CN118123004A - 一种惰性气体保护的定量浇注装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种惰性气体保护的定量浇注装置及使用方法，包括液态金属存储器，液态金属存储器包括储料腔和物料进出口，其顶部密封连接有推拉机构；推拉机构的推拉杆与止液棒同轴固定连接，止液棒位于储料腔中，推拉杆拉动止液棒至第一状态时，止液棒远离密封物料进出口，使物料进出口畅通；推拉杆推动止液棒至第二状态时，止液棒封堵物料进出口；液态金属存储器与悬臂称重传感器相连，悬臂称重传感器与浇注机的机械臂固定连接；还包括通气孔，通气孔与储料腔相连通，通气孔通过三通电磁阀与惰性气体气源和真空发生器交替相通；采用本技术方案完全避免了浇注机器人第七轴传动系统精度对定量浇注的影响，且有效避免了熔融液态金属发生氧化。

Description

一种惰性气体保护的定量浇注装置及使用方法

技术领域

本发明属于铸造铝合金铸造技术领域，具体是一种惰性气体保护的定量浇注装置及使用方法。

背景技术

浇注是铸造生产中的一个重要环节，是将熔融液态金属注入模具的过程，浇注过程控制的合理与否直接影响着铸件的质量。对于定量浇注来说，可用的现有技术一般有电磁泵定量浇注、气压式定量浇注及机械定量浇注。

电磁泵在定量浇注方面主要用于压铸机的定量给料，其电磁泵为交流浸入式电磁泵，电磁泵浸入在高温金属液体中，因此对泵体材料性能要求很高；其定量方式是通过电磁泵的输送管向铸造机的容器中输送金属液并控制其液位高度，利用时间控制浇注流量。此种方式需要采用专用设备及控制系统，包括电磁泵、输送管和传感器等，是通过电磁力驱动金属熔液流动，金属液体的流动性受到一定限制；由于需要长期接触或靠近高温金属液，对这些装置的制作材质耐高温及可靠性要求特别高，这就造成设备价格高昂，极大地增加了产品的制造成本。此外，此种定量浇注方式设备的操作和维护相对复杂，需要定期对设备进行保养、维护和系统校准，以保证其正常工作，不适用于当前活塞铸造的批量装备。

气压式定量浇注原理犹如气压式保温瓶的出水原理，利用压力介质（通常是氮气），将金属液从密闭的炉膛熔池通过升液流槽压入浇注流槽，然后从浇注流槽前端的浇口流出，注入其下方的铸型。金属液的温度依靠炉体侧面的感应体输出的功率来维持。当前活塞铸造大多使用坩埚式电加热保温炉，此种保温炉可以配合铲车便捷地实现铝液加入和集中式精炼处理方式，可以根据实际排产需求，与铸造现场各种铸造机进行搭配使用。而气压式定量炉，由于炉体和控制系统比较复杂精密，都是采用固定的放置方式，一台炉子只能搭配一台铸造机进行使用，使用成本是坩埚式电保温炉的十倍以上，生产效率低。

当前活塞铸造行业基本采用人工浇注和机器人自动浇注两种方式，机器人自动浇注属于机械定量浇注。人工定量浇注方法大多采用恒容式定量浇勺，存在着劳动强度大、环境恶劣、控制精度较差、受人为因素影响大、危险系数高等问题，另外，铝合金具有极易氧化的特点，采用浇勺定量浇注的过程中，铝液在保温炉与浇勺中直接与空气接触，很难避免氧化夹杂的产生，特别是在浇勺舀取铝液时，坩埚炉内铝液表面与空气接触形成的氧化皮不可避免的会随同高温铝液进入到浇勺内，并随铝液浇注到成品铸件中，可能导致铸件内部出现气孔、夹杂物等缺陷，这些缺陷会降低铸件的强度和耐腐蚀性能，如在活塞关键部位如喉口、销座等高应力高热机耦合区域发生，可能会引起活塞发生开裂、穿孔等失效。

浇注机器人的定量浇注是依靠控制第七轴的转动来控制浇勺的倾斜角度，进而进行铝液的定量，“定量”受浇勺制作精度及机械传动机构精度的影响较大，无论是齿轮齿条式还是螺杆式的机械传动机构，随着使用时间的增加，在高温铝液的炙烤和高频次的载重下，传动机构中的间隙会不断增加，舀取铝液重量的波动相对较大，经常需要不断的进行程序调整来修正控制波动。

