专利名称：一种铝合金车轮重力机铸造模具、设备及其铸造方法
技术领域：
本发明涉及一种铝合金车轮制造技术领域，特别涉及一种铝合金车轮重力机铸造模具、设备及其铸造方法。该方法也适合其它铝合金铸件重力铸造的技术改进。
背景技术：
目前，国内外铝合金车轮制造的方法有锻造、挤压铸造、低压铸造和重力铸造等，而低压铸造和重力铸造为国内普遍使用的铸造方法。低压铸造是铝液在底模下部的保温炉内，在气体压力作用下经升液管进入模具型腔，在压力下成型、补缩、凝固。其中，重力铸造是指铝液在地球重力作用下注入型腔的工艺，根据铝液浇口位置的不同，分为中心浇注、边模浇注和双边模浇注。其中中心浇注成型的轮毂毛坯有中心浇帽口、上轮辋帽口 ；边模浇注成型的轮毂毛坯有边浇帽口、中心帽口和上轮辋帽口 ；双边模浇成型的轮毂毛坯有中心帽口、上轮辋帽口、两个边浇帽口。此三种浇注方式成型的铝合金车轮的帽口太多(比如14英寸轮毂原重力毛坯每件用铝达到18公斤左右，新技术则8. 5公斤左右)，脱模变形量大，后 续加工余量大，导致产品的重量成品率低；多余帽口与过多铝屑重熔烧损和能耗浪费巨大。另外，此三种浇注方式都是通过人工将铝液从浇口处一次次浇注至型腔中，充型过程人工因素较多，成型的铝合金轮毂的质量稳定性欠佳，如人工浇注节奏和充型速度掌握不到位，常常会使铝合金车轮的漏气率增大。
发明内容
针对现有铝合金车轮制造的缺点，本发明提供一种新型的铝合金车轮重力机铸造模具、设备改进及其铸造方法。为了实现上述目的，本发明所采取的措施一种铝合金车轮重力机铸造方法，所述铸造方法为根据铸件重量把定量铝液倒入保温杯中的储液杯，保温杯位于顶模的上部或边模的上部，在储液杯内的铝液在气体压力作用下经导液套管从顶模上端的浇口进入模具型腔，铝液在气体压力作用下完成充型、补缩、凝固，该方法包括以下步骤第一步，在底模分流锥上放置过滤网后合模；第二步，启动油缸，打开加压密封盖；第三步，往保温杯内注入铸造铝合金车轮所需要的定量铝液并过滤；第四步，启动浇注启动按钮，加压密封盖密封的同时进气加压管进气自动控制打开，保温杯内气体压力按工艺要求加压；第五步，存放在保温杯内的铝液在气体压力作用下经导液套管自上而下开始流向模具型腔，连续浇注、充型、补缩和凝固；第六步，利用冷却装置冷却铝合金车轮重力铸造模具和模具型腔中的铝液，铝合金车轮毛坯凝固，无边帽口的轮毂成型；第七步，打开边模，顶模带动铝车轮铸件起模，取件手进入到接料位置，轮缘顶杆顶出铸件并收回轮缘顶杆，主油缸上升到位，取件手回位并完成铸造过程。一种铝合金车轮重力铸造模具，铸造模具包括铸造模具结构、保温杯、截堵导液装置，铸造模具结构包括所述顶模、顶模模芯、边模、底模、型腔、底模分流锥、中心帽口、分流锥冷却管、底模轮心冷却管、底模R角冷却管、边模R角冷却管、顶模R角冷却管、顶模模芯的冷却管、顶杆板连接导向柱、顶杆板下板、顶杆板上板、轮缘顶杆、顶模连接螺钉，顶模通过顶杆板连接导向柱和顶模连接螺钉与顶模连接板连接；顶杆板和顶杆板下板与顶杆板安装动板连接，同时，分流锥设置于底模上；此外，顶杆板下板、顶杆板上板均为中空环形板；铸造模具通过其型腔与保温杯相连通，保温杯设置于顶模上，保温杯底部设置有截堵装置导液套管。所述保温杯包括保温杯体、保温杯加热装置(燃气加热管或电加热)、保温杯储液杯、保温杯支撑板，保温杯帽口铝液返回加压管、保温杯帽口铝液返回加压透气塞，其中，保温杯储液杯焊接有套管。所述截堵导液装置主要由导液套管内管、导液套管外管构成，导液套管内管密封固定于保温杯储液杯底端，导液套管内管的下端与中心帽口上出口端及模具型腔相连通构 成铝液流通通道，铝液流通通道上设有过滤网，底模分流锥上也设有过滤网；导液套管外管为活动连接。