CN201419238Y - 重力倾斜旋转浇铸成型装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种金属模重力倾斜旋转浇铸成型装置，尤其是环盘形壁厚不均匀零件的重力倾斜旋转浇铸成型装置，包括模具和经改装的通用重力铸造机。用原重力铸造机台的侧模和上模油缸等运动导向部件实现模具的开合取件等动作；将原重力铸造机的下机台板改装成可绕机座固定轴旋转负95度到5度的旋转机台；新做上模活动连接板、上模活动连接板锁紧装置、上模开模连接板、导柱头锁紧装置；对模具的上模设上模浇包和上模风盒，侧模设“U”形入水口、侧模水环、“U”形溢流口和溢流槽，下模设下模环形水道、安装电发热环和热电偶。模具随旋转机台一起从负95度倾斜位置旋转到0度正立位置的过程中，上模浇包中的合金溶液在自身重力作用下通过侧模入水口平稳快速的进入模具型腔。型腔中的合金溶液在侧模水环、上模风盒、下模环形水道等冷却装置和冒口加压装置的共同作用下顺序凝固成铸件，使铸件比普通重力铸造的凝结组织致密，机械性能和表面质量好；铸件在推料块和冒口加压装置提供的两个作用力下脱模，脱模力均匀，铸件脱模变形小；模具在现有经改装的通用重力铸造机上生产，设备改造调整费用低，结构简单。
Description
本实用新型涉及一种金属模重力倾斜旋转浇铸成型装置，尤其是环盘形壁厚不均匀零件的重力倾斜旋转浇铸成型装置。
背景技术
整体式汽车铝合金车轮是典型的环盘形壁厚不均匀零件，是汽车的重要安全和装饰部件，其结构和形状复杂，对机械性能和表面质量有较高要求。如图1是整体式汽车铝合金车轮的正面图，图2是整体式汽车铝合金车轮图1的A-A截面图。如图1、图2所示：整体式汽车铝合金车轮的轮辋部分结构类似环形零件，上下壁厚均匀且较薄；辐条和安装盘部分结构类似盘形零件，结构和形状复杂壁厚不均匀且较厚。整体式汽车铝合金车轮的轮辋部分和安装盘位置有装配要求，对直径精度、轴向跳动精度和径向跳动精度都有较高要求，这就决定了用铸造工艺成型的整体式汽车铝合金车轮的轮辋和安装盘部位必须经过机加工工序才能达到使用要求。因此在整体式汽车铝合金车轮模具开发时，要在轮辋和安装盘部位放置加工余量，如图2虚线所示。整体式汽车铝合金车轮的正面主要是满足外观要求，是否机加工取决于车轮开发时要求的外观效果。整体式铝合金车轮是汽车的重要安全部件必须经过冲击、弯曲、径向等性能试验才可量产上市。目前绝大部分铝合金车轮都是无内胎车轮，因此轮辋部分的气密性非常重要，必须100％经过气密性试验。图1、图2所示为正面不机加工的无内胎整体式汽车铝合金车轮。
目前，公知的整体式汽车铝合金车轮重力铸造成型装置，如图3、图4和图5所示：上模(6)固定于铸造机的上模固定板(3)上，下模(7)通过下模座(10)固定于铸造机的下机台板(4)上，两侧模(8)、(9)分别对应地固定于铸造机的两侧模固定板(2)上，利用铸造机油缸将上模(6)、下模(7)及侧模(8)、(9)相互密合成整体式汽车铝合金车轮模具的型腔(ZH)。在两侧模(8)、(9)相互密合侧面的一侧设有浇铸系统(ZH1)。合金溶液通过人工用浇勺浇入浇铸系统(ZH1)的入口，以充型模具的型腔(ZH)。采用人工勺式浇铸，合金溶液的浇铸速度和浇铸质量受操作人员的操作技能影响较大，易卷入气体、带进杂质造成合金溶液的污染，降低产品质量。在车轮安装盘位置设有冒口(ZH2)，利用冒口(ZH2)容置的合金溶液补充型腔(ZH)内合金溶液凝固时C1D1段的体积收缩量。