專利名稱：鋁合金花紋圈低壓鑄造模具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鋁合金花紋圈低壓鑄造模具。
背景技術：
鋁合金花紋圈是輪胎模具中用于硫化成型輪胎花紋的重要部件，該部件的加工方式，目前國內外普遍應用的主要有以下三種I、雕刻工藝適用于載重胎模具；2、電腐蝕工藝適用于載重胎和乘用胎模具；3、鋁合金鑄造工藝適用于乘用胎模具。出于安全性、舒適性和美觀性的要求，乘用胎花紋設計較載重胎復雜，且花紋的形狀精度及尺寸精度要求很高。因此，模具的花紋圈加工主要采用鋁合金鑄造工藝。目前，鋁合金花紋圈鑄造工藝，通用的有低壓鑄造和重力鑄造兩種。其中低壓鑄造以其技術先進，鑄件密度高、強度好的優點，日益成為花紋圈鑄造工藝的主導趨勢。但因其工藝復雜、裝備及技術參數的確定難以把握，對成品合格率的影響很大。結合圖3，低壓鑄造的澆注原理是模型位于坩堝I的上方，鋁液2在一定的壓力下通過升液管3、澆道4，上升到模腔5內，充滿模腔后保壓一段時間，使鋁液在壓力下結晶、 凝固，直至達到要求的冷卻溫度后，卸壓、脫模。石膏模芯12同軸設置于外模6的空腔內且石膏模芯的中心具有填充砂13,外模的內壁與石骨模芯12的外壁形成模具的模腔5,在石骨模芯的底部密封設置有石骨板14,石膏板與底模15之間形成與模腔連通的澆道4，低壓鑄造的澆道4在模腔5下方，補縮過程是通過壓力由澆道進行的。因此鑄件的凝固順序應該是由內向外、由上至下，最后凝固的下部由澆道進行補縮，鑄件的凝固順序為A — B — C — D — E — F,若能做到這一點,鑄件的表面及內部質量均可得到保證。外模6的底部具有一定的錐面角度，其作用為1、保證鑄件由上至下的冷卻順序。 2、保證鑄件容易脫模。由于模具結構的特殊性，花紋圈產品的壁厚差異相對較大，同一型號外輪廓尺寸一定的情況下，內徑可根據輪胎規格有多種變化。使得花紋圈壁厚尺寸的范圍從40-100_ 不等。因此，相同參數的外模及澆道，澆注壁厚在80mm以上的鑄件時，由于鋁液重量多，熱容量相對較大，冷卻時間過長，導致鑄件冷凝順序發生變化，燒道部位F點先于鑄件的E點冷卻，截斷了補縮通道，致使鑄件的E點補縮不足，產生氣孔和縮松缺陷，嚴重時造成報廢。由此看來，現有的外模結構及工藝參數，在澆注壁厚尺寸較大的花紋圈產品時，存在很多技術缺陷，其產品合格率難以保證，這是我們急需解決的技術難題。
發明內容
為克服現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種鋁合金花紋圈低壓鑄造模具，以及采用該種模具進行低壓鑄造的強制冷卻方法，使鑄件可以按要求加快局部冷卻速度，實現理想的冷凝順序。本發明解決技術問題采用如下技術方案鋁合金花紋圈低壓鑄造模具，包括外模、石膏模芯以及底模，所述外模總體上呈圓臺形其內部為空腔，所述石膏模芯同軸設置于外模的空腔內且石膏模芯的中心具有填充砂，所述外模的內壁與所述石膏模芯的外壁形成模具的模腔，在石膏模芯的底部密封設置有石膏板，所述石膏板與所述底模之間形成與所述模腔連通的澆道，所述外模包括總體上呈圓臺形的內部為空腔的外模本體，在所述外模本體內靠近其底部處設置有冷卻液流道， 所述冷卻液流道周向環繞所述外模本體一周，且在冷卻液流道內設置有隔板，在所述隔板的兩側分別設置有冷卻液流道的進水嘴和出水嘴。本發明結構特點還在于所述冷卻液流道的中心與所述外模本體底面的高度差為整個外模本體高度的所述冷卻液流道的外側設置有封板對所述冷卻液流道形成密封，所述封板的外壁與所述外模本體的外壁處于同一平面。