一种铝合金车轮重力铸造设备，铝合金车轮铸造设备包括设备加压装置、设备顶杆脱模装置。所述气体压力加在位于顶模上方的储液杯或边模上方的储液杯；所述设备加压装置包括油缸或气缸与保温杯储液杯的杯口端设置有加压密封盖，加压密封盖上设置有进气管远端三通接排气阀、压力检测管、加压密封盖上的密封弹簧、加压密封动板、加压进气主管、压力检测主管、压力检测主管实心堵头、加压进气主管实心堵头、加压进气起源软管、压力检测软管、加压缸动板，油缸或气缸固定于静板上，进气管上分别设置有进气阀门和排气阀门，进气管与气源相连通。。所述设备脱模装置包括油缸固定静板、主拉杆、脱模油缸、脱模空心拉杆，脱模拉杆连接实心堵头、燃气入口软管或电加热线入口、燃气出口软管或电加热线出口、返压出口软管、返压进气口软管，其中，固定静板固定于主拉杆上；设备脱模拉杆脱模动板固定连接，脱模动板与脱模油缸固定连接，同时，脱模油缸与油缸固定静板固定连接；顶杆板安装动板与脱模空心拉杆连接、顶模连接板与主拉杆连接、顶杆板连接导向柱与顶杆板安装动板连接。本发明的有益效果大大减少毛坯原材料的应用及能源消耗，同时减少脱模变形量及后续加工余量，从而大大提高产品成品率；减少铸造出的铝合金车轮帽口，实现连续自动浇注、充型、补缩和结晶凝固，减少人为浇注因素对产品质量稳定性的影响的同时有效降低了生产中的工人劳动强度。
图1，本发明剖面结构示意图。
具体实施例方式一种铝合金车轮重力机铸造模具、设备改进及其铸造方法，如图I所示，包括改造后的铸造方法、改造后铸造模具、改进后的铝合金车轮铸造设备，改造后的铸造方法通过改造后铸造模具、改进后的铝合金车轮铸造设备实现。在实际专利实施过程中，首先，铸造方法为根据铸件重量把定量铝液倒入保温杯，在保温杯内的铝液在气体压力作用下经导液套管从顶模上端的浇口进入模具型腔，铝液在气体压力作用下完成充型、补缩、凝固，该方法包括以下步骤第一步，在底模分流锥7. 5上放置过滤网7. 122后合模；第二步，启动油缸，打开加压密封盖8. 2 ;第三步，往保温杯内注入铸造铝合金车轮所需要的定量铝液并过滤；第四步，启动浇注启动按钮，加压密封盖8. 2密封的同时进气加压管8. 31进气自动控制打开，保温杯内气体压力按工艺要求加压；第五步，存放在保温杯内的铝液在气体压力作用下经导液套管自上而下开始流向模具型腔，连续浇注、充型、补缩和凝固；第六步，利用冷却装置冷却铝合金车轮重力铸造模具和模具型腔中的铝液，铝合金车轮毛坯凝固，无边帽口的轮毂成型。第七步，打开边模，顶模带动铝车轮铸件起模，取件手进入到接料位置，轮缘顶杆顶出铸件并收回轮缘顶杆，主油缸上升到位，取件手回位并完成铸造过程。采用以上工艺，每次浇注铝液用量减少许多，所以减轻了工人劳动强度；铸造的毛坯去除了边帽口，力口工余量少，降低了成本。由于是自动化浇注，铸件在气体压力下凝固，所以质量的稳定性和可靠性大大提高。该方法的设备成本比低压铸造轮毂低，铝车轮制造成本也低于重力制造和低压铸造。其次，改造后铸造模具包括铸造模具结构、保温杯、截堵导液装置，铸造模具结构 包括所述顶模7. I、顶模模芯7. 12、边模7. 2、底模7. 3、型腔7. 4、底模分流锥7. 5、中心帽口7. 121、分流锥冷却管7. 51、底模轮心冷却管7. 52、底模R角冷却管7. 53、边模R角冷却管7. 54、顶模R角冷却管7. 55、顶模模芯7. 12的冷却管7. 56、顶杆板连接导向柱7. 61、顶杆板下板7. 62、顶杆板上板7. 63、轮缘顶杆7. 63、顶模连接螺钉7. 64，顶模7. I通过7. 61和7. 64与顶模连接板9. 