在轮辋顶部设有边冒口(ZH3)，利用边冒口(ZH3)容置的合金溶液补充型腔(ZH)内合金溶液凝固时B1A1段的体积收缩量。在边冒口(ZH3)顶部均布设有四个开口(ZH4)，以便合金溶液浇铸时模具的排气和观察合金溶液的充型情况。合金溶液充型完成后，合金溶液从C1到D1和B1到A1两个方向顺序凝固，冒口(ZH2)和边冒口(ZH3)中容置的合金溶液在自身重力作用下分别对C1D1段和B1A1段补缩。一方面铝合金车轮辐条的水平距离较长，铝合金密度小，冒口(ZH2)中容置的合金溶液提供的补缩压力相对较小(一般为0.02～0.03MPa)补缩距离达不到辐条末端与轮辋交接的B1C1段；另一方面轮辋壁厚较薄，而辐条末端与轮辋交接的B1C1段铸件壁厚较厚，边冒口(ZH3)中容置的合金溶液也难以补缩到辐条末端与轮辋交接的B1C1段，使辐条末端的合金溶液凝固结晶晶粒较大易出现缩松等缺陷，影响辐条的力学性能。在整体式铝合金车轮的冲击、弯曲等性能试验中，辐条末端易出现裂纹破坏。辐条末端与轮辋交接的B1C1段铸件壁厚较厚，合金溶液凝固时在B1C1段会形成很大的热节，影响从B1到A1方向的顺序凝固，使轮辋部分的B1处机加工后易产生缩松漏气缺陷，导致铸件的报废。铸件最终脱模是铸造机的上模油缸带动上模固定板(3)将上模(6)和铸件一起向上运动，直到铸造机打料块(1)与铸件边冒口(ZH3)顶面接触，上模(6)继续向上运动使铸件从上模(6)脱下落入铸造机接料盘(5)中。因脱模力全部作用在轮辋边冒口(ZH3)顶面，铸件温度较高时铸件冒口(ZH2)的脱模阻力较大，易造成安装盘位置沿轴线方向偏移变形。此种变形对正面不要求机加工的整体式汽车铝合金车轮很难在后续工序中消除，严重影响车轮品质。
发明内容
为了克服现有整体式汽车铝合金车轮这类环盘形壁厚不均匀零件金属模重力铸造成型装置的不足，本实用新型提供一种新型的重力倾斜旋转浇铸成型装置。
本实用新型的目的是这样实现的：用原重力铸造机台的侧模、上模油缸等运动导向部件实现模具的开合取件等动作，对原重力铸造机台的机座进行改装，将原重力铸造机台的下机台板和安装在下机台板上的侧模油缸固定箱等部件改装成可绕机座固定轴旋转负95度到5度的旋转机台。新做上模活动连接板，通过上模连接柱与模具的上模连接。在侧模油缸固定箱上固定支撑板，在支撑板上安装定位销和上模活动连接板锁紧装置来快速锁紧上模活动连接板。在模具侧模合模面一端对应的上模位置上设上模浇包。按我们2007年8月21日申请的“重力浇铸加压结晶成型装置”实用新型专利(专利号：ZL200720055739.8)中公开的方案，在整体式汽车铝合金车轮的安装盘位置设保温冒口和冒口加压装置。模具通过侧模油缸、上模活动连接板、上模活动连接板锁紧装置等部件实现上模、下模和侧模的闭合锁紧。模具在旋转机台两侧的旋转机台油缸带动下随旋转机台一起倾斜旋转到负95度的位置。合金溶液通过人工用浇勺倒入安装在上模的上模浇包中。旋转机台在两侧旋转机台油缸的带动下按事先设定的旋转运动参数将模具旋转到0度正立的位置。在模具随旋转机台一起从负95度倾斜位置旋转到0度正立位置的过程中，上模浇包中的合金溶液在自身重力作用下通过侧模入水口平稳快速的进入模具型腔。侧模水环、下模环形水道、上模冷却风盒等冷却装置按设定的冷却顺序、冷却强度等参数对型腔中的合金溶液冷却。侧模水环强化合金溶液在B2C2段的冷却，促使型腔中的合金溶液从C2到D2和B2到A2两个方向更好的顺序凝固。侧模水环将B2点的合金溶液快速凝固，使铸型中C2D2段的合金溶液处于封闭的型腔中，冒口加压装置按事先设定的延时时间、加压速度和保压压力向冒口顶面加压保压。型腔中C2D2段的合金溶液在气体压力下沿C2到D2的方向顺序凝固，极大的提高了冒口(ZH2)中容置的合金溶液的补缩能力。合金溶液凝固成铸件后，铸件在推料块和冒口加压装置提供的两个向下作用力下从上模脱出，达到使铸件辐条末端凝结组织密致，脱模变形小，提高合金溶液的利用率和降低机加工成本的效果。