发明内容

本发明要解决的技术问题是弥补现有技术的不足，提供一种惰性气体保护的定量浇注装置及使用方法。

要解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

一种惰性气体保护的定量浇注装置，包括液态金属存储器，液态金属存储器包括储料腔和物料进出口，物料进出口设置于液态金属存储器的底端且与储料腔相连通，液态金属存储器的顶部密封连接有推拉机构；推拉机构包括推拉杆，推拉杆与止液棒同轴固定连接，止液棒位于储料腔中，推拉杆拉动止液棒至第一状态时，止液棒远离密封物料进出口，使物料进出口畅通；推拉杆推动止液棒至第二状态时，止液棒封堵物料进出口；液态金属存储器与悬臂称重传感器相连，悬臂称重传感器与浇注机连接支架固定连接，浇注机连接支架与浇注机的机械臂固定连接；还包括通气孔，通气孔与储料腔相连通，通气孔通过电磁阀与惰性气体气源和真空发生器交替连通。

进一步地，所述通气孔与惰性气体气源之间连接有电气比例阀。

进一步地，还包括探针，探针包裹于止液棒之中。

进一步地，所述推拉机构还包括气缸和立柱，立柱的底部与液态金属存储器的顶部密封固定连接，立柱的顶部与气缸的缸体密封固定连接；立柱中设有贯通腔，所述推拉杆穿过贯通腔与气缸的活塞杆固定连接；立柱与与悬臂称重传感器相连；气缸与压缩空气气源相连。

进一步地，所述通气孔开设在立柱上，且通气孔与贯通腔相连通，贯通腔与储料腔相连通。

进一步地，所述液态金属存储器与悬臂称重传感器之间通过减震器相连。

进一步地，所述液态金属存储器的外周设有外壳，外壳与液态金属存储器的外周之间设有耐火纤维垫。

进一步地，所述惰性气体为氮气或氩气。

一种如上所述的惰性气体保护的定量浇注装置的使用方法：包括如下步骤：

S1：设定熔融液态金属的物料取量为G0，误差为±S，使止液棒的初始位置为第一状态，物料进出口畅通；

S2：使惰性气体经通气孔通入至液态金属存储器的储料腔中，使储料腔中的空气从物料进出口排出；

S3：待储料腔中充满惰性气体后， 使止液棒为第二状态，止液棒封堵物料进出口，悬臂称重传感器的计数清零；

S4：使浇注机的机械臂带动液态金属存储器移动至盛有熔融液态金属的浇注保温炉正上方，使浇注机的机械臂带动液态金属存储器下行至探针探测到熔融液态金属液面，再继续下行使物料进出口至熔融液态金属液面以下3～5cm；

S5：使止液棒的初始位置为第一状态，物料进出口畅通；

S6：使真空发生器工作，对储料腔抽真空，通过负压作用使浇注保温炉中的熔融液态金属进入储料腔中，直至悬臂称重传感器的计数G∈[G0-S ,G0+S]时，使止液棒为第二状态，止液棒封堵物料进出口，与此同时,真空发生器停止工作；

S7：使浇注机的机械臂带动液态金属存储器移动至浇注位置；

S8：使止液棒的初始位置为第一状态，物料进出口畅通，同时使惰性气体经通气孔通入储料腔中，使储料腔中的熔融液态金属至浇注模具中，完成浇注；

S9：控制电气比例阀的开口进一步增大，使惰性气体快速将储料腔中的残余金属液滴和残屑吹落，再使止液棒为第二状态，止液棒封堵物料进出口。

进一步地，步骤S8中，储料腔中的熔融液态金属至浇注模具的过程分为三个阶段：设定第一阶段中熔融液态金属的流出速度为v1，第二阶段中熔融液态金属的流出速度为v2，第三阶段中熔融液态金属的流出速度为v3，v1＞v2，v3＞v2，v1≈v3；

