鋁合金車輪強力鑄造機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于鑄造成形技術領域，特別涉及鋁合金車輪鑄造成形裝備。
【背景技術】
[0002]目前，國內外鋁合金車輪生產以鑄造為主，常用的鑄造工藝包括低壓鑄造和重力鑄造。重力鑄造是在重力鑄造機上，將鋁液在重力作用下澆入金屬型腔并通過所設的澆口來實現重力補縮而獲得鑄件的方法。重力鑄造機普遍存在:補縮能力弱、澆鑄易卷氣、澆口尺寸大導致材料利用率低、澆口需要專門的工序去除等問題。
[0003]專利申請號:200620161056.6公開的“重力鑄造機”，該裝備機身為C型框架結構，本發明的機身結構為板框焊接式與其不同；該裝備位于下梁的下軸芯缸在鑄造完畢后用于卸料，本發明的強力鑄造機的導流缸用于澆鑄時配合模具對料液進行引導和控速充型，使其平緩進入模具型腔，達到澆鑄無卷氣的效果，兩者作用不同；此外，本鑄造裝備設有強力補縮液壓缸，用于對料液施加0.l_3MPa壓力，將補縮料液推注至模具型腔進行強力補縮且不產生澆口，而該設備是靠重力補縮的，補縮壓力有限且產生較大澆口，需要專門的去澆口工序去除澆口。
[0004]低壓鑄造是在低壓氣體作用下使液態金屬充填鑄型并凝固成鑄件的鑄造方法，所用的低壓鑄造機在機體下部設有鋁液保溫爐，在密閉的保溫爐上蓋中心部位裝有升液管，升液管插到金屬液面以下，將干燥的壓縮空氣通過進氣管送到保溫爐內，氣體壓力范圍一般為0.6?1.5 bar，使金屬液通過升液管從澆口進入模具型腔，保壓并冷卻至鑄型中的鋁液完全凝固，然后卸壓，升液管中的金屬液會自動落回，開模出件。低壓鑄造機以德國GIMA為典型代表，應用較廣的結構形式為四立柱式或二立柱式。低壓鑄造機存在的問題:設備高度大、噸位重、受保溫爐的限制補縮壓力不宜提高、車輪鑄件中心盤處的延伸率低是目前大量應用的低壓鑄造機長期未能解決的問題。
[0005]專利申請號:201220317555.5公開的“一種雙工位低壓鑄造機”，該設備機身為四立柱式結構，而本發明鑄造裝備機身結構為雙柱板框焊接結構與其顯著不同；該設備為低壓鑄造機，補縮壓力0.1MPa左右，而本發明的鑄造機的最高補縮壓力是其30倍；該設備下方設有鋁液保溫爐，本發明的車輪鑄機下方中心處不設鋁液保溫爐；該設備是在保溫爐液面施加氣壓來實現補縮的，補縮原理與本發明截然不同；該設備沒有本發明的導流控速充型機構，無法實現無卷氣澆鑄和控速充型。
[0006]鋁合金車輪鑄造成形存在的共性問題:1)需要開發新型結構、新的補縮原理與方法的壓鑄機；2)解決澆鑄中的卷氣問題；3)需要對充型速度進行有效控制；4)需要提高補縮壓力；5)需要有快速順序凝固的調控功能。
【發明內容】
[0007]本發明針對上述鋁合金車輪鑄造成形存在的問題，發明了一種鋁合金車輪強力鑄造機，與現有低壓鑄造機具有本質的不同，不同點之一是:本項發明的強力鑄造機下方沒有與模具相連通的保溫爐，而是將保溫爐移出，并且多臺強力鑄造機公用一臺體外保溫爐，鋁液的燒損和氧化損失降低，鋁液保護氣體用量也隨之減少；不同點之二是:本項發明的強力鑄造機不是通過在保溫爐的液面上施加惰性氣體來實現低壓(0.1MPa)補縮的，而是通過安裝在機體上梁中央處的強力補縮液壓缸來實現的，其補縮壓力范圍在0.1-3.0MPa，遠遠大于低壓鑄造，提供的最高補縮壓力為低壓鑄造補縮壓力的30倍；不同點之三:本發明的強力鑄造機的強力補縮功能可使鑄件密度更高、強度和延伸率更高；不同點之四:與低壓鑄造機相比本發明的強力鑄造機機體為單牌坊式焊接結構，保溫爐從機體移出，設備總高度比低壓鑄造機低至少2m，總重輕30%，對廠房高度的要求隨之降低。