本实用新型的方案包括模具和经改装的通用重力铸造机。所述的模具和经改装的通用重力铸造机主要包括上模连接柱、冒口加压装置、上模、下模座、下模、上模浇包、上模浇包档板、侧模入水口护围、左右侧模、侧模水环、电发热环、机座、旋转机台、旋转机台油缸、滑动轴承和轴承座、侧模油缸和导向部件、侧模油缸固定箱、侧模导向条、上模活动连接板、上模活动连接板锁紧装置、导柱头、上模开模连接板、导柱头定位套、导柱头锁紧装置，上模通过上模连接柱固定于铸造机的上模活动连接板上，下模通过下模座固定于铸造机的旋转机台上，左右侧模分别对应地固定于铸造机的两侧模固定板上；所述模具的上模设浇铸前储存和保温合金溶液的上模浇包，左右侧模合模面的一端设“U”形入水口，另一端设“U”形溢流口和溢流槽；所述模具上模对入水口位背面设上模风盒，左右侧模对入水口位一端相邻两侧面设倒“U”形水道；所述模具左右侧模对辐条与轮辋交接部位设能够快速将合金溶液凝固的侧模水环；所述模具的下模对辐条与轮辋的交接部位和辐条与安装盘的交接部位加工下模环形水道和安装电发热环及热电偶C；所述经改装的通用重力铸造机旋转机台通过旋转轴头与滑动轴承和轴承座配合固定在机座上，可绕机座固定轴旋转负95度到5度，旋转机台中间的长条凹槽上通过螺栓固定侧模导向条与左右侧模配合；所述的上模活动连接板通过上模活动连接板锁紧装置实现与支撑板锁紧松开，通过导柱头和导柱头锁紧装置实现与上模开模连接板锁紧松开；所述经改装的通用重力铸造机通过上模活动连接板、上模活动连接板锁紧装置、导柱头、导柱头锁紧装置和上模开模连接板实现上模与下模的开模取件和闭合锁紧；所述的模具通过旋转机台带动模具在倾斜负95度位置到0度正立位置间旋转的过程中完成合金溶液从上模浇包向模具型腔的充型。
所述的上模浇包通过螺栓固定在上模浇包档板上，上模浇包档板安装在上模顶面扇形定位台阶槽内用螺栓锁紧；在上模浇包的底面及侧面安装电发热板和热电偶B，外侧再包裹一层保温棉，在上模浇包档板内安装电发热棒和热电偶A；热电偶B和热电偶A适时检测上模浇包和上模浇包档板的温度，使上模浇包和上模浇包档板在模具使用过程中温度始终保持在500度到550度之间，保证每次倒入上模浇包中的合金溶液均在同样的浇铸温度下浇铸进模具型腔中；上模浇包的内壁喷涂一层保温铸造涂料，来避免合金溶液与上模浇包内壁直接接触，保护上模浇包内壁和合金溶液不受污染；以此提高合金溶液浇铸的稳定性和铸件质量。
所述的模具左右侧模合模面的一端设“U”形入水口，入水口顶面安装侧模入水口护围与上模浇包对接；侧模入水口护围中间台阶位安放过滤网，通过过滤网拦截合金溶液浇铸进模具型腔时的杂质，提高浇铸合金溶液的品质；左右侧模合模面的另一端设“U”形溢流口和溢流槽，溢流槽是通过在两左右侧模合模面顶面加工方形凹槽分别安装“L”形左槽板和右槽板，左右侧模合模后左槽板和右槽板就组成了“U”形溢流槽；溢流口和溢流槽在合金溶液充型过程顺利排出模具型腔中的气体，模具旋转到0度正立位置后少量多余的合金溶液从溢流口和溢流槽流到指定容器中。
