CN115488319A - 一种铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构，涉及低压铸造模具技术领域，包括顶块和排气环，所述顶块和排气环通过自适应调节组件连接在一起；所述自适应调节组件包括连接柱和弹簧。本发明构思合理，布局紧凑，安装使用方便，实现了排气过程中气体压力的自适应调节，通过排气压力与充型压力的二者共同作用，实现了差压铸造效果，极大提升了铸件成型中的排气效果，提高了充型过程的平稳性，减少了铸造缺陷，提高了铸件的内部质量。

Description

一种铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构

技术领域

本发明涉及低压铸造模具技术领域，尤其涉及一种铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构。

背景技术

目前，铝合金轮毂约占全球轮毂市场的54%左右，与普通铸造或冲压轮毂相比，铝合金轮毂具有重量轻、散热性能好、安全系数高、结构设计灵活等诸多优势。全球约80%的铝合金轮毂采用低压铸造工艺生产，相较于其它制造工艺，低压铸造作为一种快速近净成型工艺，具有精度高、表面质量好、生产效率高等一系列优势。虽然低压铸造工艺在铝合金轮毂制造中已被广泛使用，但铸件容易出现缩松、缩孔、氧化夹渣等缺陷。归其原因，轮毂质量与低压铸造过程中模具结构以及工艺参数存在较大关联。因此，选取合理工艺参数以实现稳定高质量的轮毂铸造已成为研究热点。

低压铸造的核心步骤是铝液的充型和凝固。铝液进入模具型腔后，要保证铝液充型过程的平稳性，充型过程要将模具型腔内的空气排出，以防止气体卷入铝液内部形成缩孔、缩松缺陷。如图5所示，传统模具型腔内的空气主要通过排气塞6排出模具外，其排气效率较低。原因在于，传统排气塞设计为圆柱体形状，有蜂窝孔状、沟槽状、多孔状、网状等多种系列，一般采用机械加工方式进行制造，当排气槽上的排气孔尺寸较小时，排气效率低，在充型过程中难以实现型腔内气体的快速排出；而增大排气槽/排气孔尺寸时，铝液与排气塞接触后容易进入气孔内部堵塞气孔，脱模时产生粘连，容易损伤铸件，主要是容易造成轮毂表面损伤。同时，排气孔堵塞后会进一步引发排气不畅，疏通排气孔难度大、耗时长，导致轮毂生产效率和生产质量的降低。在车轮铸造模具中，传统排气塞的安装位置一般为底模轮辐之间的高台以及顶模外轮缘位置，为了增加排气效率，往往需要多个排气塞，增加多个排气塞容易降低模具的刚度和抗疲劳性能，缩短模具的使用寿命。

在车轮铸造过程中，铝液经过升液管流经浇口杯、轮心、轮辐、外轮缘、轮辋和内轮缘直至充型结束，内轮缘的填充时间靠后。因此，在内轮缘位置设置排气机构是实现高效排气的有效措施，设计一种适用于铝合金轮毂低压铸造模具的新型排气机构，以提高铝液充型过程中的排气效率，利于提升铝液充型流动的稳定性显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是提供一种铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构，提升轮毂铸造中铝液充型过程的排气效率，减少铸件内部缩孔缩松缺陷，提高轮毂的铸造质量，解决背景技术中所列常规排气塞和排气孔设计，易导致排气效率较低以及排气孔增大易粘连损伤铸件的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明一种铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构，包括顶块和排气环，所述顶块和排气环通过自适应调节组件连接在一起。

优选的，所述自适应调节组件包括连接柱和弹簧，所述弹簧套装在所述连接柱上，所述弹簧的两端抵接在所述顶块和排气环的相对面上；所述连接柱的两端连接在所述顶块、排气环上。

优选的，所述连接柱采用螺柱结构，所述连接柱的一端可移动的与所述顶块活动连接在一起，连接柱的另一端与所述排气环螺纹连接在一起。

优选的，所述自适应调节组件包括弹簧和定位柱，所述顶块上设置有弹簧定位槽，所述弹簧的一端焊接连接在所述排气环上，所述弹簧的另一端嵌入到所述弹簧定位槽并焊接，所述定位柱位于所述弹簧的内孔中且一端焊接或螺纹连接在所述排气环上。

优选的，所述弹簧的外周直径小于所述排气环的截面宽度。

优选的，所述自适应调节组件设置有多组且呈圆周均布。

优选的，所述排气环设置为环形，所述排气环的顶面和底面之间设置有贯穿的排气槽。

优选的，所述排气槽设置为L形，L形的排气槽的开口面向顶面和外周侧面上；所述排气槽开口的宽度设置为0.15～0.3mm,从外表面向中心开设的深度为10～15mm。

优选的，所述排气槽设置为多个且呈圆周均布。

优选的，所述顶块和排气环均采用35CrMo材料制成，所述顶块与上模间隙配合，且装模后采用螺栓定位连接，所述排气环安装后外露面与所述上模的成型面平齐，排气环的安装位置靠近成型面的中间区域。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果：

