CN104942261A - 一种新型活塞挤压铸造机 - Google Patents

Abstract

一种新型活塞挤压铸造机，包括床身、顶模结构、合模机构、液压***、倾斜浇注机构、压射机构、送料结构，其特征在于，液压***和床身为一体化设计，采用油压立式合模机构，顶模结构与床身固定连接，顶模上与合模机构固定连接、下与倾斜浇注机构固定连接，倾斜浇注机构下连接压射结构，压射结构和倾斜浇注机构固定连接位于床身内。

Description

一种新型活塞挤压铸造机

技术领域：

本发明涉及挤压铸造领域的一种，具体涉及活塞挤压铸造机领域。 

背景技术：

随着科学技术的飞速发展，新的工艺，新的技术不断涌现，传统的铸造行业面临着新的挑战，尤其是对于铸件的力学性能和组织致密性要求较高的铸件，传统的压铸技术无法达到高性能，高致密性，后续热处理等要求。挤压铸造集中了铸，锻成型的优势是一种实现了铸锻联合的新技术，应用该工艺可以消除铸件内部气孔、缩孔、缩松等缺陷，通过压力补缩，使液态金属在压力下结晶，获得晶粒细小、组织致密、无各向异性的内部组织，因此挤压铸造件的力学性能要高于重力铸造、压铸等其它铸造工艺下铸件，并且可以进行热处理。挤压铸造适合生产外观光洁、组织致密、高性能、须热处理的厚壁铸件，对于强度和组织致密性要求较高的铸件，挤压铸造具有明显的优势。随着能源危机的加重，低碳、节能、环保已经成为人们关注的焦点，在汽车，航空等机械行业中，轻量化是未来发展的趋势，用高性能轻质合金代替部分黑色金属件，因此挤压铸造在铸造行业有良好的应用前景。 

目前，汽车活塞制造行业普遍采用的是金属型重力浇注机，循环周期在4-5分钟，成品率在75%左右，材料利用率在40%，采用人工浇注、取件、喷涂，由于人为因素参与过多，导致其铸件品质不稳定。专利号CN201079828Y提供的活塞压力铸造机，是低压铸造，压力小，只有0Mpa～5Mpa，铸件组织粗大、力学性能改善不明显、外形尺寸不稳定、材料利用率低、加工余量大，后续机加工复杂。 

为解决以上问题，现活塞制造行业采用挤压铸造技术，挤压铸造属于精密 铸造范畴，铸件表面质量良好，外形尺寸精度高，原材料利用率高、生产效率高、可以T6热处理、力学性能高、加工余量只需要0.6mm左右，后续加工量小，加工时间减少，刀具寿命增加，从而减少企业制造成本。采用挤压铸造工艺生产铝合金活塞是未来的发展方向，研发和制备活塞用挤压铸造机是很有必要的。现有的挤压铸造技术主要有：合模机构采用曲轴合模机构，合模时不平稳，并且合模力较小；挤压铸造设备没有采用一体化设备，设备体积比较大，工作台面较高，操作不方便。 

发明内容：

发明目的：提供一种性能稳定可靠、精密高效、空间紧凑、经济适用、节能环保的新型活塞挤压铸造机。 

本发明克服现有活塞铸造设备的不足，提供一种压力达到50Mpa～100Mpa的挤压铸造机：采用自主创新的4油缸锁模***取代传统的曲轴锁模***和单油缸锁模***，4油缸大流量从油***，油路互不干涉，确保锁模速度快，锁模力均衡平稳，机械磨损小，寿命长，是同类机械寿命的3倍以上，合模速度为同类型设备的3倍，生产节奏更快，效率更高；采用储能器增加补缩阶段的压力，提高了补缩压力和速率同时又节约能源；本发明型铸造机采用一体式结构设计，机台集成度高，稳定性好，空间利用率高，其高度是相同吨位立式曲轴合模设备高度的2/3。墙板空间大，是传统的1.5倍以上，能实现小吨位生产大铸件。 