第一阶段：通过控制电气比例阀的开口大小，使熔融液态金属的流出速度为v1，当悬臂称重传感器的计数G=G0*（1-a%）时，进入第二阶段；

第二阶段：通过控制电气比例阀的开口大小，使熔融液态金属的流出速度为v2，当悬臂称重传感器的计数G= G0*（1-a%-b%）时，进入第三阶段；

第三阶段：通过控制电气比例阀的开口大小，使熔融液态金属的流出速度为v3，当悬臂称重传感器的计数G∈[G0*0.01%，0]时， 完成浇注。

本发明可以达到的有益效果为：定量浇注方法可以使定量浇注装置直接与浇注机连接,不需要第七轴传动,完全避免了浇注机器人第七轴传动系统精度的影响的同时,大大降低了制造成本。采用惰性气体保护液态金属存储器的储料腔，液面下负压吸入熔融液态金属，避免熔融液态金属与空气接触而发生氧化，通过悬臂重量传感器对熔融液态金属进行精确定量。

附图说明

图1是本发明实施例的结构图。

图2是本发明实施例中的气路原理图。

图3是本发明实施例的应用示图。

图中：1-推拉机构，2-悬臂称重传感器，3-浇注机连接支架，4-固定联结板，5-减震器，6-通气孔，7-固定支架，8-推拉杆，9-立柱，901-贯通腔，10-联结套，11-止液棒，12-探针，13-外壳，14-耐火纤维垫，15-液态金属存储器，1501-储料腔，1502-物料进出口，16-熔融液态铝合金，17-密封垫片；

18-浇口杯，19-外模，20-浇注系统惰性气体入口，21-内芯，22-止口圈；23-外模惰性气体入口，24-顶模，25-顶模惰性气体入口，26-保温冒口，27-顶模冷却通道，28-耐火缓冲垫；

29-电磁阀，30-电气比例阀，31-油雾分离器，32-过滤器A，33-过滤器B，34-真空发生器，35-真空管过滤器，36-储气冷却罐，37-五通电磁阀，38-气缸。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

一种惰性气体保护的定量浇注装置，如图1所示，包括控制系统、液态金属存储器15、推拉机构1、悬臂称重传感器2、浇注机连接支架3、惰性气体气源（本实施例中的惰性气体选择为氮气）、真空发生器34和压缩空气气源。

液态金属存储器15的底部为锥形，液态金属存储器15包括储料腔1501和物料进出口1502，物料进出口1502设置于液态金属存储器15的底端且与储料腔1501相连通，液态金属存储器15的顶部密封连接有推拉机构1。

推拉机构1包括气缸38、立柱9和推拉杆8，立柱9的底部通过密封垫片17与液态金属存储器15的顶部密封固定连接，立柱9的顶部与气缸38的缸体密封固定连接；立柱9中设有贯通腔901，推拉杆8穿过贯通腔901与气缸38的活塞杆固定连接；立柱9上还设有通气孔6，通气孔6与贯通腔901相连通，贯通腔901与储料腔1501相连通；立柱9与固定支架7固定连接，固定支架7与减震器5固定连接，减震器5与悬臂称重传感器2固定连接，悬臂称重传感器2通过固定联结板4与浇注机连接支架3固定连接，浇注机连接支架3与浇注机的机械臂固定连接。气缸38通过五通电磁阀37与压缩空气气源相连；推拉杆8通过联结套10与止液棒11同轴固定连接，止液棒11位于储料腔1501中，推拉杆8拉动止液棒11至第一状态时，止液棒11远离密封物料进出口1502，使物料进出口1502畅通；推拉杆8推动止液棒11至第二状态时，止液棒11封堵物料进出口1502；三通电磁阀29包括P、Q、R三个口，三通电磁阀29为状态Ⅰ时，P口与Q口连通；三通电磁阀29为状态ⅡⅠ时，P口与R口连通；通P口与气孔6相连，Q口通过电气比例阀30与惰性气体气源相连，R口与真空发生器34相连。

