適用于含異形輪緣結構的輪轂局部擠壓鑄造模具及工藝的制作方法
【專利摘要】適用于含異形輪緣結構的輪轂局部直接擠壓鑄造模具及工藝，該模具包括頂柱、連接桿、頂桿上板、楔緊模、限位桿、上模支撐板、上模、邊模、導軌、頂桿下板、頂桿、擠壓油缸、反向頂桿、擠壓沖頭、下模、封口刀、封口油缸和邊模液壓缸；本發(fā)明采用的工藝是將金屬液充入型腔后，對金屬液進行局部直接擠壓凝固的工藝方式，實現(xiàn)含異形輪緣結構的輪轂局部直接擠壓鑄造。
【專利說明】
適用于含異形輪緣結構的輪轂局部擠壓鑄造模具及工藝
技術領域
[0001]本發(fā)明屬于金屬鑄造成形工藝及模具領域，具體為一種適用于含異形輪緣結構的輪轂局部直接擠壓鑄造模具及工藝。
【背景技術】
[0002]擠壓鑄造是一種介于鑄造與鍛造之間的優(yōu)質、高效、節(jié)能的工藝方法，可分為直接擠壓鑄造和間接擠壓鑄造。直接擠壓鑄造是使熔融態(tài)金屬或半固態(tài)合金，直接注入敞口模具中，隨后閉合模具，以產生充填流動，到達制件外部形狀，接著施以高壓，使已凝固的金屬外殼產生塑性變形，未凝固金屬承受等靜壓，最后獲得制件或毛坯的工藝方法。間接擠壓鑄造指將熔融態(tài)金屬或半固態(tài)合金壓入鑄件型腔，然后沖頭通過對澆道內金屬液施加壓力，使金屬液在密閉的模具型腔內結晶凝固成型，最后獲得制件或毛坯的工藝方法。擠壓鑄造生產的鑄件內部致密，其力學性能可接近或達到同種合金鍛件水平。該工藝在實現(xiàn)批量、高效率生產的同時又可節(jié)約能源。目前，擠壓鑄造已成為汽車、航天航空、機械等工業(yè)領域生產有色合金零件的重要手段。
[0003]專利201510395442.5公開了一種集成低壓充型和擠壓凝固的鑄造裝置及方法，該工藝利用L形澆道及封口刀裝置，使液態(tài)金屬被封閉在模具中擠壓，同時升液管內金屬液回流，發(fā)揮了低壓充型和擠壓凝固的長處。利用該專利制造含異形輪緣結構的輪轂類鑄件時，必須有與之相適應的合模、鎖模裝置及模具結構。中國專利201210396426.4公布了一種浮動式直接擠壓鑄造模具及其實施方法。該裝置可采用整體邊摸，制造不帶異形輪緣的輪轂。

【發(fā)明內容】

[0004]為了克服上述現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種適用于含異形輪緣結構的輪轂局部擠壓鑄造模具及工藝，本發(fā)明采用的工藝是將金屬液充入型腔后，對金屬液進行局部直接擠壓凝固的工藝方式，實現(xiàn)含異形輪緣結構的輪轂局部直接擠壓鑄造。
[0005]為了達到上述目的本發(fā)明采用如下技術方案:
[0006]—種適用于含異形輪緣結構的輪轂局部擠壓鑄造模具，包括頂柱3、連接桿6、頂桿上板7、楔緊模8、限位桿9、上模支撐板10、上模11、邊模12、導軌13、頂桿下板15、頂桿16、擠壓油缸17、反向頂桿18、擠壓沖頭19、下模20、封口刀21、封口油缸22和邊模液壓缸25 ；工作臺14上方四周固定著導軌13，導軌13上方安裝著四個邊模12，邊模12在邊模液壓缸25的作用下能夠沿導軌13滑動，工作臺14上方、四個邊模12的中部固定著下模20;升液管24通過澆道23與下模20底部連通，封口刀21位于澆道23內，封口刀21在封口油缸22的作用下能夠在澆道23內左右滑動；
