专利名称：一种浮动式直接挤压铸造模具及其实施方法
技术领域：
本发明涉及直接挤压铸造领域，具体是指一种特别适用于生产中大型有色合金铸件的浮动式直接挤压铸造的模具及其实施方法。
背景技术：
传统的直接挤压铸造工艺是利用上模挤压熔融金属液，挤压面是上模模具的外表面，下模只是支撑上模给予的压力。直接挤压铸造浮动式模具结构的工作原理是，将定量的合金熔体导入型腔内，上模下压接触合金熔体，合金熔体在压力下上升，充满型腔。当上模和浮动的结构接触后，上模的压力既施加在合金熔体上也施加在浮动结构上，因此带动浮动结构下行，相当于下模也对合金熔体施加挤压,将上模的压力均匀地传递到合金熔体的各个部位。 浮动式的模具结构已经成功应用于生产当中，但多为小型且简单的零件，如中国专利96239144. I利用浮动的结构，实现对轴承盖铸件的上下同时加压，提高产品的性能；中国专利201010603440.8利用浮动式的下模，通过具有锥面的芯轴对缸套的内圈产生径向的压力。这两项专利都是利用两个或以上数量的弹簧对浮动结构进行支撑，由于弹簧本身的刚度误差、在不同温度下的弹性系数也有变化、以及弹性支撑力的不均匀性，导致对浮动结构的导向精度要求较高，在铸件较大时，较难保证平稳的运动。再如代码为D-T4A4D0X1B0L4R0的模具结构采用了下液压缸的形式对浮动结构进行支撑，但该结构脱模较复杂，且下液压缸的油路设计较复杂，在挤压过程中也较难保证上模与浮动结构、下液压缸的动作配合。以上的模具结构都是建立在定量浇注的基础之上，因此对金属液的定量要求较高，否则会对产品的一致性造成一定影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适合中大型铸件的浮动式直接挤压铸造的模具结构及其实施方法，从而实现间接的定量浇注，主要通过如下措施来实现模具主要由上模、动圈加热套、动圈、下模、动圈垫块、下模座、模架、中心锥、垫块液压缸、液压缸座组成，其连接关系如下上模与铸造机主液压缸固定相连；中心锥嵌套于上模中，并与上模滑动配合；夕卜部包裹动圈加热套的动圈嵌套于下模中，与下模轴向滑动配合，同时动圈置于动圈垫块上，并与动圈垫块滑动配合；动圈垫块置于下模座上，并与下模座滑动配合；下模座上固定连接有动圈限位块；垫块连接头与动圈垫块固定连接，液压缸连接头与垫块液压缸的活塞头固定相连，垫块连接头通过连接头转轴与液压缸连接头配合；垫块液压缸通过液压缸转轴与液压缸座配合；液压缸座固定连接在模架上；行程开关固定连接在液压缸连接头上，行程开关触点A，与触点B固定连接在触点座上，触点座固定连接在模架上。所述动圈，底部均匀分布环形斜面A，与动圈垫块均匀分布的环形斜面B相配合；所述环形斜面为螺旋形面，其斜度为动圈、动圈垫块组成的运动机构所形成的自锁角角度。
所述上模下部与动圈顶部接触部分，即压制件所在型腔位置的最顶端设置溢流槽。所述动圈垫块由垫块液压缸驱动，液压缸的行程由行程开关限制；所述动圈限位块限定动圈上浮至极限高度。当合金熔体进入到模具型腔后，垫块液压缸泄压；上模下行使合金熔体充满型腔并对合金熔体实施挤压，同时挤压动圈以及动圈垫块；动圈垫块在压力下转动，使动圈跟随上模下行，多余的合金熔体从溢流槽流出，直到挤压结束；经保压及冷却后，压头上行顶出铸件；垫块液压缸驱动动圈垫块反向转动，推动动圈上行归位。所述上模挤压时下行的行程，是通过设置垫块液压缸行程开关触点A与触点B的相对位置，以调节动圈的初始状态与挤压结束后的最终状态之间的距离差来实现的。本发明方法与现行挤压铸造方法相比具有如下突出的优点·I.本发明适用于多种浇注方式，可手工在开模的状态下从模腔上部浇注，也可在模具闭合的情况下，利用电磁泵、气压式或机械活塞式输料系统将合金熔体通过料口 26送入压室25，再由压头14将其压入型腔(如图I的模具结构)。2.由于上模I下部与动圈3顶部接触部分，即压制件的最顶端设置溢流槽，在挤压过程中，合金熔体浮在表面的氧化皮等料渣可以通过上模设置的溢流槽流出。同时由于多余的合金熔体由溢流槽排出，间接实现了合金熔体的精确定量，减少了直接挤压铸造中浇注量对制件的影响，使制件保持良好的一致性。3.本发明动圈由动圈垫块刚性支撑，随着动圈垫块的转动，动圈可平稳下行，使合金熔体均匀地从溢流槽流出，从而保证压铸件质量。4.本发明动圈与动圈垫块所配合的螺旋斜面的斜度等于该机构运动所形成的自锁角度，使得上模下压时，垫块液压缸只需保证为泄压状态，动圈在上模的压力下即可运动，而不需要垫块液压缸和带动上模的主要液压缸进行复杂的油路配合。5.由于动圈有一定拔模斜度，挤压过程中，内表面也会对合金熔体产生一定压力，增加挤压面积。同时动圈和合金熔体之间产生的摩擦力达到了细化晶粒的效果，提高铸件质量。6.通过调节垫块液压缸行程开关触点A9与触点BlO的位置可方便快捷地调节动圈浮动的高度，从而达到调节模具型腔装载合金熔体的容量以及对合金熔体进行挤压的距离长短。