本发明一种铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构，包括顶块和排气环，顶块和排气环通过自适应调节组件连接在一起。在实际工作中，首先将该排气机构组装到模具型腔内，位置轮毂外轮缘的上方，因为在铝液充型时，外轮缘是轮毂的最终充型位置，所以在该位置设置排气机构可以更好的保证排气效果；铝液充型过程前期，气体通过排气环上分布的排气槽排出模具外；随着铝液的继续充型，当排气槽的排气效率不足以快速排出模具型腔内的空气时，气压可以使整个排气环向上运动，极大提高排气效率，可实现自适应排气过程。

本发明构思合理，布局紧凑，安装使用方便，实现了排气过程中气体压力的自适应调节，通过排气压力与充型压力的二者共同作用，实现了差压铸造效果，极大提升了铸件成型中的排气效果，提高了充型过程的平稳性，减少了铸造缺陷，提高了铸件的内部质量。

附图说明

下面结合附图说明对本发明作进一步说明。

图1为本发明铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构示意图；

图2为本发明排气环结构示意图；

图3为本发明使用状态结构示意图；

图4为本发明安装结构示意图；

图5为现有技术结构示意图。

附图标记说明：1、顶块；2、弹簧；3、连接柱；4、排气环；4-1、排气槽；5、上模；6、排气塞；7、轮毂；8、顶杆；9、上模顶板；10、顶杆下板；11、顶杆固定板；12、上模排气孔。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。 需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以通过中间媒介间接相连，但是各处的连接均不影响本申请的多位置折叠。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1～4所示，一种铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构，包括顶块1和排气环4，所述顶块1和排气环4通过自适应调节组件连接在一起。

其中一个实施例，所述自适应调节组件包括连接柱3和弹簧2，所述弹簧2套装在所述连接柱3上，所述弹簧2的两端抵接在所述顶块1和排气环4的相对面上；所述连接柱3的两端连接在所述顶块1、排气环4上。具体的，所述连接柱3采用螺柱结构，所述连接柱3的一端可移动的与所述顶块1活动连接在一起，连接柱3的另一端与所述排气环4螺纹连接在一起。

另一个实施例中，所述自适应调节组件包括弹簧2和定位柱，所述顶块1上设置有弹簧定位槽，所述弹簧2的一端焊接连接在所述排气环4上，所述弹簧2的另一端嵌入到所述弹簧定位槽并焊接，所述定位柱位于所述弹簧2的内孔中且一端焊接或螺纹连接在所述排气环4上。

所述弹簧2的外周直径小于所述排气环4的截面宽度。所述自适应调节组件设置有多组且呈圆周均布，保证排气环4和顶块1的平行布置。

如图2所示，所述排气环4设置为环形，所述排气环4的顶面和底面之间设置有贯穿的排气槽4-1。具体的，所述排气槽4-1设置为L形，L形的排气槽4-1的开口面向顶面和外周侧面上；所述排气槽4-1开口的宽度设置为0.15～0.3mm,从外表面向中心开设的深度为10～15mm。具体的，所述排气槽4-1设置为多个且呈圆周均布，使得圆周造型产品可以实现均匀排气，保证产品的成型质量。

所述顶块1和排气环4均采用35CrMo材料制成，所述顶块1与上模5间隙配合，且装模后采用螺栓8定位连接，所述排气环4安装后外露面与所述上模5的成型面平齐，排气环4的安装位置靠近成型面的中间区域。使用时，排气环4与连接柱3的螺柱端是通过螺纹连接固定的，而连接柱3的另一端与顶块1是可以活动的，螺柱可以移动进入顶块内部的通孔中，此时弹簧2压缩，排气环4靠近顶块1；开模取件后，在自身重力和弹簧复位力的作用下，排气环4远离顶块1，完成复位作业。

本发明的工作过程如下：

本发明的排气原理，低压铸造过程中，铝液是通过升液管进入模具型腔的；铝液在模具型腔充型时，需要将模具型腔中原有的空气排到模具外部，这是模具中排气机构的主要作用。由于铝液的充型过程较快，当排气速度过慢时会影响铝液的充型效果；轮毂的内轮缘部位于最后充型处，所以在该位置设置排气机构可以更好的实现排气效果。如图4所示，将本发明的排气环组装到模具的上模5的对应位置，顶块1与上模5通过螺钉连接，是固定不动的，且顶杆8的顶部与顶块1间隙配合，该间隙值很小，设定为0.1～0.2mm；此外，上模5上开设有水平布置的上模排气孔12，该上模排气孔12与连接柱3的安装孔相对应，将连接柱3的安装孔与上模5的中心槽进行连通，进一步的提高排气效果；当模具型腔气压过大时，排气环4和连接柱3同步会向上运动，弹簧2处于压缩状态；压力下降时，排气环4通过自身重力和弹簧2的作用复位，复位后，排气环4的外露面与上模5的成型面平齐，此时弹簧2处于展开状态。具体的，排气过程是在铝液充满模具型腔的过程中，当铝液充型结束后，顶杆8会下移与排气机构的连接柱3接触，该动作是为了防止铝液充型结束后由于压力迫使排气环4向上运动。即该排气机构中的排气环自适应调节过程只是针对铝液充型排气过程，排气结束后会变为类似的刚性结构。具体的，顶杆8的底部通过顶杆下板10和顶杆固定板11定位，顶杆的顶部贯穿上模顶板9、上模5后与连接柱3相对应。