[0007]在壓機上橫梁2上分別固定著主液壓缸I和頂柱3，主液壓缸I的下端固定著壓機的活動橫梁4，壓機的活動橫梁4能夠在主液壓缸I的作用下上下運動，連接桿6通過固定板5及螺栓固定在壓機的活動橫梁4上，楔緊模8固定在連接桿6下端，楔緊模8能夠在主液壓缸I作用下上下移動，限位桿9下端固定在上模支撐板10上，限位桿9與楔緊模8通過滑塊連接，當楔緊模8向上移動至恰好碰到限位桿9頂部時，楔緊模8則帶動限位桿9向上移動;此外，擠壓油缸17及與下模20上下位置對應的上模11也固定在上模支撐板10上，擠壓沖頭19固定在擠壓油缸17的下端并位于上模11中心部位，在擠壓油缸17作用下，擠壓沖頭19能夠上下移動；固定在一起的頂桿上板7和頂桿下板15依靠重力懸掛在擠壓油缸17頂端，頂桿16穿過楔緊模8頂端固定在頂桿上板7和頂桿下板15之間，頂桿16能夠在楔緊模8的孔中上下自由滑動，反向頂桿18穿過楔緊模8頂端固定在頂桿上板7和頂桿下板15之間，反向頂桿18也能夠在楔緊模8的孔中上下自由滑動，且反向頂桿18位于邊模12的上方。
[0008]上述所述適用于含異形輪緣結構的輪轂局部擠壓鑄造模具的鑄造工藝，包括如下步驟:
[0009]初始狀態(tài):邊模12處于合適的打開位置，擠壓沖頭19位于上模11中心部位的初始位置，在下模20澆口處放置過濾網；
[0010]步驟一、合模:合模第一步為邊模12合模:四個邊模12在邊模液壓缸25的作用下閉合，合模第二步為上模11合模:上模11和固定在固定板5上的楔緊模8在主液壓缸I作用下向下運動，合模過程結束時，上模11和四個邊模12閉合，形成封閉的鑄件型腔;在合模第二步過程中，隨著上模11的下移，固定在上模支撐板10上的擠壓沖頭19同步向下運動，當上模11到達設定位置后停止運動，合模過程結束;在合模第二步過程中，懸掛在擠壓油缸17上的頂桿上板7和頂桿下板15隨著擠壓油缸17的下移而逐漸下移，當反向頂桿18接觸到邊模12時，反向頂桿18停止下移，而上模11繼續(xù)下移至合模過程結束;與此同時，反向頂桿18通過頂桿上板7使頂桿16復位；
[0011]步驟二、鎖模:隨后楔緊模8在壓機的活動橫梁4帶動下進一步下移，把上模11及四個邊模12鎖緊;鎖模結束后，固定板5恰好壓在頂桿上板7上且留有間隙，防止頂桿16在充型和擠壓過程中退讓；
[0012]步驟三、充型及封鎖澆道:向保溫爐內通入干燥壓縮空氣，坩禍內的金屬液在氣壓的作用下經過升液管24和澆道23被壓入型腔，然后，封鎖澆道23，澆口處的封口刀21在封口油缸22的作用下將澆口底部封死；
[0013]步驟四、對鑄件進行局部擠壓:固定在上模支撐板10上的擠壓油缸17啟動，并驅動擠壓沖頭19下行對液態(tài)金屬施加壓力并保壓至凝固結束;鑄件完全凝固后，擠壓油缸17和封口油缸22分別驅動擠壓沖頭19和封口刀21脫開鑄件并回到初始位置；
[0014]步驟五、模具解鎖:主液壓油缸I驅動固定板5向上回程，同時帶動楔緊模8向上回程，實現(xiàn)對上模11和邊模12的解鎖;當楔緊模8移動至與限位桿9上端接觸時停止運動；
[0015]步驟六、開模:首先，邊模12在邊模液壓缸25的作用下向外側滑動開啟，之后，主液壓油缸I繼續(xù)驅動固定板5向上回程，同時通過連接桿6帶動楔緊模8向上回程，進而通過限位桿9帶動上模11向上移動，當鑄件隨上模11上移到某一設定位置，開模過程結束；
