润耐磨衬套10用来托住活动杆13，其中，耐磨烧结密封套9、自润耐磨衬套10二者分别固定在阀体22与连接块1上，组装时活动杆13从二者中间插入，工作时活动杆13相对耐磨烧结密封套9、自润耐磨衬套10和衬垫8运动；衬垫8可防止杂质通过耐磨烧结衬套9与活动杆13之间的间隙进入型腔内部，锁紧螺丝11与垫片29用来封住固定衬垫8。

阀体还可以设置行程开关3等，行程开关3可固定在行程开关座25上，行程块24与接头30连接，在接头30前后往返运动时，接头30带动行程块24前后返运运动，从而带动行程开关3下面的凸轮运动以实现信号输出(可以输出至压铸机的控制模块)，从而反馈活动杆13的动作情况，确定阀体的开闭状态，带动行程开关3的信号线可以与压铸机的中子信息线连接。

继续如图2所示，与阀体连接的阀体管路部分也在图2中部分地示出，阀体管路可以包括90°弯管接头4与配管，其可以接通阀体与真空罐或氧气罐。优选地，阀体管路上还设置过滤装置以防止铝屑等进入阀体管路；具体地，过滤装置可以包括过滤器壳31、过滤器盖32以及其内装有的钢丝球34，钢丝球34可以用来过滤金属屑等杂物防止其通过阀体管路，进而防止进入真空气路或充氧气路。阀体管路的末端上还可以设置真空快换接头7(例如如图1所示的真空气阀314)和PF快换接头(例如，充氧气阀312)，真空快换接头7可选择实现阀体管路与真空气路的快速接通和分拆；PF快换接头可选择实现阀体管路与充氧气路的快速接通和拆卸。

具体地，由于阀体在使用时需要安装在压铸模具上，阀基体22断面与模具表面配合间隙非常重要，可通过调整阀体的垫圈26进行微调。可以通过内六角螺栓(图中未示出)来连接阀体的各组成部分，通过定位销用来定位连接块1与冷却水套23，防止其发生转动而影响冷却水路循环。

具体结合图1和图2所示，对压铸模具和压铸系统的工作原理进行说明。

在进行真空压铸工艺时，在压铸模具的可动型150和固定型140合模后，向料桶130内倒入铝合金溶液，压射冲头110向前推射至预定位置时，压铸机的控制模块按照预先设定程序向接头314传递信号，此时接头314将阀体管路310与真空气管313接通；同时向阀体210发送控制信号，阀体油缸被供油，从而借由活塞杆16推动活动杆13向右前进运动；活动杆13运动至预定位置后，型腔160相对阀体管路310开放，型腔160通过阀体管路310可以与真空罐510接通。因此，真空罐510以及真空泵520开始将型腔160内空气抽出使型腔160内部形成真空负压。在型腔160的气压被减小至预定值后，压铸机的控制模块发出控制信号，真空罐510和真空泵520等真空设备停止工作，同时，向阀体油缸的另一侧供油并借由活塞杆16拉动活动杆13向左后退，此时型腔160封闭(即型腔160与真空气路不接通)，铝合金溶液充填后不会进入阀体管路310。因此，可以适用于真空压铸工艺。

在进行充氧压铸工艺时，在压铸模具的可动型150和固定型140合模后，向料桶130内倒入铝合金溶液，压射冲头110保持在原点位置(可以使型腔内的空气从倒料口排出)，压铸机的控制模块按照预先设定程序向接头312传递信号，此时接头312将阀体管路310与充氧气管311接通；同时向阀体210发送控制信号，阀体油缸被供油，从而借由活塞杆16推动活动杆13向右前进运动；活动杆13运动至预定位置后，型腔160相对阀体管路310开放，型腔160通过阀体管路310可以与充氧罐410接通。因此，充氧罐410开始将型腔160内注入足够的氧气。在型腔160被注满气体后，压铸机的控制模块发出控制信号，充氧罐410充氧设备停止工作，同时，向阀体油缸的另一侧供油并借由活塞杆16拉动活动杆13向左后退，此时型腔160封闭(即型腔160与氧气气路不接通)，铝合金溶液充填后不会进入阀体管路310。因此，可以适用于充氧压铸工艺。

其后的真空压铸或者充氧压铸的具体工艺步骤(例如压铸机汤勺动作向料桶内倒入合金溶液，压射冲头向前将合金溶液推射入型腔完成一个压射循环)将不作一一赘述。

因此，以上的压铸模具以及使用该压铸模具的压铸系统中，通过一个阀体实现两种压铸工艺的简单切换，从而减少阀体在模具上占用的空间从而缩小压铸模具体积；并且，在不更换阀体而仅选择更换接通外部不同管路的前提下实现两种压铸工艺的快速、简单切换。