本发明通过以下具体技术方案来实现： 

新型活塞挤压铸造机，包括床身、顶模结构、合模机构、液压***、倾斜浇注机构、压射机构、送料结构，液压***和床身为一体化设计，采用油压立 式合模机构，顶模结构与床身固定连接，顶模上与合模机构固定连接、下与倾斜浇注机构固定连接，倾斜浇注机构下连接压射结构，压射结构和倾斜浇注机构固定连接位于床身内。 

床身包括底座支架和防护玻璃，四个底座支架垂直于地面构成床身底座，防护玻璃安装于支架之间，底座支架和防护玻璃围成一个立体空间结构。底座牢固平稳，安全防护玻璃防止液体飞溅，油箱外罩和床身一体化设计，减少了压射空间，降低了模具高度，有利于操作。 

液压***包括油泵和储能器，储能器下面通过储能器底座与液压***外壳固定接，储能器中间设有固定于其上的储能器支架。储能器用于补缩阶段，在充型阶段是关闭的，保证在补缩阶段快速且稳定，补缩离大，达到50～100Mpa。 

顶模结构包括定模板、动模板，定模是板固定于床身上，定模板上设动模板，定模板和动模板通过合模机构一个部件相连接，定模板和动模板中间设有进料。 

合模机构包括大油缸、上台面、导柱、滑台、活塞杆、T型槽，四个供导柱下端通过下台面四个角上的孔固定于固定于顶模结构上，导柱穿过滑台四个角上的孔，滑台固定于导柱中部，导柱上端与上台面连接，导柱穿过滑台，导柱上端与上台面连接，活塞杆下端与滑台连接、上端与大油缸连接，大油缸与上台面固定连接，大油缸与上台面通过紧固螺栓固定连接。下台面上设有呈“十”字形的T型槽、中间设有进料孔。 

倾斜浇注机构包括：料筒、推杆铰链、推杆，料筒一端开口、一端封闭，开口端固定于顶模结构上，料筒口大小与进料孔大小相等并与之相对齐，推杆和料筒通过推杆铰链相连接，，旋转支架，转轴，推杆，料筒下面与小油缸的活塞杆连接在一起，旋转支架与底座通过铰链连接在一起，推杆和旋转支架通过 铰链连接在一起，通过推杆的来回移动可以旋转料筒进行加料。 

压射机构包括：活塞、小油缸、小油缸活塞杆、油缸底座铰链，活塞上端固定于料筒下面，小油缸与液压***连接，小油缸活塞杆上端固定在料筒下面，通过活塞的上升和下降完成料的推送和充型，小油缸与底座支架通过油缸底座铰链相连。 

有益效果： 

1.传统的生产活塞的设备是重力铸造铸造机和低压铸造机，压力较小，铸件组织粗大、力学性能改善不明显、外形尺寸不稳定、材料利用率低、加工余量大，后续机加工复杂。本发明是挤压铸造机，压力达到50Mpa～100Mpa，铸件组织致密，力学性能高，尺寸精度高，高效、精密、节能、环保。 

2.用自主创新的4油缸锁模机构，取代了传统的靠机械撑臂的曲轴锁模机构和单油缸锁模机构，4油缸大流量从油***，油路互不干涉，确保锁模速度快，锁模力均衡平稳，机械磨损小，寿命长，是同类机械寿命的3倍以上，合模速度为同类型设备的3倍，生产节奏快，效率高。 

3.用立式的合模机构，传统的曲轴合模结构中间会有过渡部件，靠的是机械传递，传递不平稳。立式的油缸合模结构，合模时平稳，合模型更好，减少了模具的磕碰和平稳。 

4.液压***除了油泵外，还增加了一个储能器，在补缩阶段开启，提高了补缩压力和速率，保证了补缩压力的同时，又节约能源。 

5.本发明采用一体式结构设计，机台集成度高，稳定性好，空间利用率高，其高度是相同吨位立式曲轴合模设备高度的2/3。墙板空间大，是传统的1.5倍以上，能实现小吨位生产大铸件。 

