CN102029383A - 铝合金车轮重力铸造模具及其铸造方法 - Google Patents

铝合金车轮重力铸造模具及其铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种铝合金车轮重力铸造模具及其铸造方法，铝合金车轮重力铸造模具包括冷却装置，顶模，边模，底模以及由顶模、边模和底模所形成的模具型腔，所述底模上设有分流锥，所述的铝合金车轮重力铸造模具还包括与模具型腔相连通且可存放铝液的保温杯、可使存放在保温杯内的铝液连续注入模具型腔内的加压装置、可阻止存放在保温杯的铝液在重力作用下流向模具型腔内的截堵装置，所述保温杯设置在顶模上，所述加压装置安装在重力铸造机的机架上，所述截堵装置安装在底模上或安装在重力铸造机的机架上；铝合金车轮重力铸造模具的铸造方法包括注入铝液、加压、连续浇注、充型、补缩和结晶凝固。本发明铸造出的铝合金车轮具有冒口少、重量成品率高、质量稳定性好的优点。

Description

铝合金车轮重力铸造模具及其铸造方法
技术领域：
本发明属于铝合金车轮制造技术领域，具体讲是一种铝合金车轮重力铸造模具及其铸造方法。
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。
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车轮毛坯有中心浇冒口、上轮辋冒口；边模浇注成型的车轮毛坯有边浇冒口、中心冒口和上轮辋冒口；双边模浇注成型的车轮毛坯有中心冒口、上轮辋冒口、两个边浇冒口。此三种浇注方式成型的铝合金车轮的冒口太多，后续加工余量大，导致产品的重量成品率低。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，充型过程过程人工因素较多，成型的铝合金车轮的质量稳定性欠佳，如人工浇注节奏和充型速度掌握不到位，则会使铝合金车轮的漏气率增大。
发明内容：
本发明需要解决的技术问题是：提供一种铸造出的铝合金车轮冒口少、重量成品率高、质量稳定性好的铝合金车轮重力铸造模具。
本发明的技术方案是：一种铝合金车轮重力铸造模具，它包括冷却装置，顶模，边模，底模以及由顶模、边模和底模所形成的模具型腔，所述底模上设有分流锥；所述的铝合金车轮重力铸造模具还包括与模具型腔相连通且可存放铝液的保温杯、可使存放在保温杯内的铝液连续注入模具型腔内的加压装置、可阻止存放在保温杯的铝液在重力作用下流向模具型腔内的截堵装置，所述保温杯设置在顶模上，所述加压装置安装在重力铸造机的机架上，所述截堵装置安装在底模上或安装在重力铸造机的机架上。
所述保温杯包括保温杯体和保温连接管，所述保温连接管的上端与保温杯体的出口端相连接，所述保温连接管的下端与安装在顶模上的顶模法兰相连接，所述保温杯体的出口端、保温连接管和顶模法兰形成与模具型腔相连通的铝液流通通道。
所述保温杯体由起保温作用的保温内衬和对保温内衬起支撑作用的外套构成，所述保温内衬内还套有起防冲刷作用的里衬。
所述保温连接管由起保温作用的保温管和对保温管起支撑作用的外套管构成，所述外套管的上端与所述保温杯体的外套相连接，所述外套管的下端与安装在顶模上的顶模法兰相连接。
所述加压装置包括气缸、可与所述保温杯体的杯口端密封相配的杯盖以及设置在杯盖上的进气管和排气管，所述气缸安装在重力铸造机的机架上，所述杯盖与气缸的活塞杆相连接，所述进气管和排气管上分别安装有进气阀门和排气阀门，所述进气管与气源相连通。
所述气缸安装在重力铸造机的机架上是指，所述机架上设有带螺纹的连接段，所述连接段上套设有连接板，所述连接板经旋合在连接段上的锁紧螺母锁紧在连接段上，所述气缸固定安装在连接板上。