进一步，利用压铸机提供的液压油做活塞运动的动力源而无需再额外为压铸模具的阀体的运动配备动力源；阀体本身设计的行程开关、阀体限位开关信号线与压铸机中子信号线连接，也可以方便压铸机。

进一步，在压铸过程中，由压铸机给出信号供给液压油来控制阀体活塞及活动杆在设定时间点前进、后退动作，活塞及活动杆到达预定位置时向压铸机传递反馈信号。具体地，行程块24的结构可以为楔形结构，其通过接头30与活动杆13连接，在活动杆13带动其做左右运动时，行程开关3下面的凸轮会随其做上下运动从而传递不同状态下的信号，也即传递反馈阀体的开闭状态信号。

进一步，阀体本身设计有冷却回路，防止阀体温度随模具温度升高而升高。

进一步，液压油并不直接作用于活动杆，而是利用接头将活塞与活动杆连接，液压油直接作用于活塞，通过活塞带动活动杆动作以保证活动杆流畅运动(由于制作精度问题以及温度升高引起的间隙变化等问题容易使活动杆在运动过程中卡死，而接头30两端可以为柔性连接，可以避免卡死等问题产生)。

进一步，阀体各处可以配有密封圈，防止液压油泄漏。

进一步，阀体管路追加过滤装置，防止铝屑等进入气体管路。

进一步，阀体管路及油管各处使用快换接头，保证油管及气管的快速更换和拆卸。

Claims (9)

1.一种压铸模具，其中形成有型腔，其特征在于，包括阀体和阀体管路，所述阀体用于控制所述型腔与所述阀体管路是否接通；

在所述阀体管路上，还配置有第一接头和第二接头；

其中，在需要使所述压铸模具适用于充氧压铸工艺时，所述第一接头用于在所述阀体被操作以实现所述型腔与所述阀体管路接通时控制所述阀体管路与压铸机的充氧气路接通；

在需要使所述压铸模具适用于真空压铸工艺时，所述第二接头用于在所述阀体被操作以实现所述型腔与所述阀体管路接通时控制所述阀体管路与压铸机的真空气路接通；所述阀体包括活动杆和阀体油缸，所述阀体油缸可操作地驱动所述活动杆在预定方向上往返运动以使所述阀体可操作地控制所述型腔与所述阀体管路是否接通。

2.如权利要求1所述的压铸模具，其特征在于，所述阀体油缸包括油缸体和油缸法兰盘；所述油缸体通过变径双径接头和液压快换接头实现与所述压铸机的油管之间的接通和分拆。

3.如权利要求1所述的压铸模具，其特征在于，所述阀体包括：活塞杆、第三接头、行程块和行程开关；

所述阀体油缸直接驱动所述活塞杆，所述活塞杆通过所述第三接头与所述活动杆连接，从而在所述活塞杆在被直接驱动时推动所述接头和所述活动杆在预定方向的第一位置和第二位置之间同步往返运动；所述接头带动所述行程块运动，进而带动所述行程开关反馈输出信号至压铸机；

在所述活动杆运动至所述第一位置以使所述型腔与所述阀体管路接通时，所述行程开关反馈输出第一信号以控制或指示第一接头或第二接头分别使所述充氧气路或充氧气路与所述型腔接通；

在所述活动杆运动至所述第二位置以使所述型腔与所述阀体管路不接通时，所述行程开关反馈输出第二信号以控制或指示第一接头或第二接头分别使所述充氧气路或充氧气路与所述型腔不接通。

4.如权利要求3所述的压铸模具，其特征在于，所述阀体包括行程开关座，所述行程开关固定在所述行程开关座上。

5.如权利要求3所述的压铸模具，其特征在于，所述阀体包括阀基体、连接块和安装块。

6.如权利要求1所述的压铸模具，其特征在于，所述压铸模具还包括用于冷却所述阀体的阀基体的冷却装置。

7.如权利要求7所述的压铸模具，其特征在于，所述冷却装置包括冷却水套、接入所述冷却水套的冷却水管、冷却水管接头，所述冷却水套与所述阀基体构成环状密闭水孔，所述冷却水套通过所述冷却水管接头实现冷却水管与外部冷却水管之间的快速接通和分拆。

8.如权利要求1所述的压铸模具，其特征在于，所述第一接头为充氧压铸快换接头，所述第二接头为真空快换接头；

其中，通过所述真空快换接头实现所述阀体管路与所述真空气路之间的接通和分拆，通过所述PF快换接头实现所述阀体管路与所述充氧气路之间的接通和分拆。

9.如权利要求1或8所述的压铸模具，其特征在于，所述阀体管路上设置有用于防止金属屑进入真空气路的过滤装置。