4连接；顶杆板7. 61和7. 62与顶杆板安装动板9. 5连接，同时，分流锥7. 5设置于底模7. 3上；此外，在顶模7. I与边模7. 2轮缘上端封口 7. 41不设边帽口(去除了原工艺的边帽口，只留必要的随型加工余量)，达到本发明的主要要求之一；另外铸件轮辋变形小，加工余量小，毛坯重量进一步减轻；轮缘顶杆7. 65固定在顶杆板下板7. 62与顶杆板上板7. 63之间，顶杆板下板7. 62与顶杆板上板7. 63套在顶杆板连接导向柱7. 61上并与顶杆板安装动板9. 5连接，顶杆板连接导向柱7. 61下端连接顶模7. I而上端连接顶模连接板9. 4。顶模连接板9. 4与脱模拉杆9. 21连接，顶模连接板9. 4与主拉杆9. I连接。铸件脱模时便可以由轮缘顶杆7. 65顶出，同时轮缘顶杆7. 65也可以方便回位。顶杆板下板7. 62、顶杆板上板7. 63均为中空环形板；铸造模具通过其型腔7. 4与保温杯相连通，保温杯设置于顶模7. I上(或边模7. 2上原工艺边浇口位置，只是毛坯又会增加点帽口)，保温杯底部设置有截堵装导液置管。保温杯包括保温杯体6、保温杯加热装置(燃气加热管或电加热)6. 15、保温杯储液杯6. 12、保温杯支撑板6. 11、保温杯帽口铝液返回加压管6. 112、保温杯帽口铝液返回加压透气塞6. 113，其中保温杯储液杯6. 12焊接有6. 121套管，方便插入套管端出高温的保温杯储液杯6. 12处理故障或更换保温杯储液杯6. 12 ;截堵导液装置主要由导液套管内管6. 161、导液套管外管6. 162构成，导液套管内管6. 161密封固定(螺纹连接或压紧连接固定)于保温杯储液杯6. 12底端，导液套管内管6. 161的下端与中心帽口 7. 121上出口端及模具型腔相连通构成铝液流通通道，铝液流通通道上设有筒状过滤网6. 10 ;导液套管外管6. 162为活动连接。当加压密封盖8. 2打开时，导液套管外管6. 162可以活动取出，方便处理帽口拔断等故障(铝液漏斗6.61也可以定期取出更换过滤网，减少了过滤网的浪费)。导液套管主要有两种结构一种是图示结构，导液套管内管6. 161固定在储液杯6. 12底部且该管上端开侧口方便铝液进入，导液套管外管6. 162上端焊接圆形薄钢板形成导液套管外管整体结构，导液套管外管6. 162上端与导液套管内管6. 161上端水平紧密接触，导液套管外管6. 162下端与储液杯6. 12底部有间隙，方便铝液在压力下从此间隙经内管和外管之间进入模具型腔；另一种是导液套管内管6. 161固定在储液杯6. 12底部且其上端不开侧口，导液套管外管6. 162上端焊接圆形薄钢板形成导液套管外管整体结构，导液套管外管6. 162上端盖下平面与导液套管内管6. 161上端水平面留有一定间隙，导液套管外管6. 162下端与储液杯6. 12底部水平面紧密接触并开有侧口，方便铝液在压力下从侧口经内管和外管之间进入模具型腔；这两种方式导液套管外管6. 162都是可活动取出的，导夜套管内外管也可以是陶瓷管；导液套管也可以用η形管取代实现堵截导液功能，只是堵帽口类故障处理不便。同时，保温杯加热装置6.15(燃气加热管或电加热)采取燃气加热，简便可靠、成本低；保温杯加热装置6. 15也可以采取电加热。由于设置了保温杯、截堵和导液装置，这样在保温杯和截堵装置的作用下，铸造铝合金车轮所需的铝液便可待全部加入到保温杯内后不会在重力作用下流进模具型腔，再在加压装置气体压力的作用下铝液经导液管自动注入模具型腔内，实现连续自动浇注、充型、补缩和结晶凝固，因此无需在本发明铝合金车轮重力铸造模具上成型的铝合金轮毂上轮辋处设置帽口，便能铸造出性能良好的铝合金车轮毛坯，这样铸造出来的铝合金车轮去除了原重力模具工艺的边帽口，减 少了大量废料，而且由于采用了轮唇顶杆脱模方式，轮辋变形量小后续加工余量也少，从而大大提高了铸件的重量成品率。