[0008]本發明的鋁合金車輪強力鑄造機，與現有重力鑄造機相比亦具有本質的不同，不同點之一是:強力鑄造與重力鑄造都是從上模中心孔澆鑄，澆液位置距離模具型腔底面較高，會有沖擊卷氣現象發生，但本發明的強力鑄造機在下梁中心處設有垂直運動的導流液壓缸，液壓缸可帶動升入上模的強力補縮加壓室中的導流活塞在澆鑄時按設定的速度下行，引導鋁液平穩地向下運動并充滿型腔，避免了卷氣現象的發生；不同點之二是:重力鑄造機靠中心澆口的高度產生壓差或在澆口處增加氣壓來實現補縮，補縮效果有限，遠遠低于本發明的強力鑄造機的補縮壓力；不同點之三:重力鑄造機生產的車輪鑄件帶有直徑和高度尺寸都較大的澆口，后序去除費時費力，本發明的鑄造機生產的車輪無澆口亦不需后續工序去除。
[0009]以鑄造鋁合金為原材料，以車輪產品為對象，在使用相同鑄造材料的前提下，通過研制具有新型功能、操作簡單、調試方便、性能先進的成形設備，來提高車輪產品的強度指標、塑性指標并有效提高生產效率和材料利用率是本發明專利的基本目標，為實現這樣的目標，本發明給出一種新型的鋁合金車輪鑄造設備-鋁合金車輪強力鑄造機，由機體、滑塊及其導向機構、垂向和水平鎖模機構、無卷氣導流控速充型機構、強力補縮機構、溫控系統和電液伺服控制系統組成，其特征之處在于:獨特的結構和布局特征；獨特的無卷氣導流澆鑄功能、控速充型功能、強力補縮功能和以快速順序凝固為目標的溫度調控功能；這些特殊功能集成應用于本強力鑄造機，使本機具有數字化電液伺服控制的先進性能，配合相應的模具可顯著提高車輪鑄件的強度和延伸率，并有效提高車輪鑄造生產效率、材料利用率和降低設備成本。
[0010]本發明的強力鑄造機其機身結構特征和機構布局特征在于:機身(1-3)為板框整體焊接結構；其強力補縮液壓缸(1-5)安裝于上梁(2-4)中心處；兩個垂直鎖模液壓缸(1-4)位于強力補縮液壓缸(1-5)兩側，固定于上梁(2-4)上，用于帶動滑塊(1-10)實現模具垂直開合運動；機身上部外側設有4個導向支撐安裝座(2-5)并與導向支撐(1-8)緊固裝配于一體，4個導向桿(1-7)安裝在導向支撐(1-8)內，用于滑塊(1-10)垂直運動的導向；邊模液壓缸(1-11)分別安裝在機身兩側板(2-3)及液壓缸固定座(1-13)上；導流控速液壓缸(1-1)安裝于機身下梁(2-6)中心處；滑塊(1-10)的下表面與模具聯接柱聯結，工作臺(1-12)上表面與模具的底板連接，邊模(可為2瓣或4瓣)置于工作臺(1-12)上并與邊模液壓缸(1-11)的活塞桿相連；機身上梁(2-4)安裝有四個卸料桿(1-9)，滑塊(1-10)回程到一定高度時，通過卸料桿(1-9)與模具卸料板碰撞來實現卸料；本機身具有結構簡單、剛度大、重量輕、高度低的特點，機身厚度方向較窄，易于實現自動化上料和自動化下料。
