CN110976814A - 一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法 - Google Patents

Abstract

一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法，它涉及金属加工技术领域。本发明为解决现有铝合金汽车架压铸成形时铝液带入气体导致铸件性能低下，同时传统的低压、差压设备生产效率低，无法满足大批量生产的需求的问题。浇注方法包括铝合金熔炼处理；铸型前处理；下罐水平移动；下罐移动至浇注工位；主机待位；密封锁紧；组件密封舱；浇注；取件。本发明用于复杂结构铝合金汽车架的加工。

Description

一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法

技术领域

本发明涉及金属加工技术领域，具体涉及一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法。

背景技术

一般铝合金铸件均采用传统的砂型、金属型铸造，以重力浇注的方法成形。由于浇注过程是在常压下进行，依靠合金液体的自身重力来充填铸型，充型速度不能准确控制。充型过程产生飞溅形成夹渣；铝合金密度低液体流动和补缩能力差，铸件易产生缩孔和缩松，即使采用增大冒口和冷铁的工艺措施，在个别部位也无法消除缩孔和缩松缺陷，且降低了金属液的工艺出品率。这种传统的重力浇注方法，致使铝合金铸件中存在着缩松缩孔、氧化夹渣等突出缺陷，导致铸件力学性能低。对于汽车副架这类质量要求严格的复杂结构铸件，采用重力浇注方法的铸件，无法达到设计要求。采用压铸工艺(把铝液高压快速注射到模具中)制备不重要的铝合金铸件虽然已经大量应用，由于压铸成形时铝液带入气体导致铸件性能低下。对于性能要求高的车架类部件压铸工艺是无法满足要求。传统的低压和差压铸造设备，虽然很好地解决铝合金的上述缺陷问题。但是，传统的低压、差压设备都是针对小批量、较大铸件设计制造，生产效率很低，远远满足不了当今汽车行业大批量生产的需求。提高生产效率是一项亟待解决的首要问题，开发出一种能够连续或半连续的反重力铸造工艺势在必行。针对这种情况发明了复杂结构铝合金汽车架一种半连续反重力浇注方法，用以满足大批量生产的需求。

发明内容

本发明为了解决现有铝合金汽车架压铸成形时铝液带入气体导致铸件性能低下，同时传统的低压、差压设备生产效率低，无法满足大批量生产的需求的问题，进而提出一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法包括如下步骤：

步骤一：铝合金熔炼处理：在熔炼工位进行铝合金熔炼、精炼、除气处理，将处理后的铝合金注入至下罐内的坩埚中待用；

步骤二：铸型前处理：将上半模具、铸型上型腔、型芯、铸型下型腔和下半模具进行喷刷涂料，同时准备好升液管，生产现场指挥人员向控制中心操作人员发出可以进行浇注的命令；

步骤三：下罐水平移动：控制中心操作人员接到浇注命令后，人工按下启动按钮，承载着下罐的台车驱动电机动作，台车运行轮转动带动台车沿着水平正前方运行；

步骤四：下罐移动至浇注工位：台车运行到机架底板正前方的相应位置，使台车上的台车凹槽轨道与机架底板上的机架凹槽轨道对接，对接的同时触发限位开关动作停止台车运行，并联动台车与下罐之间的固定锁紧机构解锁；同时也触发了机架后侧取铸件机械臂联动拉住下罐脱离台车，下罐运行轮沿着台车上的台车凹槽轨道和机架底板上的机架凹槽轨道向侧方运行到浇注工位；

步骤五：主机待位：当控制中心收到下罐运行到浇注工位信号时，立刻发出指令使固定在下模具动板上的锁紧机构松开，使得升液管支撑板下落到下罐上，此时，设备自动运行程序停止，需要人工操作将升液管通过支撑板中心孔插入坩埚内，然后安放升液管密封垫，在铸型下型腔中安放型芯和直浇道保温套；

步骤六：密封锁紧：升液管及升液管密封垫安放结束后再次人工启动程序，使下模具动板下落到升液管支撑板上，压紧升液管密封垫并与升液管支撑板通过锁紧机构锁紧成一体；

步骤七：组件密封舱：当下模具动板下落到位后触发联动开关，液压油缸推动上模具动板下降，并带动上半模具和上罐下落，使上罐与下模具动板接触压紧密封圈，实现上罐与下罐之间形成各自独立的两个密封舱，通过升液管连通上罐与下罐；