市场上目前在重力机上安装的重力模具缺点，生产的铝车轮边帽口大；为了轮辋充型容易而增加壁厚，加工余量大；脱模采用反顶边帽口方式，脱模时变形量大；重量成品率低，举例老式重力机模具生产一件普通14*6英寸桑塔纳铝车轮毛坯用去18公斤铝，而该发明的模具生产的毛坯只需8. 5公斤铝。最后，改进后的铝合金车轮铸造设备包括设备加压装置、设备脱模装置；设备加压装置包括油缸或气缸8. I与保温杯储液杯6. 12的杯口端设置有加压密封盖8. 2，加压密封盖8. 2上设置有进气管8. 31 (远端三通接排气阀)、压力检测管8. 32、加压密封盖8. 2上的密封弹簧8. 21、加压密封动板8. 22、加压进气主管8. 312、压力检测主管8. 322、压力检测主管实心堵头8. 321、加压进气主管实心堵头8. 311、加压进气起源软管8. 313、压力检测软管
8.323、加压缸动板8. 4，油缸或气缸8. I固定于静板9上，进气管8. 31上分别设置有进气阀门和排气阀门，进气管8. 31与气源相连通。同时，设备加压装置实现主要体现为改进包括PLC控制气体加压功能，PLC控制气体加压功能为气源经过控制柜联通软管8. 313，再经过加压进气主管8. 312连通接到储液杯6. 12，设备加压装置的油缸或气缸8. I带动加压缸动板8. 4推动加压进气主钢管8. 312连接的加压密封动板8. 22，加压密封动板8. 22压缩加压密封盖8. 2上的密封弹簧8. 21推动加压密封盖8. 2对储液杯6. 12实施密封，PLC发出加压指令对储液杯6. 12内的铝液加压；气体压力检测是气体经过压力检测管8. 32、压力检测主钢管8. 322和压力检测软管8. 323连接到控制柜的压力检测元件，压力检测元件把压力变化情况反馈给PLC，PLC根据铸造加压需要进行控制加压。所述对储液杯6. 12密封机构的加压缸动板8. 4由所述油缸或气缸8. I带动，油缸或气缸8. I安装到固定在重力铸造机主拉杆9. I上的静板9上。此外，设备脱模装置包括油缸固定静板9、主拉杆9. I、脱模油缸9. 2、脱模空心拉杆9. 21，脱模拉杆连接实心堵头9. 23、燃气入口软管(或入口电加热线)9. 3、燃气出口软管(或出口电加热线)9. 24、返压出口软管9. 232、返压进气口软管
9.231，其中，固定静板9固定于主拉杆9. I上；设备脱模拉杆9. 21与脱模动板9. 25固定连接，脱模动板9. 25与脱模油缸9. 2固定连接，同时，脱模油缸9. 2与油缸固定静板9固定连接；顶杆板安装动板9. 5与脱模空心拉杆9. 21连接、顶模连接板9. 4与主拉杆9. I连接、顶杆板连接导向柱7. 61与顶杆板安装动板9. 5连接。同时，设备脱模装置实现主要体现为铸件轮缘顶杆脱模机构，铸件轮缘顶杆脱模机构的作用主要是为了实现脱模和合模自动化，并减少脱模时铸件变形，从而可以减少铸件的加工余量。油缸固定静板9固定在重力铸造机主拉杆9. I上随铸造机主拉杆9. I上下运动，脱模油缸9. 2固定在油缸固定静板9上，脱模拉杆连接实心堵头9. 23与脱模空心拉杆9. 21焊接或螺纹连接，再与脱模动板9. 25、顶杆板安装动板9. 5连接。这样脱模油缸9. 2通过脱模机构带动顶杆板安装动板9. 5，使轮缘顶杆7. 65顶出或收回。脱模空心拉杆9. 21、加压进气主钢管8. 312、压力检测主管8. 