附图说明：

图1：新型挤压铸造机立体图 

图2：新型挤压铸造机正视图 

图3：A356铝合金低压铸造温度场模拟 

图4：A356铝合金挤压铸造温度场模拟 

图中标号为：1.储能器，2.储能器支架，3.储能器底座，4.油泵，5.液压***外壳，6.大油缸，7.紧固螺栓，8.上台面，9活塞杆.，10.滑台，11.导柱，12.进料孔，13.T型槽，14.下台面，15.底座支架，16.防护玻璃,17.料筒，18.推杆铰链，19.推杆20.小油缸，21.小油缸活塞杆，22.油缸底座铰链，23.床身底座 

具体实施方式：

图1中液压***除了油泵4以外，还有储能器1，储能器1下面通过储能器底座3与液压***外壳5相连接，中间有储能器支架2固定储能器1。储能器1的主要作用是先储备一部分能量，当铸件经过充型阶段后进入补缩阶段时开启，提高补缩的压力和速率。 

图1中的合模结构，由4个大油缸6、紧固螺栓7、上台面8、导柱11、滑台10、活塞杆9、T型槽13组成，大油缸6通过紧固螺栓7与上台面8连接在一起，导柱11穿过滑台10，导柱11上端与上台面8连接，导柱11下端与下台面14连接，活塞杆9下端与滑台10连接，活塞杆9上端与大油缸6连接。 

工作原理： 

液压***通过控制活塞杆9的上升和下降来控制滑台10的高度，完成合模过程，实验开始前，活塞杆9下降完成合模过程。合模完成后，进入铸件充型阶 段，充型完毕后进入补缩阶段，补缩阶段开始后，开启储能器1，进入保压阶段，保压压力达到50Mpa～100Mpa，保压时间5-10秒，完成保压后，活塞杆9上升，上下模分开，取出铸件。 

图1中的设备整体一体化设计，液压***外壳5和床身底座23是一体的，而且采用的是油压立式合模机构，合模结构空间减少，机台集成度高，稳定性好，空间利用率高，其高度是相同吨位立式曲轴合模设备高度的2/3。墙板空间大，是传统的1.5倍以上，能实现小吨位生产大铸件。 

图2中的压射结构和送料结构包括：底座支架15，进料孔12，防护玻璃16,料筒17，推杆铰链18，推杆19，小油缸20，小油缸活塞杆21，油缸底座铰链22。料筒17下面与小油缸20的活塞杆21连接在一起，小油缸20与底座15通过铰链连接在一起，推杆19和料筒通过铰链18连接在一起，通过推杆的来回移动可以旋转料筒进行加料。 

工作原理：送料阶段，通过推杆19的收缩使料筒17旋转，旋转出底座后，进行加料，加料完毕后，推杆19伸长，使料筒17回到原始位置，完成送料。然后进入充型阶段，开启小油缸20，小油缸活塞杆21上升，推着料筒17通过进料孔12把原料加入模具腔中完成充型。 

具体实施案例1： 

采用A356铝合金在传统压铸条件下进行温度场模拟实验， 

模拟软件：Anycasting 

合金成分，元素质量分数如下：Si：6.5～7.5％、Mg：O.20～0.4%、Fe≤0.20％Cu≤0.20％、Mn≤0.10％、Zn≤0.10％、Ti≤0.20％；其它元素:每种≤0.05％,总和≤0.15％；铝为余量。 

模拟条件：A356溶液温度：710℃、补缩阶段增压比：5Mpa、保压时间10s， 压射方式：水平压射 

模拟结果如图3，结果表明，金属液在压室中温度分布不均匀。 

具体实施案例2： 

采用A356铝合金在本发明挤压铸造进行温度场模拟实验，检验在该发明提供的工艺条件下组织的均匀性。 

模拟软件：Anycasting 

合金成分，元素质量分数如下：Si：6.5～7.5％、Mg：O.20～0.4%、Fe≤0.20％Cu≤0.20％、Mn≤0.10％、Zn≤0.10％、Ti≤0.20％；其它元素:每种≤0.05％,总和≤0.15％；铝为余量。 