步骤八：浇注：当控制中心检测到上罐与下罐密封状态达到浇注条件时，根据铸件结构、合金牌号预先设定好各项工艺参数，启动自动浇注程序，自动开启下罐进气阀和上下罐互通阀，气压为P₀的气源压缩空气快速进入下罐和上罐；当上罐和下罐内气体同时达到设定的平衡压力P₁时，下罐进气阀和上下罐互通阀同时自动关闭，上罐排气阀自动慢速开启，使上罐内压缩气体慢速排出，导致上罐内的气体压力逐渐低于下罐内的气体压力；当上罐内的气体压力与下罐内的气体压力差达到某一临界值ΔP时，这时下罐内坩埚中铝合金液面上的气体压力大于上罐内铸件成形腔内的气体压力，在这个ΔP的压力差作用下，迫使坩埚内的铝合金液体逆着重力方向沿着升液管上升流过直浇道、横浇道和内浇道进入铸件成形腔内充满型腔，完成保压时间后，待铸件完全凝固，开启上下罐互通阀和下罐排气阀排出罐内气体，使上罐和下罐压力与罐外压力平衡，这时升液管内的铝液在自重的作用下流回到坩埚内，完成浇注过程，浇注程序运行结束；

步骤九：取件：控制中心操作人员启动液压油缸上升，打开铸型，取件机械臂取走铸件，完成一次合模浇注周期。

本发明与现有技术相比包含的有益效果是：

1、浇注速度可控、可调，充型速度大小可以根据工艺要求进行准确控制，保证了铝合金汽车副架铸件浇注过程充型平稳，避免了铝合金液在充型时产生的翻腾和飞溅现象，从而减少了夹渣的形成。

2、铝合金液在压力下充型，可提高金属液的流动性，对于汽车副架类薄壁复杂铸件的成形性更有利。

3、铸件在较高的外界压力环境下结晶和凝固，可以得到充分的补缩，铸件组织致密、力学性能提高20％以上。

4、本发明的半连续反重力浇注，生产效率高，可以满足大批量生产的需求。

附图说明

图1是本发明中铝合金半连续反重力铸造机平面布置示意图，其中E为熔炼坩埚27的合金熔炼处理工位，F为浇注工位，G为熔炼坩埚27的待机工位；

图2是本发明中铝合金半连续反重力铸造机的结构示意图；

图3是本发明中铝合金半连续反重力浇注示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法包括如下步骤：

步骤一：铝合金熔炼处理：在熔炼工位进行铝合金熔炼、精炼、除气处理，将处理后的铝合金注入至下罐1内的坩埚27中待用；

步骤二：铸型前处理：将上半模具10、铸型上型腔11、型芯14、铸型下型腔15和下半模具16进行喷刷涂料，同时准备好升液管23，生产现场指挥人员向控制中心操作人员发出可以进行浇注的命令；

步骤三：下罐水平移动：控制中心操作人员接到浇注命令后，人工按下启动按钮，承载着下罐1的台车3驱动电机动作，台车运行轮4转动带动台车3沿着水平正前方运行；

步骤四：下罐移动至浇注工位：台车3运行到机架底板30正前方的相应位置，使台车3上的台车凹槽轨道与机架底板30上的机架凹槽轨道对接，对接的同时触发限位开关动作停止台车3运行，并联动台车3与下罐1之间的固定锁紧机构解锁；同时也触发了机架后侧取铸件机械臂13联动拉住下罐1脱离台车3，下罐运行轮2沿着台车3上的台车凹槽轨道和机架底板30上的机架凹槽轨道向侧方运行到浇注工位；

步骤五：主机待位：当控制中心收到下罐1运行到浇注工位信号时，立刻发出指令使固定在下模具动板21上的锁紧机构22松开，使得升液管支撑板25下落到下罐1上，此时，设备自动运行程序停止，需要人工操作将升液管23通过支撑板中心孔插入坩埚27内，然后安放升液管密封垫24，在铸型下型腔15中安放型芯14和直浇道保温套19；

步骤六：密封锁紧：升液管23及升液管密封垫24安放结束后再次人工启动程序，使下模具动板21下落到升液管支撑板25上，压紧升液管密封垫24并与升液管支撑板25通过锁紧机构22锁紧成一体；

步骤七：组件密封舱：当下模具动板21下落到位后触发联动开关，液压油缸5推动上模具动板7下降，并带动上半模具10和上罐12下落，使上罐12与下模具动板21接触压紧密封圈，实现上罐12与下罐1之间形成各自独立的两个密封舱，通过升液管23连通上罐12与下罐1；