以20寸A356铝合金车轮轮毂低压铸造为例，具体工作步骤如下：

步骤一，将排气环4装入模具的相应位置，并将模具整体推入到加热炉中，进行预热处理，处理温度设定为500℃，保温时间设定为40min；

步骤二，将模具整体运送到压铸机台面上，对模具型腔表面喷洒脱模剂，随后上机；

步骤三，开启压铸机运行程序，一段压力设置为0.2bar，将铝液经升液管到达浇口杯位置；（bar：巴，压强单位；1bar=1标准大气压（ATM））

步骤四，提升压力至0.38bar，铝液开始进入模具型腔，进行充型和排气过程。

步骤五，充型结束后，提升压力至0.75bar，开始进行保压补缩过程，保压时间为100s，保压过程中开启风冷和水冷，提升凝固效率。

步骤六，泄压，40s后打开模具，将车轮轮毂顶出脱模后取出。

通过对安装有传统排气塞和新型排气环的两套模具进行排气测试，对两种排气机构的排气效率进行对比分析如下：

1）气流量的对比：在气体压力为2 MPa时，传统排气塞的气流量为13L/min；而本发明的新型排气环的气流量为57L/min，约为传统排气塞的4.4倍。

2）铸件表面质量的对比：在相同的铸造工艺下(铝液温度设定为700℃，充型压力设定为0.38bar，保压压力设定为0.75bar，保压时间设定为100s)，发现传统排气塞在铸造8个铝合金轮毂之后，排气塞的排气孔会发生部分堵塞，甚至出现轮毂与排气塞黏连的情况，脱模时导致车轮表面出现凹坑，部分铝合金粘在排气塞处；而采用新型排气环的铸造模具，在连续生产260个铝合金轮毂之后，均未出现堵塞现象，排气效果良好。

3）铸件内部质量的对比：对车轮经过X光检测，车轮内部未发现缩孔缩松等缺陷，铸造质量稳定，且得到了显著提升。

由此可见，该带有自适应调节组件的排气机构，实现了排气过程中气体压力的自适应调节，极大提升了铸件成型中的排气效果，提高了充型过程的平稳性，减少了铸造缺陷，提高了铸件的内部质量。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构，其特征在于：包括顶块（1）和排气环（4），所述顶块（1）和排气环（4）通过自适应调节组件连接在一起。

2.根据权利要求1所述的铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构，其特征在于：所述自适应调节组件包括连接柱（3）和弹簧（2），所述弹簧（2）套装在所述连接柱（3）上，所述弹簧（2）的两端抵接在所述顶块（1）和排气环（4）的相对面上；所述连接柱（3）的两端连接在所述顶块（1）、排气环（4）上。

3.根据权利要求2所述的铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构，其特征在于：所述连接柱（3）采用螺柱结构，所述连接柱（3）的一端可移动的与所述顶块（1）活动连接在一起，连接柱（3）的另一端与所述排气环（4）螺纹连接在一起。

4.根据权利要求1所述的铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构，其特征在于：所述自适应调节组件包括弹簧（2）和定位柱，所述顶块（1）上设置有弹簧定位槽，所述弹簧（2）的一端焊接连接在所述排气环（4）上，所述弹簧（2）的另一端嵌入到所述弹簧定位槽并焊接，所述定位柱位于所述弹簧（2）的内孔中且一端焊接或螺纹连接在所述排气环（4）上。

5.根据权利要求2所述的铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构，其特征在于：所述弹簧（2）的外周直径小于所述排气环（4）的截面宽度。

6.根据权利要求2或4所述的铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构，其特征在于：所述自适应调节组件设置有多组且呈圆周均布。

7.根据权利要求6所述的铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构，其特征在于：所述排气环（4）设置为环形，所述排气环（4）的顶面和底面之间设置有贯穿的排气槽（4-1）。

8.根据权利要求7所述的铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构，其特征在于：所述排气槽（4-1）设置为L形，L形的排气槽（4-1）的开口面向顶面和外周侧面上；所述排气槽（4-1）开口的宽度设置为0.15～0.3mm,从外表面向中心开设的深度为10～15mm。

9.根据权利要求7所述的铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构，其特征在于：所述排气槽（4-1）设置为多个且呈圆周均布。

10.根据权利要求7所述的铝合金轮毂低压铸造模具的排气机构，其特征在于：所述顶块（1）和排气环（4）均采用35CrMo材料制成，所述顶块（1）与上模（5）间隙配合，且装模后采用螺栓（8）定位连接，所述排气环（4）安装后外露面与所述上模（5）的成型面平齐，排气环（4）的安装位置靠近成型面的中间区域。

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