322采用空心钢管，它们除了起到脱模和密封拉杆的力传递作用，也起到气体或燃气通道作用，这样避免模具加热时对软管的损坏而产生故障。如果采取电加热，电线可走脱模空心拉杆9. 21， 防止模具加热时烧坏电线。由于设置密封装置、加压装置、脱模装置，这样在模具配合下，铸造铝合金车轮所需的铝液便可待全部加入到保温杯内后，再在加压装置的作用下铝液会自动注入模具型腔内，实现连续自动浇注、充型、补缩和结晶凝固，无需在本发明的铸造模具上轮辋处设置帽口，便能铸造出性能良好的铝合金车轮毛坯，这样铸造出来的铝合金车轮去除了原重力模具工艺的边帽口，而且由于采用了轮唇顶杆脱模方式，轮辋变形量小后续加工余量也少，从而大大提高了铸件的重量成品率。由于设置了密封、加压、脱模装置，便于实现自动化，消除了手工浇注因素对产品质量稳定性的影响。另外该设备还可以安装原来的有边帽口模具生产的功能，脱模方式、冷却方式也可以按照原来方式进行。改进后的设备物美价廉，生产的产品成本低、质量好。目前市场上重力机只能安装老式重力模具生产，生产的铝车轮边帽口大；加工余量大；脱模采用反顶边帽口方式，脱模时变形量大；重量成品率低。 本领域内普通的技术人员的简单更改和替换都是本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种铝合金车轮重力机铸造方法，其特征在于，所述铸造方法为根据铸件重量把定量铝液倒入保温杯中的储液杯(6. 12)，保温杯位于顶模(7. I)的上部或边模(7.2)的上部，在储液杯￠.12)内的铝液在气体压力作用下经导液套管从顶模上端的浇口进入模具型腔，铝液在气体压力作用下完成充型、补缩、凝固，该方法包括以下步骤第一步，在底模分流锥(7. 5)上放置过滤网(7. 122)后合模；第二步，启动油缸，打开加压密封盖(8. 2);第三步，往保温杯内注入铸造铝合金车轮所需要的定量铝液并过滤；第四步，启动浇注启动按钮，加压密封盖(8. 2)密封的同时进气加压管(8.31)进气自动控制打开，保温杯内气体压力按工艺要求加 压；第五步，存放在保温杯内的铝液在气体压力作用下经导液套管自上而下开始流向模具型腔，连续浇注、充型、补缩和凝固；第六步，利用冷却装置冷却铝合金车轮重力铸造模具和模具型腔中的铝液，铝合金车轮毛坯凝固，无边帽口的轮毂成型；第七步，打开边模，顶模带动铝车轮铸件起模，取件手进入到接料位置，轮缘顶杆顶出铸件并收回轮缘顶杆，主油缸上升到位，取件手回位并完成铸造过程。
2.—种铝合金车轮重力铸造模具，其特征在于，铸造模具包括铸造模具结构、保温杯、截堵导液装置，铸造模具结构包括所述顶模(7. I)、顶模模芯(7. 12)、边模(7. 2)、底模(7. 3)、型腔(7. 4)、底模分流锥(7. 5)、中心帽口(7. 121)、分流锥冷却管(7. 51)、底模轮心冷却管(7. 52)、底模R角冷却管(7. 53)、边模R角冷却管(7. 54)、顶模R角冷却管(7. 55)、顶模模芯(7. 12)的冷却管(7. 56)、顶杆板连接导向柱(7. 61)、顶杆板下板(7. 62)、顶杆板上板(7. 63)、轮缘顶杆(7. 65)、顶模连接螺钉(7. 64)，顶模(7. I)通过顶杆板连接导向柱(7.61)和顶模连接螺钉(7.64)与顶模连接板(9.4)连接；顶杆板(7.63)和顶杆板下板(7. 62)与顶杆板安装动板(9. 5)连接，同时，分流锥(7. 5)设置于底模(7. 3)上；此外，顶杆板下板(7. 62)、顶杆板上板(7. 63)均为中空环形板；铸造模具通过其型腔(7. 4)与保温杯相连通，保温杯设置于顶模(7. I)上，保温杯底部设置有截堵装置导液套管。