所述的模具上模正对入水口的背面位置设上模风盒，上模风盒的中间安装一进风管一直伸入上模风盒底部，上模风盒的中间顶面两侧各接一出风管到上模顶面，进风管连接电磁止通阀来控制冷却风的通断；左右侧模入水口的一端相邻两侧面各加工一个竖向和两个横向的圆孔互相连通，再将竖向圆孔的端面堵焊，使侧模入水口的一端内形成倒“U”形水道，在水道的两端设管螺纹连接管接头，水道的两端通过管接头分别与进水管和出水管连接，进水管连接电磁止通阀来控制冷却水的通断；在入水口位对应上模背面和左右侧模对水口位的一端设冷却装置是为了能在浇铸完成后单独调节入水口位的冷却强度和速度，控制浇铸过程中因合金溶液冲刷，模具局部温度升高较快对合金溶液凝固的影响。
所述的模具左右侧模对辐条与轮辋的交接部位的侧模水环是在顶面加工成半圆形的“U”形截面水槽，再将水槽的两端堵焊，两端的侧面加工进水孔和出水孔，最后将水道的顶面用盖板封闭满焊形成“U”形水道；侧模水环加工成“凸”形截面的半圆环，左右侧模上也加工出对应的安装位，侧模水环装入左右侧模后通过圆周上竖向和横向的螺栓固定；侧模水环水道的两端进水孔和出水孔通过管接头分别与进水管和出水管连接，进水管连接电磁止通阀来控制冷却水的通断。在左右侧模对辐条与轮辋交接部位设侧模水环是为了能在浇铸完成后迅速将辐条与轮辋交接部位的合金溶液凝固，使模具辐条、安装盘和冒口型腔位的合金溶液处于封闭状态，以便冒口加压装置加压，使模具辐条、安装盘和冒口型腔位的合金溶液在压力下结晶凝固；轮辋部份的合金溶液在垂直重力下自侧模水环位置向上顺序结晶凝固，因侧模水环的强冷使辐条与轮辋的交接的B2部位第一时间结晶凝固，避免了因凝固不好，导致此部位的缩松漏气。
所述的模具下模对辐条与轮辋的交接部位和辐条与安装盘的交接部位加工下模环形水道，下模对辐条的中部安装电发热环和热电偶C；下模环形水道是在下模背面对应位置加工“U”形截面环槽，下模环槽对入水口位堵焊，堵焊两侧留入水孔，其余位置用环形盖板封闭满焊形成环形水道，在环形水道入水孔对面环形盖板(35)上加工一出水孔，下模环形水道的进水孔和出水孔通过管接头分别与进水管和出水管连接，进水管连接电磁止通阀来控制冷却水的通断。下模环形水道中的冷却水从合金溶液入水口的一侧进入后从对面流出，使下模环形水道中冷却水的流动方向和冷却方向与合金溶液浇铸充型的流动方向相同，有益于模具辐条和安装盘位的合金溶液从辐条与轮辋交接的部位向安装盘部位顺序结晶凝固；下模的环形水道强化了辐条与轮辋的交接部位和辐条与安装盘的交接部位合金溶液的凝固结晶质量，提高了铸件该部位的力学性能，对整体式铝合金车轮顺利通过冲击、弯曲等性能试验十分有益；每完成一件铸件的生产，热电偶C均检测下模的温度，下模对辐条中部安装的电发热环根据热电偶C的温度检测结果对下模加热到设定的温度，使下模在每次浇铸前的初始温度一致，保证了在每次浇铸过程中充型模具下模辐条和安装盘等复杂正面形状时合金溶液的流动性，确保铸件的正面外观效果。
所述的经改装通用重力铸造机的旋转机台是通过在两侧设旋转轴头，旋转轴头通过滑动轴承和轴承座将旋转机台固定在机座上，旋转轴头通过夹板与旋转机台油缸的伸缩端连接，旋转机台油缸的另一端通过活动铰链固定在机座上。通过旋转机台油缸的伸缩往返带动旋转机台和安装在旋转机台上的部件及模具在负95度到5度的范围内旋转运动。旋转机台是为了使模具在旋转倾斜到负95度的位置时通过人工用浇勺将合金溶液倒入上模浇包中，旋转机台油缸再带动旋转机台和模具从负95度的位置按事先设定的旋转运动参数旋转到0度正立的位置，在模具从负95度的倾斜位置，旋转到0度正立位置的过程中，上模浇包中的合金溶液在自身重力作用下平稳快速的通过侧模“U”形入水口进入模具型腔中。