步骤八：浇注：当控制中心检测到上罐12与下罐1密封状态达到浇注条件时，根据铸件结构、合金牌号预先设定好各项工艺参数，启动自动浇注程序，自动开启下罐进气阀B和上下罐互通阀C，气压为P₀的气源压缩空气快速进入下罐12和上罐1；当上罐12和下罐1内气体同时达到设定的平衡压力P₁时，下罐进气阀B和上下罐互通阀C同时自动关闭，上罐排气阀D自动慢速开启，使上罐12内压缩气体慢速排出，导致上罐12内的气体压力逐渐低于下罐1内的气体压力；当上罐12内的气体压力与下罐1内的气体压力差达到某一临界值ΔP时，这时下罐1内坩埚27中铝合金液面上的气体压力大于上罐12内铸件成形腔34内的气体压力，在这个ΔP的压力差作用下，迫使坩埚27内的铝合金液体逆着重力方向沿着升液管23上升流过直浇道31、横浇道32和内浇道33进入铸件成形腔34内充满型腔，完成保压时间后，待铸件完全凝固，开启上下罐互通阀C和下罐排气阀A排出罐内气体，使上罐12和下罐1压力与罐外压力平衡，这时升液管23内的铝液在自重的作用下流回到坩埚27内，完成浇注过程，浇注程序运行结束；

步骤九：取件：控制中心操作人员启动液压油缸5上升，打开铸型，取件机械臂取13走铸件，完成一次合模浇注周期。

本发明一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法，其浇注方法依托于一台四立柱式差压铸造机进行实施，本发明的浇注方法基于一台铝合金半连续反重力铸造机，所述的铝合金半连续反重力铸造机包括下罐1、台车3、液压油缸5、机架上固定板6、上罐及上模具动板7、上模具换热介质进入口8、上模具换热介质排出口9、上半模具10、铸型上型腔11、上罐12、取铸件机械臂13、型芯14、铸型下型腔15、下半模具16、下模具换热介质进入口17、下模具换热介质排出口18、直浇道保温套19、下模具动板锁紧楔20、下模具动板21、锁紧机构22、升液管23、升液管密封垫24、升液管支撑板25、下罐密封圈26、坩埚27、下罐承载缓冲弹簧28、机架底板30、四个下罐运行轮2、四个台车运行轮4和四个主机立柱29；

下罐1设置在台车3上，下罐1的下端面上均布设有四个下罐运行轮2，台车3的上端面上沿宽度方向即Y方向设有一组台车凹槽轨道，下罐运行轮2与台车凹槽轨道滚动连接，台车3的下端面上均布设有四个台车运行轮4，地面上沿长度方向即X方向设有一组行进轨道，台车运行轮4与行进轨道滚动连接，台车3与下罐1之间设有固定锁紧机构；

机架底板30固接在浇注工位的地面上，机架上固定板6平行设置在机架底板30的正上方，机架底板30的四个角分别各垂直固接有一个主机立柱29，主机立柱29设置在机架上固定板6与机架底板30之间，机架底板30的上端面上沿宽度方向即Y方向设有一组机架凹槽轨道，机架凹槽轨道与台车凹槽轨道对应设置，下罐运行轮2与机架凹槽轨道滚动连接；

机架上固定板6上端面的中部沿竖直方向固接有液压油缸5，液压油缸5的油缸杆穿过机架上固定板6，且油缸杆的末端与上罐及上模具动板7固接，上罐及上模具动板7水平设置，且上罐及上模具动板7的四个角套装在主机立柱29上，上罐及上模具动板7下端面的中部固接有上罐12，上罐12的内部设有上半模具10，上半模具10的上端面与上罐及上模具动板7下端面的中部固接，上半模具10的下端面上设有铸型上型腔11，上半模具10内设有上模具换热介质容腔，上罐及上模具动板7的侧壁上分别设有上模具换热介质进入口8和上模具换热介质排出口9，上模具换热介质进入口8和上模具换热介质排出口9分别与上模具换热介质容腔连接；

上罐及上模具动板7的正下方设有下模具动板21，下模具动板21的四个角套装在主机立柱29上，下模具动板21上端面的中部固接有下半模具16，下半模具16的上端面上设有铸型下型腔15，铸型下型腔15的中部设有型芯14，下模具动板21的中部沿竖直方向设有直浇道31，下半模具16的内部沿竖直方向设有两个内浇道33，下半模具16的内部沿水平方向设有横浇道32，直浇道31的上端与横浇道32的中部连通，横浇道32的两端分别与内浇道33的下端连通，内浇道33的上端与铸型下型腔15连通，铸型上型腔11和铸型下型腔15构成了铸件成形腔34，直浇道31的外侧设有直浇道保温套19，下半模具16内设有下模具换热介质容腔，下模具动板21的侧壁上分别设有下模具换热介质进入口17和下模具换热介质排出口18，下模具换热介质进入口17和下模具换热介质排出口18分别与下模具换热介质容腔连接，下模具动板21侧壁的一侧设有下模具动板锁紧楔20，下模具动板锁紧楔20用于对下模具动板21进行定位锁紧，下模具动板21的上端面上设有密封圈，密封圈与上罐12的罐口对应设置；