图I为一种浮动式直接挤压铸造|旲具不意图正视图；图2为一种浮动式直接挤压铸造|吴具意图俯视图；图3为图2的A-A截面示意图；图4为动圈3结构示意图俯视图；图5为图4的B-B剖视示意图；图6为动圈垫块5结构示意图；图7为图6的C-C剖视示意图。I-上模2-动圈加热套3-动圈4-下模5-动圈垫块6_下模座7_模架8-中心锥9-触点A 10-触点B 11-垫块液压缸12-液压缸座13-连接头转轴14-压头15-垫块连接头16-液压缸连接头17-液压缸转轴18-动圈限位块19-销孔20-销套21-销钉22-环形斜面A 23-环形斜面B 24-溢流槽25-压室26-料口 27-行程开关28-触点座
具体实施例方式通过如下实施例及其附图对本发明作进一步的详细描述，但本发明的实施方式不限于此。采用本发明制造铝合金轮毂。本实施例应用的铸造机为16000KN的立式铸造机((型号LY-1600))，输料系统采用电磁泵(型号EMPS-LC)，也可以根据实际工况选择使用气压式输料系统或机械活塞式输料系统。 本实施例应用的浮动式直接挤压铸造模具制造铝合金轮毂，如图1、2所示的浮动式直接挤压铸造模具主要由上模I、动圈加热套2、动圈3、下模4、动圈垫块5、下模座6、模架7、中心锥8、组成，它与垫块液压缸11、液压缸座12、压头14、压室25的连接关系如下上模I与铸造机主液压缸固定相连；中心锥8嵌套于上模I中，并与上模I滑动配合；外部包裹动圈加热套2的动圈3嵌套于下模4中，与下模4轴向滑动配合，同时动圈3置于动圈垫块5上，并与动圈垫块5滑动配合；动圈垫块5置于下模座6上，并与下模座6滑动配合；压室25与下模座6固定连接，压头14与压室25滑动配合；垫块连接头15与动圈垫块5固定连接，液压缸连接头16与垫块液压缸11的活塞头固定相连，垫块连接头15通过连接头转轴13与液压缸连接头16转动配合；垫块液压缸11通过液压缸转轴17与液压缸座12转动相连；液压缸座12固定连接在模架7上；行程开关27固定连接在液压缸连接头16上，行程开关触点A9，与触点BlO固定连接在触点座28上，触点座28固定连接在模架7上。如图I所示，上模I下部与动圈3顶部接触部分，即压制件所在型腔位置的最顶端设置溢流槽24。动圈3结构如图4、5所示,动圈垫块5结构如图6、7所示,动圈3底部均勻分布的环形斜面A22，与动圈垫块5均匀分布的环形斜面B23相配合；该环形斜面为螺旋形面，其斜度为动圈3、动圈垫块5组成的运动机构所形成的自锁角角度。本实施例动圈3与动圈垫块5分别设置4段螺旋斜面，且斜度为11°如图3所示，动圈3与下模4滑动配合，但动圈3与固定的下模4只有轴向平移，不发生转动，动圈3与下模4的转动通过固定在下模座6的销钉21与固定在动圈3上销孔19 (如图5所示)内的销套20所限定。同时动圈限位块18固定连接在下模座6上，限定动圈3上浮的极限高度。该限位起保护作用，动圈上浮过高而脱离下模。如图2所示，动圈垫块5由垫块液压缸11驱动，液压缸的行程由行程开关27限制。调节行程开关触点A9，与触点BlO的位置，可设置动圈上浮的初始状态以及挤压结束后的最终状态，从而调节模具型腔装载合金熔体的容量以及对合金熔体进行挤压的距离长短。本实施例的以制造铝合金轮毂为例，其工艺流程为调节行程开关触点A9与触点BlO的位置一利用电磁泵将合金熔体从料口 26导入压室25 —压头14将合金熔体压入模具型腔一垫块液压缸11泄压一上模I下行使合金熔体充满型腔并施压直到动圈3达到最大行程一保压至凝固完毕一打开模具一压头顶出铸件一垫块液压缸推动动圈上行归位。