[0011]本發明的強力鑄造機具有無卷氣澆鑄與控速充型的獨特功能，是靠一套導流控速充型系統來實現的，導流控速充型系統是本發明的重要組成部分，該系統由導流控速液壓缸(1-1)、位移傳感器(3-12)、導流活塞(3-11)、液壓管路、伺服閥(3-7)和電控系統組成，伺服系統通過控制導流控速液壓缸(1-1)的下行速度，使其帶動強力補縮加壓室(3-4)內的導流活塞(3-11)自上而下地按照預設置速度移動，將澆杯放出的鋁液自上而下地平穩引入到強力補縮加壓室(3-4)直至模具型腔入口處，因此該導流功能有效地避免了由于鋁液澆鑄時落差大發生與壁底沖擊而引起的卷氣現象，在無卷氣地將澆杯放出的鋁液平穩引入到強力補縮加壓室(3-4)后，此時導流活塞(3-11)繼續向下移動就會使強力補縮加壓室(3-4)底部至模具型腔的進料通道聯通，通過伺服閥(3-7)和位移傳感器(3-12)配合控制導流控速液壓缸(1-1)的行程位置，進而帶動導流活塞(3-11)來調節所打開的進料通道口的開度，實現對型腔各部位充型速度的伺服控制。
[0012]本發明的強力鑄造機具有強力補縮的獨特功能，所述的強力補縮功能是靠一套強力補縮系統來實現的，強力補縮系統是本發明的重要組成部分，該系統由安裝于機身上梁(2-4)中心處的強力補縮液壓缸(1-5)、位移傳感器(3-6)、液壓管路、伺服閥(3-8)以及閉環電控系統組成，澆鑄充型完畢移走澆杯，強力補縮液壓缸(1-5)推動補縮活塞(3-5)立即進入強力補縮加壓室(3-4)，并按設定的速度與壓力將強力補縮加壓室(3-4)內的鋁液實時地推注到模具型腔內，本設備提供的補縮壓力范圍在0.1-3.0MPa可編程控制，遠高于重力和低壓鑄造的補縮壓力，本機所提供的最高補縮壓力是低壓鑄造補縮壓力的30倍，故稱之為“強力補縮”。
[0013]本發明的鋁合金車輪強力鑄造機具有快速順序凝固溫控功能，作為本發明的重要組成部分，該獨特功能是這樣實現的:以實現順序凝固、快速冷卻為目標，在以PLC為核心的控制系統中，建立了以水或風為介質的可供上模、底模和邊模冷卻的多路冷卻控制分系統，該分系統作為與模具的銜接接口，支持多路冷卻控制，給出了由模具測溫傳感器、冷卻介質入出口溫度傳感器、流速調節閥、流量傳感器、電磁開關和PLC組成的模具冷卻測控分系統的構成，每路設有流速調節閥Qi, %2...n、流量檢測傳感器Qi, 和通斷電磁閥Ki,
，，每路的冷卻開啟時刻為k κ2...η，開啟間隔為Ati=QiAiiHh,通過對每路的流速Qi, i=1，2...n、總流量Qi, &2.1和冷卻開啟時刻k %2.1三類基本變量來進行模具溫度的調節，Twi, i=0, 2...7，為每路的進出口冷卻介質溫度傳感器輸出值用以作為參考變量，模具的控制變量為各控制點的溫度T1Yi=I, 2...5，本機可提供5個模具溫度監控點傳感器輸出值，作為本溫控系統的控制變量，這些控制變量是三類基本變量、總流量冷卻開啟時刻的隱函數，為使模具各控制點溫度數字化，建立了多點溫度T1Yi=I, 2...5監測系統，測得的溫度值Tmi, ?=1, 2...5用以作為三類基本變量調整目標與參考依據，這種以流速、流量及冷卻開啟時刻作為基本變量，以模具控制點溫度為控制變量的模具溫度監控系統，為工藝參數設定和調整提供了數值依據與數字化調控手段。
[0014]本機具有重量輕、結構緊湊和數字化電液伺服控制的先進性，具有無卷氣澆鑄、控速充型、強力補縮和快速順序凝固的溫度調控等獨特功能，配合相應的強力鑄造模具與工藝，生產的鋁合金車輪具有密度高、強度高和延伸率高的優越性能指標，并有效