[0016]步驟七、頂出鑄件:首先，機械手將接料板26移動到鑄件下方設定位置，頂桿上板7在主液壓缸I作用下上移回程，而固定在壓機上橫梁2上的頂柱3保持靜止；當頂桿上板7碰到頂柱3的下端時，頂桿上板7停止上移；但此時，主液壓缸1、上模11及鑄件仍繼續(xù)上移回程;最終，鑄件在頂桿16的作用下被頂出，鑄件落在接料板26上，待鑄件被取走之后進行下一工藝循環(huán)。
[0017]本發(fā)明的特點包括:(I)上模11和楔緊模8是相對滑動的，上模11通過限位桿9懸掛在楔緊模8上，楔緊模8通過連接桿6與壓機的活動橫梁4剛性連接；(2)在合模過程中，上模11和楔緊模8—起向下移動，當邊模12及上模11依次合攏后，楔緊模8將上模11及邊模12鎖緊;在開模過程中，首先需要楔緊模8解鎖并移動到設定位置后保持靜止，然后邊模12開模，最后楔緊模8繼續(xù)帶動上模11開模；(3)在對含異形輪緣結構的輪轂進行局部直接擠壓鑄造工藝過程中，邊模12和上模11受到金屬液的壓力，經核算，每個邊模12的鎖模力最大可能達至IJlOOOt以上。而本發(fā)明僅使用一個楔緊模8便可同時實現(xiàn)對上模11和對4個邊模12的鎖模。
[0018]和現(xiàn)有技術相比較，本發(fā)明具備如下優(yōu)點:
[0019]1、本發(fā)明采用的工藝是將金屬液充入型腔后，對金屬液進行局部直接擠壓凝固的工藝方式。與不含異形輪緣結構的輪轂相比，含異形輪緣結構的輪轂形狀更為復雜，具體體現(xiàn)在輪轂的外輪緣與輪輞之間成約120°?160°的鈍角，因此，為防止開模時鑄件與模具干涉，含異形輪緣結構的輪轂模具不能簡單地采用具有一定斜度的整體邊模。在制造含異形輪緣結構的輪轂時，模具通常包含4個邊模，I個下模和I個上模，然而，對輪轂進行局部擠壓凝固時，為防止邊模退讓(提供鎖模力)，需要采用鎖模裝置將邊模和上模及下模鎖緊。
[0020]2、本發(fā)明的特點是采用一個與壓機活動橫梁剛性連接的楔緊模8，上模11自帶擠壓油缸，并且掛在楔緊模8上，合模后楔緊模8同時實現(xiàn)對上模11和對4個邊模12的鎖緊，鑄件凝固后先開楔緊模8，再開邊摸12，最后在楔緊模8上升的帶動下開上模11。實現(xiàn)含異形輪緣結構的輪轂局部直接擠壓鑄造。
[0021]3、采用帶一個主液壓缸的壓機，以較小的設備投資和占地，實現(xiàn)含異形輪緣結構的輪轂局部直接擠壓鑄造。
【附圖說明】
[0022]圖1是模具及壓機在初始時刻的結構示意圖。
[0023]圖2是合模過程示意圖，其中:圖2(a)是合模過程中邊模在邊模液壓缸作用下閉合，圖2 (b)是合模過程中上模在主液壓缸作用下閉合。
[0024]圖3是在鎖模結束時的結構示意圖。
[0025]圖4是在充型結束時的結構示意圖。
[0026]圖5是擠壓凝固過程示意圖，其中:圖5(a)是擠壓凝固初始時刻擠壓沖頭的位置在上端，封口刀移動到左端封鎖澆道，圖5(b)是擠壓凝固終止時刻擠壓沖頭的位置在最下端，圖5(c)是擠壓凝固結束后擠壓沖頭回復到上端的初始位置，封口刀回復到右端的位置。
[0027]圖6是在模具解鎖結束時的結構示意圖。