所述截堵装置主要由分流锥和第一油缸构成，所述分流锥活动套设在底模上，所述第一油缸安装在底模上，所述分流锥与第一油缸的活塞杆相连接，所述分流锥的锥头可与铝液流通通道的出口端相贴并密封。
所述截堵装置包括固定安装在所述连接板上的第二油缸、活动套设在杯盖上的堵杆，所述堵杆与第二油缸的活塞杆相连接，所述堵杆的杆头可与铝液流通通道的入口端相贴并密封。
所述模具型腔的上轮辋型腔的顶端为顶模封口或边模封口或顶模和边模封口。
采用以上结构的铝合金车轮重力铸造模具具有以下优点：由于设置了保温杯、加压装置及截堵装置，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，再在重力及加压装置的作用下自动注入模具型腔内，实现连续浇注、充型、补缩和结晶凝固，这样所述顶模和边模成型的上轮辋无冒口，也就是说无需在本发明的铝合金车轮重力铸造模具的模具型腔的上轮辋型腔的顶端设置冒口，便能铸造出质量稳定性较佳的铝合金车轮毛坯。这样铸造出来的铝合金车轮的冒口少，后续加工余量也少，从而有效提高了产品的重量成品率。
本发明需要解决的另一技术问题是：提供一种铝合金车轮重力铸造模具的铸造方法。
本发明的另一技术方案是：铝合金车轮重力铸造模具的铸造方法，该方法包括以下步骤：
a、合模；
b、利用截堵装置堵住铝液流通通道，阻止存放在保温杯内的铝液在重力作用下流向模具型腔；
c、启动气缸，打开杯盖；
d、将过滤网放置在铝液流通通道上；
e、往保温杯内注入铸造铝合金车轮所需要的铝液；
f、启动气缸，盖上杯盖；
g、使截堵装置回位，铝液流通通道被打开，存放在保温杯内的铝液在重力作用下开始流向模具型腔；
h、关闭排气管阀门，打开进气管阀门，存放在保温杯内的铝液在重力及气体压力的作用下连续浇注、充型、补缩和结晶凝固；
i、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，铝合金车轮毛胚成型。
附图说明：
图1是本发明的一种实施例的铝合金车轮重力铸造模具的剖视结构示意图。
图2是本发明的另一实施例的铝合金车轮重力铸造模具的剖视结构示意图。
图中所示：1、顶模，1.1、顶模法兰，2、边模，3、底模，4、模具型腔，4.1、上轮辋型腔，5、分流锥，6、保温杯，6.1、保温杯体，6.11、保温内衬，6.12、外套，6.13、里衬，6.2、保温连接管，6.21、保温管，6.22、外套管，7、冷却装置，8、杯盖，9、机架，9.1、连接段，10、气缸，11、进气管，12、排气管，13、连接板，14、锁紧螺母，15、第一油缸，16、第二油缸，17、堵杆，18、堵杆限位套，19、铝液流通通道，20、过滤网，21、密封环。
具体实施方式：
以下结合附图和具体实施例，对本发明做进一步描述，但本发明不仅局限于以下具体实施实例。
如图1所示为本发明的一种实施例的铝合金车轮重力铸造模具的剖视结构示意图。本实施例的铝合金车轮重力铸造模具，它包括冷却装置7，顶模1，边模2，底模3以及由顶模1、边模2和底模3所形成的模具型腔4，所述底模3上设有分流锥5。所述的铝合金车轮重力铸造模具还包括与模具型腔4相连通且可存放铝液的保温杯6、可使存放在保温杯6内的铝液连续注入模具型腔4内的加压装置、可阻止存放在保温杯6的铝液在重力作用下流向模具型腔4内的截堵装置。所述保温杯6设置在顶模1上，所述加压装置安装在重力铸造机9的机架9.1上，所述截堵装置安装在底模3上或安装在重力铸造机9的机架9..上。
所述保温杯6包括保温杯体6.1和保温连接管6.2。所述保温连接管6.2的上端与保温杯体6.1的出口端相连接，所述保温连接管6.2的下端与安装在顶模1上的顶模法兰1.1相连接。所述保温杯体6.1的出口端、保温连接管6.2和顶模法兰1.1形成与模具型腔4相连通的铝液流通通道19。