工艺流程包括如下步骤和工艺条件本发明操作步骤及其工艺条件如下(I)预热模具至250°C，铝合金熔液加热到720V ；(2)调节行程开关触点A9与触点BlO的位置；(3)清理上模I和下模4以及动圈3表面、喷涂料；(4)铸造机主液压缸驱动上模I下行，达到半合模状态； (5 )电磁泵传输铝合金熔体从料口 26至压室25 ；(6)压头14上行速度为40mm/s，即充型速度为40mm/s，推动铝合金熔液填充至模具型腔；( 7 )垫块液压缸11泄压；(8)铸造机主液压缸驱动上模I下行，对合金熔体施加1600T压力，直到完全合模；(9)保持挤压力I分钟后主液压缸卸压，铸件凝固3分钟；( 10)铸造机主液压缸驱动上模I上行开模；(11)压头14上行，顶出铸件。 (12)垫块液压缸11推动动圈3上行归位。循环(3)至(12)步骤，可以实现连续生产。
权利要求
1.一种浮动式直接挤压铸造模具，其特征在于该模具主要由上模(I)、动圈加热套 (2)、动圈(3)、下模(4)、动圈垫块(5)、下模座(6)、模架(7)、中心锥(8)、垫块液压缸(11)、 液压缸座(12)组成，其连接关系如下上模(I)与铸造机主液压缸固定相连；中心锥(8)嵌套于上模(I)中，并与上模(I)滑动配合；外部包裹动圈加热套(2)的动圈(3)嵌套于下模(4)中，与下模(4)轴向滑动配合， 同时动圈(3)置于动圈垫块(5)上,并与动圈垫块(5)滑动配合；动圈垫块(5)置于下模座 (6 )上，并与下模座(6 )滑动配合；下模座(6 )上固定连接有动圈限位块(18 );垫块连接头 (15)与动圈垫块(5)固定连接，液压缸连接头(16)与垫块液压缸(11)的活塞头固定相连， 垫块连接头(15 )通过连接头转轴(13 )与液压缸连接头(16 )配合；垫块液压缸(11)通过液压缸转轴(17)与液压缸座(12)配合；液压缸座(12)固定连接在模架(7)上；行程开关(27) 固定连接在液压缸连接头(16)上，行程开关触点A (9)，与触点B (10)固定连接在触点座 (28)上，触点座(28)固定连接在模架(7)上。
2.根据权利要求I所述的一种浮动式直接挤压铸造模具，其特征在于所述动圈(3)， 底部均匀分布环形斜面A (22)，与动圈垫块均匀分布的环形斜面B (23)相配合；所述环形斜面为螺旋形面，其斜度为动圈(3)、动圈垫块(5)组成的运动机构所形成的自锁角角度。
3.根据权利要求I所述的一种浮动式直接挤压铸造模具，其特征在于上模(I)下部与动圈(3)顶部接触部分，即压制件所在型腔位置的最顶端设置溢流槽(24)。
4.根据权利要求I所述的一种浮动式直接挤压铸造模具，其特征在于所述动圈垫块(5)由垫块液压缸(11)驱动，液压缸的行程由行程开关(27)限制；所述动圈限位块(18)限定动圈(3)上浮至极限高度。
5.一种浮动式直接挤压铸造模具的实施方法，其特征在于当合金熔体进入到模具型腔后，垫块液压缸(11)泄压；上模(I)下行使合金熔体充满型腔并对合金熔体实施挤压，同时挤压动圈(3 )以及动圈垫块(5 );动圈垫块(5 )在压力下转动，使动圈(3 )跟随上模(I)下行，多余的合金熔体从溢流槽(24)流出，直到挤压结束；经保压及冷却后，压头(14)上行顶出铸件；垫块液压缸(11)驱动动圈垫块(5)反向转动，推动动圈(3)上行归位。
6.根据权利要求5所述的一种浮动式直接挤压铸造模具的实施方法，其特征在于所述上模(I)挤压时下行的行程，是通过设置垫块液压缸行程开关触点A (9)与触点B (10) 的相对位置，以调节动圈(3)的初始状态与挤压结束后的最终状态之间的距离差来实现的。
全文摘要
本发明公开了一种浮动式直接挤压铸造的模具及其实施方法。该模具中心锥嵌套于上模中，动圈嵌套于下模中，动圈置于动圈垫块上，动圈垫块置于下模座上；下模座上固定连接有动圈限位块；垫块连接头与动圈垫块固定连接并通过连接头转轴与液压缸连接头配合。上模下行使合金熔体充满型腔并对合金熔体实施挤压，同时挤压动圈以及动圈垫块；动圈垫块在压力下转动，使动圈跟随上模下行，多余的合金熔体从溢流槽流出。本发明动圈由动圈垫块刚性支撑，随着动圈垫块的转动，动圈可平稳下行，使合金熔体均匀地从溢流槽流出，从而保证压铸件质量。本发明特别适用于多种浇注方式生产中大型有色合金铸件。
文档编号B22D18/02GK102921921SQ20121039642
公开日2013年2月13日 申请日期2012年10月17日 优先权日2012年10月17日
发明者张文, 闵好年, 邵明, 邱诚, 张大童 申请人:华南理工大学