所述冷卻液流道的橫截面積為15cm2，冷卻液流道內側的外模本體的壁厚為15mm。所述進水嘴為1/2"管，所述出水嘴為3/4"管，且進水嘴與外部供水管道的連接管路中設置有流量計以及開關閥。采用本發明模具進行低壓鑄造的方法，其特征是按以下工序依次進行A、確定鑄造工藝參數外模預熱至350°C，石膏模芯預熱110°C，澆道預熱至 400 0C ；B、充型過程，即由澆道向模腔中澆注鋁液，澆注溫度為700°C;充型壓力為0.3bar， 充型速度為0. 007bar/s，在鋁液充滿模型后50_60s內進行保壓，保壓壓力維持在I. Obar, 保壓時間為2000s ；C、在保壓的同時，由進水嘴向外模的冷卻液流道內充入冷卻水，冷卻水在流道內繞外模環繞一周后自出水嘴流出，冷卻水的流量為150-200cm3/s，持續時間500_600s ；D、冷卻水帶走熱量促使鑄件在300s內冷卻至550°C，當鑄件溫度冷卻至350°C時， 可進行卸壓、脫模，脫模后鑄件繼續在室溫下冷卻，鑄造工序完成。本發明的基本原理如背景技術所述，低壓鑄造的過程中，鑄件的冷凝順序應該是由內向外、由上到下，鑄件下部凝固時需由澆道進行補縮。因此，澆道處必須是最后冷卻部位。為保證這一順序，在工藝裝備外模及澆道型號一定時，如遇厚壁鑄件，就必須考慮加快鑄件下部的冷卻速度問題。本發明設計了新型外模結構，即在原有結構尺寸基礎上，在外模本體內設置一冷卻液流道，即沿外模圓周方向形成帶有進、出水嘴的環形通道。進、出水嘴之間設置有一隔板，保證冷卻水沿外模圓周方向環繞一周后，從出水嘴排出。產品澆注時，當模腔充滿后，向進水嘴連續充入冷卻水，循環一周后由出水嘴排出。由于水的比熱容為4. 2xl03J/kg°C，是鋼的9倍，當冷卻水以200cm3/s的流量連續充入和排出時，在最初的IOOs內帶走的熱量是同容積鋼質外模在環境溫度下吸收熱量的10倍。 因此，可實現加快鑄件下部冷卻速度的目的，使鋁液溫度在300s內可由澆注溫度的700°C降到固相線溫度的550°C，達到理想的冷凝順序要求。 與已有技術相比，本發明的有益效果體現在I、本發明模具的外模本體內設置有冷卻液流道，通過環繞外模的冷卻水可使鑄件的下部先于澆道冷卻，不僅可縮短充型保溫、保壓時間，由原來的3300s減到2000s，節省電力、提高工效。更為重要的是，保證了超大壁厚鑄件冷卻順序的合理實現，使鑄件下部得以充分補縮。解決了原模具易使鑄件產生縮松、氣孔缺陷問題，避免產品因鑄造缺陷而造成報廢。2、原模具及其澆注工藝，由于鑄件冷卻時間長，造成上、下口徑處的收縮率相差較大，上部為0.013，下部為0.014。本發明的模具實現了鑄件下部厚壁的快速冷卻后，上、下口徑的鑄造收縮率相差無幾，均為0. 013，給鑄造工藝參數的準確制定帶來方便，最終保證了鑄件的尺寸精度。
圖I為本發明充型過程壓力曲線圖；圖2為鑄件冷卻過程中本發明強制冷卻方法與原方法冷卻曲線比較示意圖，圖中A為原冷卻曲線，B為本發明冷卻曲線；圖3為鋁合金花紋圈低壓鑄造原理示意圖；圖4為本發明外模的局部結構示意圖；圖5為圖4的A向剖面結構示意圖。圖中標號1坩堝，2鋁液，3升液管，4澆道，5模腔，6外模，7冷卻液流道，8隔板， 9進水嘴，10出水嘴，11隔板，12石骨模芯，13填充砂，14石骨板，15底模。以下通過具體實施方式
，并結合附圖對本發明作進一步說明。