所述保温杯体6.1由起保温作用的保温内衬6.11和对保温内衬6.11起支撑作用的外套6.12构成，所述保温内衬6.11内还套有起防冲刷作用的里衬6.13。其中保温内衬6.11一般采用硅酸铝或硅酸钙等保温材料制成，外套6.12一般采用刚度和强度均较好的钢套、铁套等制成，里衬6.13一般采用铁皮、钢皮等制成。为便于存放在保温杯体6.1内的铝液在重力作用下流向模具型腔4，所述保温杯体6.1设有中间低、四周高的倾斜底面。
所述保温连接管6.2由起保温作用的保温管6.21和对保温管6.21起支撑作用的外套管6.22构成。所述外套管6.22的上端与所述保温杯体6.1的外套6.12相连接，所述外套管6.22的下端与安装在顶模1上的顶模法兰1.1相连接。所述保温管6.21一般采用硅酸铝或硅酸钙等保温材料制成，外套管6.22一般采用刚度和强度均较好的钢套、铁套等制成。
所述加压装置包括气缸10(当然也可以采用油缸)、可与所述保温杯体6.1的杯口端密封相配的杯盖8以及设置在杯盖8上的进气管11和排气管12。所述气缸10安装在重力铸造机9的机架9.1上，所述杯盖8与气缸10的活塞杆相连接。所述进气管11和排气管12上分别安装有进气阀门(未显示)和排气阀门(未显示)，所述进气管11与气源相连通。为实现杯盖8与保温杯体6.1的杯口端密封相配，所述杯盖8与所述外套6.12之间设有起密封作用的密封环21，该密封环21嵌装于所述外套6.12上，关盖时可对杯盖8和保温杯6起到密封作用。
为实现气缸10的安装位置可调，所述机架9上设有带螺纹的连接段9.1，所述连接段9.1上套设有连接板13，所述连接板13经旋合在连接段9.1上的锁紧螺母14锁紧在连接段9.1上，所述气缸10固定安装在连接板13上。这样需要调节气缸10的安装高度时，上下旋动锁紧螺母14的位置，便能改变气缸10的安装位置。
所述截堵装置主要由分流锥5和第一油缸15(当然也可以采用气缸)构成，所述分流锥5活动套设在底模3上，所述第一油缸15安装在底模3上，所述分流锥5与第一油缸15的活塞杆相连接，所述分流锥5的锥头可与铝液流通通道19的出口端相贴并密封。为实现分流锥5的锥头可与铝液流通通道19的出口端相贴并密封，所述分流锥5的锥头的锥面与顶模法兰1.1的出口端的内壁相贴并密封。另外为实现分流锥5的锥头可与铝液流通通道19的出口端相贴并密封，所述分流锥5还可以在锥头的下端设置与顶模法兰1.1的下端面相贴并密封的台阶面。
为便于对流向模具型腔4内的铝液进行过滤，所述铝液流通通道19上设有过滤网20，该过滤网搭置在保温管的顶端。
所述模具型腔4的上轮辋型腔4。1的顶端为顶模封口或边模封口或顶模和边模封口，其中顶模和边模封口可以理解为顶模和边模共同封口。也就是说所述顶模1和边模2成型的上轮辋无冒口，换一句话说就是无需在本发明的铝合金车轮重力铸造模具的模具型腔4的上轮辋型腔4.1的顶端设置冒口。
该实施例的铝合金车轮重力铸造模具的铸造方法主要包括以下步骤：
a、合模，即先合上顶模，再合上边模。
b、利用截堵装置堵住铝液流通通道，阻止存放在保温杯内的铝液在重力作用下流向模具型腔，即启动第一油缸，推动分流锥，使分流锥的锥头伸入铝液流通通道内，使锥头的锥面与顶模法兰的出口端的内壁相贴并密封或使锥头的台阶面与顶模法兰的下端面相贴并密封。
c、启动气缸，打开杯盖。
d、将过滤网放置在铝液流通通道上，即将过滤网搭置在保温管的顶端。
e、往保温杯内注入铸造铝合金车轮所需要的铝液。
f、启动气缸，盖上杯盖。
g、使截堵装置回位，铝液流通通道被打开，存放在保温杯内的铝液在重力作用下开始流向模具型腔，即启动第一油缸，使分流锥回位。
h、关闭排气管阀门，打开进气管阀门进行充气，存放在保温杯内的铝液在重力及气体压力的作用下连续浇注、充型、补缩和结晶凝固。