模拟条件：A356溶液温度：710℃、补缩阶段增压比：65Mpa、保压时间10s，压射方式：垂直压射 

模拟结果如图4，结果表明，充型结果良好，温度场比较均匀。 

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书其等效物界定。 

Claims (9)

1.一种新型活塞挤压铸造机，包括床身、顶模结构、合模机构、液压***、倾斜浇注机构、压射机构、送料结构，其特征在于，液压***和床身为一体化设计，采用油压立式合模机构，顶模结构与床身固定连接，顶模上与合模机构固定连接、下与倾斜浇注机构固定连接，倾斜浇注机构下连接压射结构，压射结构和倾斜浇注机构固定连接位于床身内。

2.根据权利要求1所述的新型活塞挤压铸造机，其特征在于，床身包括底座支架（15）和防护玻璃（16），四个底座支架（15）垂直于地面构成床身底座（23），防护玻璃（16）安装于支架之间，底座支架（15）和防护玻璃（16）围成一个立体空间结构。

3.根据权利要求1或2所述的新型活塞挤压铸造机，其特征在于，液压***包括油泵（4）和储能器（1），储能器（1）下面通过储能器底座（3）与液压***外壳（5）固定接，储能器（1）中间设有固定于其上的储能器支架（2）。

4.根据权利要求1或2所述的新型活塞挤压铸造机，其特征在于，顶模结构包括定模板、动模板，定模是板固定于床身上，定模板上设动模板，定模板和动模板通过合模机构一个部件相连接，定模板和动模板中间设有进料（12）。

5.根据权利要求1或2所述的新型活塞挤压铸造机，其特征在于，合模机构包括大油缸（6）、上台面（8）、导柱（11）、滑台（10）、活塞杆（9）、T型槽（13），四个供导柱（11）下端通过下台面（14）四个角上的孔固定于固定于顶模结构上，导柱（11）穿过滑台（10）四个角上的孔，滑台（10）固定于导柱（11）中部，导柱（11）上端与上台面（8）连接，导柱（11）穿过滑台（10），导柱（11）上端与上台面（8）连接，活塞杆（9）下端与滑台（10）连接、上端与大油缸（6）连接，大油缸（6）与上台面（8）固定连接。

6.根据权利要求5所述的新型活塞挤压铸造机，其特征在于，大油缸（6）与上台面（8）通过紧固螺栓（7）固定连接。

7.根据权利要求5或6所述的新型活塞挤压铸造机，其特征在于，下台面（14）上设有呈“十”字形的T型槽（13）、中间设有进料孔（12）。

8.根据权利要求1或2所述的新型活塞挤压铸造机，其特征在于，倾斜浇注机构包括：料筒（17）、推杆铰链（18）、推杆（19），料筒（17）一端开口、一端封闭，开口端固定于顶模结构上，料筒（17）口大小与进料孔（12）大小相等并与之相对齐，推杆（19）和料筒（17）通过推杆铰链（18）相连接，，旋转支架，转轴，推杆，料筒下面与小油缸的活塞杆连接在一起，旋转支架与底座通过铰链连接在一起，推杆和旋转支架通过铰链连接在一起，通过推杆的来回移动可以旋转料筒进行加料。

9.根据权利要求1或2所述的新型活塞挤压铸造机，其特征在于，压射机构包括：活塞、小油缸（20）、小油缸活塞杆（21）、油缸底座铰链（22），活塞上端固定于料筒（17）下面，小油缸与液压***连接，小油缸活塞杆（21）上端固定在料筒（17）下面，小油缸（20）与底座支架（15）通过油缸底座铰链（22）相连。