下模具动板21的正下方设有升液管支撑板25，升液管支撑板25的四个角套装在主机立柱29上，升液管支撑板25与下模具动板21之间设有锁紧机构22，锁紧机构22用于实现升液管支撑板25与下模具动板21之间的定位锁紧，升液管支撑板25的中部设有支撑板中心孔，支撑板中心孔内垂直插装有升液管23，升液管23的上端与升液管支撑板25的上端面平齐，升液管23上端的外侧设有升液管密封垫24，升液管密封垫24设置在升液管支撑板25的上端面上，升液管23与直浇道31相对应设置；

下罐1的内部设有坩埚27，坩埚27的外侧壁与下罐1的内侧壁之间设有保温层，下罐1上端面的中部设有通孔，通孔的外侧设有下罐密封圈26，下罐密封圈26设置在上罐1的上端面上，下罐运行轮2与下罐1之间设有下罐承载缓冲弹簧28，下罐承载缓冲弹簧28嵌装在下罐1内。浇注时，坩埚27设置在升液管23的正下方，铸件成形腔34通过内浇道33、横浇道32和直浇道31与升液管23的上端连通，升液管23的下端插入到坩埚27内部。其中一个主机立柱30上设有取铸件机械臂13，取铸件机械臂13设置在上半模具10与下半模具16之间。直浇道保温套19为陶瓷制作的直浇道保温套。

具体实施方式二：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述步骤七中，下罐运行轮2与下罐1之间设有下罐承载缓冲弹簧28，下罐承载缓冲弹簧28嵌装在下罐1内，以实现上模具动板7下降过程中对下罐运行轮2的保护。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述步骤八中，设定的平衡压力P₁等于0.3～0.5MPa。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述步骤八中，某一临界值ΔP等于0.05～0.4MPa。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式三相同。

具体实施方式五：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述步骤八中，完成保压时间期间，上罐排气阀D继续排气增大上罐12与下罐1压力差，使铸件成形腔34内的铝合金液体保持在较高的压力下结晶。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式四相同。

具体实施方式六：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述步骤三中，下罐1水平移动的过程中，下罐1上的供电盘插头脱离熔炼工位配电盘插槽，熔炉坩埚27暂时断电。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一、二、四或五相同。

具体实施方式七：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述步骤四中，下罐1移动至浇注工位后，下罐1上的配电插头插入机架后侧的配电盘插槽中，开始对熔炉坩埚27继续供电用以保持坩埚27内的铝液恒温在浇注温度范围内。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式六相同。

具体实施方式八：结合图1至图3说明本实施方式，本实施方式所述步骤九中，一次合模浇注周期可浇注三件汽车副架，每熔炼一炉坩埚27铝液可以多次浇注。本实施方式中未公开的技术特征与具体实施方式一、二、四、五或七相同。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。

Claims (8)

1.一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法，其特征在于：所述浇注方法包括如下步骤：

步骤一：铝合金熔炼处理：在熔炼工位进行铝合金熔炼、精炼、除气处理，将处理后的铝合金注入至下罐(1)内的坩埚(27)中待用；

步骤二：铸型前处理：将上半模具(10)、铸型上型腔(11)、型芯(14)、铸型下型腔(15)和下半模具(16)进行喷刷涂料，同时准备好升液管(23)，生产现场指挥人员向控制中心操作人员发出可以进行浇注的命令；

步骤三：下罐水平移动：控制中心操作人员接到浇注命令后，人工按下启动按钮，承载着下罐(1)的台车(3)驱动电机动作，台车运行轮(4)转动带动台车(3)沿着水平正前方运行；

步骤四：下罐移动至浇注工位：台车(3)运行到机架底板(30)正前方的相应位置，使台车(3)上的台车凹槽轨道与机架底板(30)上的机架凹槽轨道对接，对接的同时触发限位开关动作停止台车(3)运行，并联动台车(3)与下罐(1)之间的固定锁紧机构解锁；同时也触发了机架后侧取铸件机械臂(13)联动拉住下罐(1)脱离台车(3)，下罐运行轮(2)沿着台车(3)上的台车凹槽轨道和机架底板(30)上的机架凹槽轨道向侧方运行到浇注工位；