还包括探针12，探针12包裹于止液棒11之中。

液态金属存储器15的外周设有外壳13，外壳13与液态金属存储器15的外周之间设有耐火纤维垫14。

本实施例的使用方法：

用于活塞铸造，熔融液态金属具体为熔融液态铝合金。

包括如下步骤：

S1：设定熔融液态金属的物料取量为G0（如G0=4kg），误差为±S，使止液棒11的初始位置为第一状态，物料进出口1502畅通。

S2：使惰性气体经通气孔6通入至液态金属存储器15的储料腔1501中，使储料腔1501中的空气从物料进出口1502排出。

S3：待储料腔1501中充满惰性气体后， 使止液棒11为第二状态，止液棒11封堵物料进出口1502，悬臂称重传感器2的计数清零。

S4：使浇注机的机械臂带动液态金属存储器15移动至盛有熔融液态金属的浇注保温炉正上方，使浇注机的机械臂带动液态金属存储器15下行至探针12探测到熔融液态金属液面，再继续下行使物料进出口1502至熔融液态金属液面以下3～5cm。

S5：使止液棒11的初始位置为第一状态，物料进出口1502畅通。

S6：使真空发生器34工作（如真空度为6220Pa），对储料腔1501抽真空，通过负压作用使浇注保温炉中的熔融液态金属进入储料腔1501中，直至悬臂称重传感器2的计数G∈[G0-S ,G0+S]时，使止液棒11为第二状态，止液棒11封堵物料进出口1502，与此同时，真空发生器34停止工作。

S7：使浇注机的机械臂带动液态金属存储器15移动至浇注位置（图2中的浇口杯18）。

S8：使止液棒11的初始位置为第一状态，物料进出口1502畅通，同时使惰性气体经通气孔6通入储料腔1501中，使储料腔1501中的熔融液态金属至浇注模具中，完成浇注。

储料腔1501中的熔融液态金属至浇注模具的过程分为三个阶段：设定第一阶段中熔融液态金属的流出速度为v1，第二阶段中熔融液态金属的流出速度为v2，第三阶段中熔融液态金属的流出速度为v3，v1＞v2，v3＞v2，v1≈v3；

第一阶段：通过控制电气比例阀30的开口大小，使熔融液态金属的流出速度为v1，当悬臂称重传感器2的计数G=G0*（1-a%）时（如a%=15%），进入第二阶段；

第二阶段：通过控制电气比例阀30的开口大小，使熔融液态金属的流出速度为v2，当悬臂称重传感器2的计数G= G0*（1-a%-b%）时（如b%=70%），进入第三阶段；

第三阶段：通过控制电气比例阀30的开口大小，使熔融液态金属的流出速度为v3，当悬臂称重传感器2的计数G∈[G0*0.01%，0]时， 完成浇注。

S9：控制电气比例阀30的开口进一步增大，使惰性气体快速将储料腔1501中的残余金属液滴和残屑吹落，再使止液棒11为第二状态，止液棒11封堵物料进出口1502。

Claims (10)

1.一种惰性气体保护的定量浇注装置，其特征是：包括液态金属存储器（15），液态金属存储器（15）包括储料腔（1501）和物料进出口（1502），物料进出口（1502）设置于液态金属存储器（15）的底端且与储料腔（1501）相连通，液态金属存储器（15）的顶部密封连接有推拉机构（1）；推拉机构（1）包括推拉杆（8），推拉杆（8）与止液棒（11）同轴固定连接，止液棒（11）位于储料腔（1501）中，推拉杆（8）拉动止液棒（11）至第一状态时，止液棒（11）远离密封物料进出口（1502），使物料进出口（1502）畅通；推拉杆（8）推动止液棒（11）至第二状态时，止液棒（11）封堵物料进出口（1502）；液态金属存储器（15）与悬臂称重传感器（2）相连，悬臂称重传感器（2）与浇注机连接支架（3）固定连接，浇注机连接支架（3）与浇注机的机械臂固定连接；还包括通气孔（6），通气孔（6）与储料腔（1501）相连通，通气孔（6）通过电磁阀（29）与惰性气体气源和真空发生器交替连通。