i、冷却铝合金车轮重力铸造模具和模具型腔中的铝液，铝合金车轮毛坯成型。
j、关闭进气管阀门，打开排气管阀门进行排气。
k、启动气缸，打开盖板，铸造结束。
l、开模卸料。
m、合模，启动下一铸造循环。
如图2所示为本发明的另一种实施例的铝合金车轮重力铸造模具的剖视结构示意图。与上述实施例不同的是，所述截堵装置包括固定安装在所述连接板13上的第二油缸16(当然也可以采用气缸)、活动套设在杯盖8上的堵杆17，所述堵杆17与第二油缸16的活塞杆相连接。所述堵杆17的杆头可与铝液流通通道19的入口端相贴并密封。为实现所述堵杆17的杆头可与铝液流通通道19的入口端相贴并密封，所述堵杆17的杆头的外表面与所述保温杯体6.1的外套相贴并密封。为使杯盖8受力比较均衡，本实施例中的气缸10为两个，对称分布在第二油缸16的两侧。同样，为便于对流向模具型腔4内的铝液进行过滤，所述铝液流通通道19上也设有过滤网20，该过滤网20放置在分流锥5上，且该过滤网20的上端套设在铝液流通通道19内。另外所述杯盖8上还安装有堵杆限位套18，用于限制堵杆17向上运动的行程。当然，本实施例的铝合金车轮重力铸造模具的分流锥5是固定套设在底模3上，起到现有技术中的分流作用。
如图2所示的本发明的另一种实施例的铝合金车轮重力铸造模具的铸造方法主要包括以下步骤：
a、合模，即先合上顶模，再合上边模。
b、利用截堵装置堵住铝液流通通道，阻止存放在保温杯内的铝液在重力作用下流向模具型腔，即启动第二油缸，使堵杆向下运动，使堵杆的杆头伸入铝液流通通道内，使堵杆的杆头的外表面与保温杯体的外套相贴并密封。
c、启动气缸，打开杯盖。
d、将过滤网放置在铝液流通通道上，即将过滤网放置在分流锥上，使过滤网的上端套设在铝液流通通道内。
e、往保温杯内注入铸造铝合金车轮所需要的铝液。
f、启动气缸，盖上杯盖。
g、使截堵装置回位，铝液流通通道被打开，存放在保温杯内的铝液在重力作用下开始流向模具型腔，即启动第二油缸，使堵杆限位在堵杆限位套上。
h、关闭排气管阀门，打开进气管阀门进行充气，存放在保温杯内的铝液在重力及气体压力的作用下连续浇注、充型、补缩和结晶凝固。
i、冷却铝合金车轮重力铸造模具和模具型腔中的铝液，铝合金车轮毛坯成型。
j、关闭进气管阀门，打开排气管阀门进行排气。
k、启动气缸，打开盖板，铸造结束。
l、开模卸料。
m、合模，启动下一铸造循环。
综上所述，本发明的铝合金车轮重力铸造模具所铸造出的铝合金车轮毛胚的冒口数量少，后续加工量减少，提高了产品的重量成品率，且在铸造过程中，由于有保温杯、加压装置和截堵装置的相互配合，铝液可待人工全部注入到保温杯内后再一次性自动注入模具型腔中，实现铝液的连续浇注、充型、补缩和结晶凝固，这样铝液相比现有技术由人工一次次将铝液注入到模具型腔中，人工因素大大减少，无需在本发明的铝合金车轮重力铸造模具的模具型腔的上轮辋型腔的顶端设置冒口，便能铸造出质量稳定性佳的铝合金车轮毛坯。

Claims (10)

1.一种铝合金车轮重力铸造模具，它包括冷却装置(7)，顶模(1)，边模(2)，底模(3)以及由顶模(1)、边模(2)和底模(3)所形成的模具型腔(4)，所述底模(3)上设有分流锥(5)；其特征在于：所述的铝合金车轮重力铸造模具还包括与模具型腔(4)相连通且可存放铝液的保温杯(6)、可使存放在保温杯(6)内的铝液连续注入模具型腔(4)内的加压装置、可阻止存放在保温杯(6)的铝液在重力作用下流向模具型腔(4)内的截堵装置，所述保温杯(6)设置在顶模(1)上，所述加压装置安装在重力铸造机(9)的机架(9.1)上，所述截堵装置安装在底模(3)上或安装在重力铸造机(9)的机架(9.1)上。