3.根据权利要求2所述的一种铝合金车轮重力铸造模具，其特征在于，所述保温杯包括保温杯体出)、保温杯加热装置(6. 15)、保温杯储液杯(6. 12)、保温杯支撑板(6. 11)，保温杯帽口铝液返回加压管￠. 112)、保温杯帽口铝液返回加压透气塞￠.113)，其中，保温杯储液杯(6. 12)焊接有(6. 121)套管。
4.根据权利要求3所述的一种铝合金车轮重力铸造模具，其特征在于，所述截堵导液装置主要由导液套管内管(6. 161)、导液套管外管(6. 162)构成，导液套管内管(6. 161)密封固定于保温杯储液杯(6. 12)底端，导液套管内管(6. 161)的下端与中心帽口(7. 121)上出口端及模具型腔相连通构成铝液流通通道，铝液流通通道上设有过滤网(6. 10)，底模分流锥上也设有过滤网(7. 122);导液套管外管(6. 162)为活动连接。
5.一种铝合金车轮重力铸造设备，其特征在于，铝合金车轮铸造设备包括设备加压装置、设备顶杆脱模装置。
6.根据权利要求5所述的一种铝合金车轮重力铸造设备，其特征在于，所述气体压力加在位于顶模(7. I)上方的储液杯(6. 12)或边模(7. 2)上方的储液杯(6. 12);所述设备加压装置包括油缸或气缸(8. I)与保温杯储液杯(6. 12)的杯口端设置有加压密封盖(8.2)，加压密封盖(8. 2)上设置有进气管(8.31)远端三通接排气阀、压力检测管(8. 32)、加压密封盖(8. 2)上的密封弹簧(8. 21)、加压密封动板(8. 22)、加压进气主管(8. 312)、压力检测主管(8. 322)、压力检测主管实心堵头(8. 321)、加压进气主管实心堵头(8. 311)、加压进气起源软管(8. 313)、压力检测软管(8. 323)、加压缸动板(8. 4)，油缸或气缸(8. I)固定于静板(9)上，进气管(8.31)上分别设置有进气阀门和排气阀门，进气管(8.31)与气源相连通。
7.根据权利要求6所述一种铝合金车轮重力铸造设备，其特征在于，所述设备脱模装置包括油缸固定静板(9)、主拉杆(9. I)、脱模油缸(9. 2)、脱模空心拉杆(9. 21)，脱模拉杆连接实心堵头(9. 23)、燃气入口软管或电加热线入口(9. 3)、燃气出口软管或电加热线出口(9. 24)、返压出口软管(9. 232)、返压进气口软管(9. 231)，其中，固定静板(9)固定于主拉杆(9. I)上；设备脱模拉杆(9. 21)脱模动板(9. 25)固定连接，脱模动板(9. 25)与脱模油缸(9. 2)固定连接，同时，脱模油缸(9. 2)与油缸固定静板(9)固定连接；顶杆板安装动板(9. 5)与脱模空心拉杆(9. 21)连接、顶模连接板(9. 4)与主拉杆(9. I)连接、顶杆板连接导向柱(7.61)与顶杆板安装动板(9.5)连接。
全文摘要
本发明公开了一种铝合金车轮重力机铸造模具、设备及其铸造方法，铸造方法通过改造后铸造模具、改进后的铝合金车轮铸造设备实现；本发明的有益效果大大减少毛坯原材料的应用及能源消耗，同时减少脱模变形量及后续加工余量，从而大大提高产品重量成品率；减少铸造出的铝合金车轮帽口，实现连续自动浇注、充型、补缩和结晶凝固，减少手工浇注因素对产品质量稳定性的影响的同时有效降低了生产中的工人劳动强度。
文档编号B22C9/28GK102728791SQ20121023782
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月11日 优先权日2012年7月11日
发明者乔海中, 何丙军 申请人:乔海中, 何丙军