2.根据权利要求1所述的惰性气体保护的定量浇注装置，其特征是：所述通气孔（6）与惰性气体气源之间连接有电气比例阀（30）。

3.根据权利要求1所述的惰性气体保护的定量浇注装置，其特征是：还包括探针（12），探针（12）包裹于止液棒（11）之中。

4.根据权利要求1所述的惰性气体保护的定量浇注装置，其特征是：所述推拉机构（1）还包括气缸（38）和立柱（9），立柱（9）的底部与液态金属存储器（15）的顶部密封固定连接，立柱（9）的顶部与气缸（38）的缸体密封固定连接；立柱（9）中设有贯通腔（901），所述推拉杆（8）穿过贯通腔（901）与气缸（38）的活塞杆固定连接；立柱（9）与与悬臂称重传感器（2）相连；气缸（38）与压缩空气气源相连。

5.根据权利要求4所述的惰性气体保护的定量浇注装置，其特征是：所述通气孔（6）开设在立柱（9）上，且通气孔（6）与贯通腔（901）相连通，贯通腔（901）与储料腔（1501）相连通。

6.根据权利要求1所述的惰性气体保护的定量浇注装置，其特征是：所述液态金属存储器（15）与悬臂称重传感器（2）之间通过减震器（5）相连。

7.根据权利要求1所述的惰性气体保护的定量浇注装置，其特征是：所述液态金属存储器（15）的外周设有外壳（13），外壳（13）与液态金属存储器（15）的外周之间设有耐火纤维垫（14）。

8.根据权利要求1所述的惰性气体保护的定量浇注装置，其特征是：所述惰性气体为氮气或氩气。

9.一种如权利要求3所述的惰性气体保护的定量浇注装置的使用方法：包括如下步骤：

S1：设定熔融液态金属的物料取量为G0，误差为±S，使止液棒（11）的初始位置为第一状态，物料进出口（1502）畅通；

S2：使惰性气体经通气孔（6）通入至液态金属存储器（15）的储料腔（1501）中，使储料腔（1501）中的空气从物料进出口（1502）排出；

S3：待储料腔（1501）中充满惰性气体后， 使止液棒（11）为第二状态，止液棒（11）封堵物料进出口（1502），悬臂称重传感器（2）的计数清零；

S4：使浇注机的机械臂带动液态金属存储器（15）移动至盛有熔融液态金属的浇注保温炉正上方，使浇注机的机械臂带动液态金属存储器（15）下行至探针（12）探测到熔融液态金属液面，再继续下行使物料进出口（1502）至熔融液态金属液面以下3～5cm；

S5：使止液棒（11）的初始位置为第一状态，物料进出口（1502）畅通；

S6：使真空发生器工作，对储料腔（1501）抽真空，通过负压作用使浇注保温炉中的熔融液态金属进入储料腔（1501）中，直至悬臂称重传感器（2）的计数G∈[G0-S ,G0+S]时，使止液棒（11）为第二状态，止液棒（11）封堵物料进出口（1502），与此同时,真空发生器停止工作；

S7：使浇注机的机械臂带动液态金属存储器（15）移动至浇注位置；

S8：使止液棒（11）的初始位置为第一状态，物料进出口（1502）畅通，同时使惰性气体经通气孔（6）通入储料腔（1501）中，使储料腔（1501）中的熔融液态金属至浇注模具中，完成浇注；

S9：控制电气比例阀（30）的开口进一步增大，使惰性气体快速将储料腔（1501）中的残余金属液滴和残屑吹落，再使止液棒（11）为第二状态，止液棒（11）封堵物料进出口（1502）。

10.根据权利要求9所述的惰性气体保护的定量浇注装置的使用方法，其特征是：步骤S8中，储料腔（1501）中的熔融液态金属至浇注模具的过程分为三个阶段：设定第一阶段中熔融液态金属的流出速度为v1，第二阶段中熔融液态金属的流出速度为v2，第三阶段中熔融液态金属的流出速度为v3，v1＞v2，v3＞v2，v1≈v3；

第一阶段：通过控制电气比例阀（30）的开口大小，使熔融液态金属的流出速度为v1，当悬臂称重传感器（2）的计数G=G0*（1-a%）时，进入第二阶段；

第二阶段：通过控制电气比例阀（30）的开口大小，使熔融液态金属的流出速度为v2，当悬臂称重传感器（2）的计数G= G0*（1-a%-b%）时，进入第三阶段；

第三阶段：通过控制电气比例阀（30）的开口大小，使熔融液态金属的流出速度为v3，当悬臂称重传感器（2）的计数G∈[G0*0.01%，0]时， 完成浇注。