2.根据权利要求1所述的铝合金车轮重力铸造模具，其特征在于：所述保温杯(6)包括保温杯体(6.1)和保温连接管(6.2)，所述保温连接管(6.2)的上端与保温杯体(6.1)的出口端相连接，所述保温连接管(6.2)的下端与安装在顶模(1)上的顶模法兰(1.1)相连接，所述保温杯体(6.1)的出口端、保温连接管(6.2)和顶模法兰(1.1)形成与模具型腔(4)相连通的铝液流通通道(19)。
3.根据权利要求2所述的铝合金车轮重力铸造模具，其特征在于：所述保温杯体(6.1)由起保温作用的保温内衬(6.11)和对保温内衬(6.11)起支撑作用的外套(6.12)构成，所述保温内衬(6.11)内还套有起防冲刷作用的里衬(6.13)。
4.根据权利要求3所述的铝合金车轮重力铸造模具，其特征在于：所述保温连接管(6.2)由起保温作用的保温管(6.21)和对保温管(6.21)起支撑作用的外套管(6.22)构成，所述外套管(6.22)的上端与所述保温杯体(6.1)的外套(6.12)相连接，所述外套管(6.22)的下端与安装在顶模(1)上的顶模法兰(1.1)相连接。
5.根据权利要求2所述的铝合金车轮重力铸造模具，其特征在于：所述加压装置包括气缸(10)、可与所述保温杯体(6.1)的杯口端密封相配的杯盖(8)以及设置在杯盖(8)上的进气管(11)和排气管(12)，所述气缸(10)安装在重力铸造机(9)的机架(9.1)上，所述杯盖(8)与气缸(10)的活塞杆相连接，所述进气管(11)和排气管(12)上分别安装有进气阀门和排气阀门，所述进气管(11)与气源相连通。
6.根据权利要求5所述的铝合金车轮重力铸造模具，其特征在于：所述气缸(10)安装在重力铸造机的机架(9)上是指，所述机架(9)上设有带螺纹的连接段(9.1)，所述连接段(9.1)上套设有连接板(13)，所述连接板(13)经旋合在连接段(9.1)上的锁紧螺母(14)锁紧在连接段(9.1)上，所述气缸(10)固定安装在连接板(13)上。
7.根据权利要求2所述的铝合金车轮重力铸造模具，其特征在于：所述截堵装置主要由分流锥(5)和第一油缸(15)构成，所述分流锥(5)活动套设在底模(3)上，所述第一油缸(15)安装在底模(3)上，所述分流锥(5)与第一油缸(15)的活塞杆相连接，所述分流锥(5)的锥头可与铝液流通通道(19)的出口端相贴并密封。
8.根据权利要求6所述的铝合金车轮重力铸造模具，其特征在于：所述截堵装置包括固定安装在所述连接板(13)上的第二油缸(16)、活动套设在杯盖(8)上的堵杆(17)，所述堵杆(17)与第二油缸(16)的活塞杆相连接，所述堵杆(17)的杆头可与铝液流通通道(19)的入口端相贴并密封。
9.根据权利要求1所述的铝合金车轮重力铸造模具，其特征在于：所述模具型腔(4)的上轮辋型腔(4.1)的顶端为顶模封口或边模封口或顶模和边模封口。
10.一种铝合金车轮重力铸造模具的铸造方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
a、合模；
b、利用截堵装置堵住铝液流通通道，阻止存放在保温杯内的铝液在重力作用下流向模具型腔；
c、启动气缸，打开杯盖；
d、将过滤网放置在铝液流通通道上；
e、往保温杯内注入铸造铝合金车轮所需要的铝液；
f、启动气缸，盖上杯盖；
g、使截堵装置回位，铝液流通通道被打开，存放在保温杯内的铝液在重力作用下开始流向模具型腔；
h、关闭排气管阀门，打开进气管阀门，存放在保温杯内的铝液在重力及气体压力的作用下连续浇注、充型、补缩和结晶凝固；
i、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，铝合金车轮毛胚成型。
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