步骤五：主机待位：当控制中心收到下罐(1)运行到浇注工位信号时，立刻发出指令使固定在下模具动板(21)上的锁紧机构(22)松开，使得升液管支撑板(25)下落到下罐(1)上，此时，设备自动运行程序停止，需要人工操作将升液管(23)通过支撑板中心孔插入坩埚(27)内，然后安放升液管密封垫(24)，在铸型下型腔(15)中安放型芯(14)和直浇道保温套(19)；

步骤六：密封锁紧：升液管(23)及升液管密封垫(24)安放结束后再次人工启动程序，使下模具动板(21)下落到升液管支撑板(25)上，压紧升液管密封垫(24)并与升液管支撑板(25)通过锁紧机构(22)锁紧成一体；

步骤七：组件密封舱：当下模具动板(21)下落到位后触发联动开关，液压油缸(5)推动上模具动板(7)下降，并带动上半模具(10)和上罐(12)下落，使上罐(12)与下模具动板(21)接触压紧密封圈，实现上罐(12)与下罐(1)之间形成各自独立的两个密封舱，通过升液管(23)连通上罐(12)与下罐(1)；

步骤八：浇注：当控制中心检测到上罐(12)与下罐(1)密封状态达到浇注条件时，根据铸件结构、合金牌号预先设定好各项工艺参数，启动自动浇注程序，自动开启下罐进气阀(B)和上下罐互通阀(C)，气压为P₀的气源压缩空气快速进入下罐(12)和上罐(1)；当上罐(12)和下罐(1)内气体同时达到设定的平衡压力P₁时，下罐进气阀(B)和上下罐互通阀(C)同时自动关闭，上罐排气阀(D)自动慢速开启，使上罐(12)内压缩气体慢速排出，导致上罐(12)内的气体压力逐渐低于下罐(1)内的气体压力；当上罐(12)内的气体压力与下罐(1)内的气体压力差达到某一临界值ΔP时，这时下罐(1)内坩埚(27)中铝合金液面上的气体压力大于上罐(12)内铸件成形腔(34)内的气体压力，在这个ΔP的压力差作用下，迫使坩埚(27)内的铝合金液体逆着重力方向沿着升液管(23)上升流过直浇道(31)、横浇道(32)和内浇道(33)进入铸件成形腔(34)内充满型腔，完成保压时间后，待铸件完全凝固，开启上下罐互通阀(C)和下罐排气阀(A)排出罐内气体，使上罐(12)和下罐(1)压力与罐外压力平衡，这时升液管(23)内的铝液在自重的作用下流回到坩埚(27)内，完成浇注过程，浇注程序运行结束；

步骤九：取件：控制中心操作人员启动液压油缸(5)上升，打开铸型，取件机械臂取(13)走铸件，完成一次合模浇注周期。

2.根据权利要求1所述一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法，其特征在于：所述步骤七中，下罐运行轮(2)与下罐(1)之间设有下罐承载缓冲弹簧(28)，下罐承载缓冲弹簧(28)嵌装在下罐(1)内，以实现上模具动板(7)下降过程中对下罐运行轮(2)的保护。

3.根据权利要求1或2所述一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法，其特征在于：所述步骤八中，设定的平衡压力P₁等于0.3～0.5MPa。

4.根据权利要求3所述一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法，其特征在于：所述步骤八中，某一临界值ΔP等于0.05～0.4MPa。

5.根据权利要求4所述一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法，其特征在于：所述步骤八中，完成保压时间期间，上罐排气阀(D)继续排气增大上罐(12)与下罐(1)压力差，使铸件成形腔(34)内的铝合金液体保持在较高的压力下结晶。

6.根据权利要求1、2、4或5所述一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法，其特征在于：所述步骤三中，下罐(1)水平移动的过程中，下罐(1)上的供电盘插头脱离熔炼工位配电盘插槽，熔炉坩埚(27)暂时断电。

7.根据权利要求6所述一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法，其特征在于：所述步骤四中，下罐(1)移动至浇注工位后，下罐(1)上的配电插头插入机架后侧的配电盘插槽中，开始对熔炉坩埚(27)继续供电用以保持坩埚(27)内的铝液恒温在浇注温度范围内。

8.根据权利要求1、2、4、5或7所述一种复杂结构铝合金汽车架的半连续反重力浇注方法，其特征在于：所述步骤九中，一次合模浇注周期可浇注三件汽车副架，每熔炼一炉坩埚(27)铝液可以多次浇注。

Images