[0028]圖7是在開模過程中邊模首先開啟的結構示意圖。
[0029]圖8是鑄件頂出過程示意圖，其中:圖8(a)是頂出過程初始時刻，接料板移動到鑄件下方，圖8(b)是頂桿和反向頂桿下移，頂出鑄件，鑄件落到接料板上。
【具體實施方式】
[0030]下面結合圖1至圖8對本發(fā)明的工藝步驟進行具體說明。
[0031]本發(fā)明在技術實現(xiàn)上包括如下部件:裝置由主液壓缸1、壓機上橫梁2、頂柱3、壓機的活動橫梁4、固定板5、連接桿6、頂桿上板7、楔緊模8、限位桿9、上模支撐板10、上模11、邊模12、導軌13、工作臺14、頂桿下板15、頂桿16、擠壓油缸17、反向頂桿18、擠壓沖頭19、下模20、封口刀21、封口油缸22、澆道23、升液管24、邊模液壓缸25、接料板26組成。其中，裝置中屬于模具的部分如下:頂柱3、連接桿6、頂桿上板7、楔緊模8、限位桿9、上模支撐板10、上模U、邊模12、導軌13、頂桿下板15、頂桿16、擠壓油缸17、反向頂桿18、擠壓沖頭19、下模20、封口刀21、封口油缸22和邊模液壓缸25。裝置中屬于液壓機的部分如下:主液壓缸1、壓機上橫梁2、壓機的活動橫梁4和固定板5等。
[0032]本發(fā)明的工藝步驟為:合模(邊模合模，上模下移合模)、鎖模(楔緊模鎖緊上模和邊模)、充型及封鎖澆道、對鑄件局部擠壓凝固(擠壓沖頭下移)、擠壓沖頭及封口刀回原位、模具解鎖、開模(邊模開模，上模上移開模)、頂出鑄件。
[0033]本發(fā)明的模具及機器動作包括:
[0034]初始狀態(tài):邊模12處于合適的打開位置。擠壓沖頭19位于上模11中心部位的初始位置。在下模20澆口處放置過濾網。
[0035]步驟一:合模。合模過程包括兩步。合模第一步(邊模12合模):4個邊模12在邊模液壓缸25的作用下閉合。合模第二步(上模11合模):上模11和固定在固定板5上的楔緊模8在主液壓缸I作用下向下運動。合模過程結束時，上模11和4個邊模12閉合，形成封閉的鑄件型腔。在合模第二步過程中，隨著上模11的下移，固定在上模支撐板10上的擠壓沖頭19同步向下運動。當上模11到達設定位置后停止運動，合模過程結束。在合模第二步過程中，懸掛在擠壓油缸17上的頂桿上板7和頂桿下板15隨著擠壓油缸17的下移而逐漸下移。當反向頂桿18接觸到邊模12時，反向頂桿18停止下移，而上模11繼續(xù)下移至合模過程結束。與此同時，反向頂桿18通過頂桿上板7使頂桿16復位。
[0036]步驟二:鎖模。隨后楔緊模8在壓機活動橫梁帶動下進一步下移，把上模11及4個邊模12鎖緊。鎖模結束后，固定板5恰好壓在頂桿上板7上(留有小的間隙)，防止頂桿16在充型和擠壓過程中退讓。
[0037]步驟三:充型及封鎖澆道。向保溫爐內通入干燥壓縮空氣，坩禍內的金屬液在氣壓的作用下經過升液管24和饒道23被壓入型腔。然后，封鎖饒道，饒口處的封口刀21在封口油缸22的作用下將澆口底部封死。
[0038]步驟四:對鑄件進行局部擠壓。固定在上模支撐板10上的擠壓油缸17啟動，并驅動擠壓沖頭19下行對液態(tài)金屬施加壓力并保壓至凝固結束。鑄件完全凝固后，擠壓油缸17和封口油缸22分別驅動擠壓沖頭19和封口刀21脫開鑄件并回到初始位置。