具體實施例方式實施例I :參照圖3-5，本發明鋁合金花紋圈低壓鑄造的外模6，在其本體內設置有周向環繞外模本體一周的冷卻液流道7，其中心距外模底面的距離為外模高度的1/4，且在冷卻液流道內設置有隔板8，在隔板的兩側分別設置有冷卻液流道的進水嘴9和出水嘴10。冷卻液流道7的外側設置有封板11對所述冷卻液流道形成密封，封板11的外壁與外模本體的外壁處于同一平面。具體設置中，冷卻液流道7的橫截面積為15cm2，其內側的外模本體的壁厚為15mm。進水嘴為1/2"管，出水嘴為3/4"管,且進水嘴與外部供水管道的連接管路中設置有流量計以及開關閥。實施例2 :本實施例中，鑄造工藝參數按如下條件設定外模預熱350°C，石膏模芯預熱110°c，澆道預熱400°C，澆注溫度700°C。充型過程按圖I所示壓力曲線進行，充型壓力0. 3bar，充型速度0. 007bar/s，保壓I. Obar，時間為2000s。在此過程中，當鋁液充滿型后50-60s，開始向外模充入冷卻水，控制流量150-200cm3/min持續500-600s后停止。保壓時間達2000s后，鑄件溫度降至350°C時，卸壓、脫模、在室溫下繼續冷卻。流量大小的控制， 依據鑄件壁厚80-100mm尺寸，在150-200cm3/s范圍內選擇，鑄件壁厚尺寸大時，流量取大值，反之取小值，保證鑄件在300s內冷卻至550°C，按此方法，可實現鑄件的快速冷卻，獲得理想的冷凝順序。
權利要求
1.鋁合金花紋圈低壓鑄造模具，包括外模、石膏模芯以及底模，所述外模總體上呈圓臺形其內部為空腔，所述石膏模芯同軸設置于外模的空腔內且石膏模芯的中心具有填充砂， 所述外模的內壁與所述石膏模芯的外壁形成模具的模腔，在石膏模芯的底部密封設置有石膏板，所述石膏板與所述底模之間形成與所述模腔連通的澆道，其特征在于，所述外模包括總體上呈圓臺形的內部為空腔的外模本體，在所述外模本體內靠近其底部處設置有冷卻液流道，所述冷卻液流道周向環繞所述外模本體一周，且在冷卻液流道內設置有隔板，在所述隔板的兩側分別設置有冷卻液流道的進水嘴和出水嘴。
2.根據權利要求I所述的鋁合金花紋圈低壓鑄造模具，其特征在于，所述冷卻液流道的中心與所述外模本體底面的高度差為整個外模本體高度的1/4。
3.根據權利要求I所述的鋁合金花紋圈低壓鑄造模具，其特征在于，所述冷卻液流道的外側設置有封板對所述冷卻液流道形成密封，所述封板的外壁與所述外模本體的外壁處于同一平面。
4.根據權利要求3所述的鋁合金花紋圈低壓鑄造模具，其特征在于，所述冷卻液流道的橫截面積為15cm2，冷卻液流道內側的外模本體的壁厚為15mm。
全文摘要
本發明公開了一種鋁合金花紋圈低壓鑄造模具，包括外模、石膏模芯以及底模，所述外模總體上呈圓臺形其內部為空腔，所述石膏模芯同軸設置于外模的空腔內且石膏模芯的中心具有填充砂，所述外模的內壁與所述石膏模芯的外壁形成模具的模腔，在石膏模芯的底部密封設置有石膏板，所述石膏板與所述底模之間形成與所述模腔連通的澆道，所述外模包括總體上呈圓臺形的內部為空腔的外模本體，在所述外模本體內靠近其底部處設置有冷卻液流道，所述冷卻液流道周向環繞所述外模本體一周，且在冷卻液流道內設置有隔板，在所述隔板的兩側分別設置有冷卻液流道的進水嘴和出水嘴。本發明解決了鑄件下方發生縮松及氣孔等缺陷問題。
文檔編號B22D18/04GK102581258SQ20121001605
公開日2012年7月18日 申請日期2010年2月2日 優先權日2010年2月2日
發明者王金洋, 許方 申請人:合肥大道模具有限責任公司