[0039]步驟五:模具解鎖。主液壓油缸I驅動固定板5向上回程，同時帶動楔緊模8向上回程，實現(xiàn)對上模11和邊模12的解鎖。當楔緊模8移動至與限位桿9上端接觸時停止運動。
[0040]步驟六:開模。首先，邊模12在邊模液壓缸25的作用下向外側滑動開啟。之后，主液壓油缸I繼續(xù)驅動固定板5向上回程，同時通過連接桿6帶動楔緊模8向上回程，進而通過限位桿9帶動上模11向上移動，當鑄件隨上模11上移到某一設定位置，開模過程結束。
[0041]步驟七:頂出鑄件。首先，機械手將接料板26移動到鑄件下方設定位置。頂桿上板7在主液壓缸I作用下上移回程，而固定在壓機上橫梁2上的頂柱3保持靜止；當頂桿上板7碰到頂柱3的下端時，頂桿上板7停止上移;但此時，主液壓缸1、上模11及鑄件等仍繼續(xù)上移回程。最終，鑄件在頂桿16的作用下被頂出。鑄件落在接料板26(如圖8(b)所示)上。待鑄件被取走之后進行下一工藝循環(huán)。
[0042]所屬技術領域的技術人員應該明了，對本發(fā)明的任何改進，對本發(fā)明具體方式的選擇等，均落在本發(fā)明的保護范圍和公開范圍之內。
【主權項】
1.一種適用于含異形輪緣結構的輪轂局部擠壓鑄造模具，其特征在于:包括頂柱(3)、連接桿(6)、頂桿上板(7)、楔緊模(8)、限位桿(9)、上模支撐板(10)、上模(11)、邊模(12)、導軌(13)、頂桿下板(15)、頂桿(16)、擠壓油缸(17)、反向頂桿(18)、擠壓沖頭(19)、下模(20)、封口刀(21)、封口油缸(22)和邊模液壓缸(25); 工作臺(14)上方四周固定著導軌(13)，導軌(13)上方安裝著四個邊模(12)，邊模(12)在邊模液壓缸(25)的作用下能夠沿導軌(13)滑動，工作臺(14)上方、四個邊模(12)的中部固定著下模(20);升液管(24)通過澆道(23)與下模(20)底部連通，封口刀(21)位于澆道(23)內，封口刀(21)在封口油缸(22)的作用下能夠在澆道(23)內左右滑動； 在壓機上橫梁(2)上分別固定著主液壓缸(I)和頂柱(3)，主液壓缸(I)的下端固定著壓機的活動橫梁(4)，壓機的活動橫梁(4)能夠在主液壓缸(I)的作用下上下運動，連接桿(6)通過固定板(5)及螺栓固定在壓機的活動橫梁(4)上，楔緊模(8)固定在連接桿(6)下端，楔緊模(8)能夠在主液壓缸(I)作用下上下移動，限位桿(9)下端固定在上模支撐板(10)上，限位桿(9)與楔緊模(8)通過滑塊連接，當楔緊模(8)向上移動至恰好碰到限位桿(9)頂部時，楔緊模(8)則帶動限位桿(9)向上移動;此外，擠壓油缸(17)及與下模(20)上下位置對應的上模(11)也固定在上模支撐板(10)上，擠壓沖頭(19)固定在擠壓油缸(17)的下端并位于上模(11)中心部位，在擠壓油缸(17)作用下，擠壓沖頭(19)能夠上下移動；固定在一起的頂桿上板(7)和頂桿下板(15)依靠重力懸掛在擠壓油缸(17)頂端，頂桿(16)穿過楔緊模(8)頂端固定在頂桿上板(7)和頂桿下板(15)之間，頂桿(16)能夠在楔緊模(8)的孔中上下自由滑動，反向頂桿(18)穿過楔緊模(8)頂端固定在頂桿上板(7)和頂桿下板(15)之間，反向頂桿(18)也能夠在楔緊模(8)的孔中上下自由滑動，且反向頂桿(18)位于邊模(12)的上方。2.權利要求1所述適用于含異形輪緣結構的輪轂局部擠壓鑄造模具的鑄造工藝，其特征在于:包括如下步驟: 初始狀態(tài):邊模(12)處于合適的打開位置，擠壓沖頭(19)位于上模(11)中心部位的初始位置，在下模(20)澆口處放置過濾網； 步驟一、合模:合模第一步為邊模(12)合模:四個邊模(12)在邊模液壓缸(25)的作用下閉合，合模第二步為上模(11)合模:上模(11)和固定在固定板(5)上的楔緊模(8)在主液壓缸(I)作用下向下運動，合模過程結束時，上模(11)和四個邊模(12)閉合，形成封閉的鑄件型腔;在合模第二步過程中，隨著上模(11)的下移，固定在上模支撐板(10)上的擠壓沖頭(19)同步向下運動，當上模(11)到達設定位置后停止運動，合模過程結束;在合模第二步過程中，懸掛在擠壓油缸(17)上的頂桿上板(7)和頂桿下板(15)隨著擠壓油缸(17)的下移而逐漸下移，當反向頂桿(18)接觸到邊模(12)時，反向頂桿(18)停止下移，而上模(11)繼續(xù)下移至合模過程結束;與此同時，反向頂桿(18)通過頂桿上板(7)使頂桿(16)復位； 步驟二、鎖模:隨后楔緊模(8)在壓機的活動橫梁(4)帶動下進一步下移，把上模(11)及四個邊模(12)鎖緊;鎖模結束后，固定板(5)恰好壓在頂桿上板(7)上且留有間隙，防止頂桿(16)在充型和擠壓過程中退讓； 步驟三、充型及封鎖澆道:向保溫爐內通入干燥壓縮空氣，坩禍內的金屬液在氣壓的作用下經過升液管(24)和澆道(23)被壓入型腔，然后，封鎖澆道(23)，澆口處的封口刀(21)在封口油缸(22)的作用下將澆口底部封死； 步驟四、對鑄件進行局部擠壓:固定在上模支撐板(10)上的擠壓油缸(17)啟動，并驅動擠壓沖頭(19)下行對液態(tài)金屬施加壓力并保壓至凝固結束；鑄件完全凝固后，擠壓油缸(17)和封口油缸(22)分別驅動擠壓沖頭(19)和封口刀(21)脫開鑄件并回到初始位置； 步驟五、模具解鎖:主液壓油缸(I)驅動固定板(5)向上回程，同時帶動楔緊模(8)向上回程，實現(xiàn)對上模(11)和邊模(12)的解鎖；當楔緊模(8)移動至與限位桿(9)上端接觸時停止運動； 步驟六、開模:首先，邊模(12)在邊模液壓缸(25)的作用下向外側滑動開啟，之后，主液壓油缸(I)繼續(xù)驅動固定板(5)向上回程，同時通過連接桿(6)帶動楔緊模(8)向上回程，進而通過限位桿(9)帶動上模(11)向上移動，當鑄件隨上模(11)上移到某一設定位置，開模過程結束； 步驟七、頂出鑄件:首先，機械手將接料板(26)移動到鑄件下方設定位置，頂桿上板(7)在主液壓缸(I)作用下上移回程，而固定在壓機上橫梁(2)上的頂柱(3)保持靜止；當頂桿上板(7)碰到頂柱(3)的下端時，頂桿上板(7)停止上移;但此時，主液壓缸(I)、上模(11)及鑄件仍繼續(xù)上移回程;最終，鑄件在頂桿(16)的作用下被頂出，鑄件落在接料板(26)上，待鑄件被取走之后進行下一工藝循環(huán)。
【文檔編號】B22D18/02GK106001499SQ201610639225
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月5日
【發(fā)明人】韓志強, 孟文, 朱志華, 阿拉騰
【申請人】清華大學, 中信戴卡股份有限公司