因为合金溶液是完全在自身重力作用下的流动，所以流动过程平稳，避免了因浇铸速度的变化而引起合金溶液流动的飞溅；通过旋转运动参数的优化设定，模具先以较快速度旋转，使上模浇包中的合金溶液快速的漫过侧模“U”形入水口，上模浇包中合金溶液表面的悬浮氧化物被上模浇包档板档住，上模浇包中间部位的合金溶液先进入模具型腔中。旋转机台的旋转运动过程由安装在旋转轴头上的角度传感器和PLC程序自动化控制，从而实现了合金溶液浇铸充型的自动化，极大的提高了合金溶液浇铸充型速度的稳定性和可重复性，降低了对操作人员的浇铸技能要求和劳动强度。
所述的经改装通用重力铸造机的旋转机台中间设侧模导向条，侧模导向条通过螺栓固定在旋转机台中间的长条凹槽上。左右侧模开合运动过程侧模导向条使左右侧模导向和定位；在模具旋转到负95度位置时侧模导向条起支撑左右侧模的作用。
所述的经改装通用重力铸造机的上模活动连接板中间设4条沉台形长条槽，以便与不同规格模具的安装；上模活动连接板中间两侧设4个导柱头，导柱头顶端侧面加工锲形凹槽，通过导柱头使上模活动连接板与上模开模连接板定位连接和锁紧；上模活动连接板两端四角设4个锥形定位套，通过锥形定位套与支撑板上的锥形定位销配合定位；上模活动连接板两端中间设2个固定锲形块与上模活动连接板锁紧装置锁紧。
所述的上模活动连接板锁紧装置是通过支撑板固定在侧模油缸固定箱顶面；上模活动连接板锁紧油缸通过伸缩带动横梁两端的活动锲形条往复滑动；活动锲形条的底侧设导滑垫块，两侧设导滑侧块，顶面设导滑压板，通过螺栓将导滑垫块、导滑侧块、导滑压板连接固定在支撑板上；活动锲形条的往复滑动与设在上模活动连接板两端的固定锲形块接触和分开来使现上模活动连接板的快速锁紧和松开。通过上模活动连接板的快速锁紧和松开来实现模具上模与下模的锁紧和松开。
所述的导柱头锁紧装置是通过固定在上模开模连接板上的锁紧油缸A带动锲形锁紧条往复滑动，使锲形锁紧条与导柱头前端的锲形凹槽快速锁紧和分开，来实现上模活动连接板与上模开模连接板的锁紧和分开；锲形锁紧条的中间左右各设一根圆形导向杆与固定在上模开模连接板上的导向块配合，为锲形锁紧条的往复滑动提供导向和限位作用。
本实用新型的有益效果是，在模具旋转过程中上模浇包中的合金溶液在完全自身重力作用下平稳快速的通过侧模“U”形入水口进入模具型腔中，通过旋转运动参数的优化设定，模具先以较快速度旋转，使上模浇包中的合金溶液快速漫过侧模“U”形入水口，上模浇包中合金溶液表面的悬浮氧化物被上模浇包档板档住，上模浇包中间部位的合金溶液先进入模具型腔中，避免了因浇铸速度的变化而引起合金溶液流动的飞溅，有效减少了在充型过程中产生卷气、夹渣等缺陷；旋转机台的旋转运动过程由安装在旋转轴头上的角度传感器和PLC程序自动化控制，从而实现了合金溶液浇铸充型的自动化，极大的提高了合金溶液浇铸充型速度的稳定性和可重复性，降低了对操作人员的浇铸技能要求和劳动强度；铸件辐条和安装盘部位的合金溶液在冒口加压装置提供气体压力和侧模水环及下模环形水道等冷却装置的作用下快速顺序结晶凝固，使铸件比普通重力铸造的凝结组织致密，机械性能和表面质量好；轮辋部份的合金溶液在垂直重力下自侧模水环位置向上顺序结晶凝固，因侧模水环的强冷使辐条与轮辋交接的B2部位第一时间结晶凝固，有效避免了凝固不好而导致轮辋部份B2处机加工后产生缩松漏气缺陷的出现，提高了铸件的合格率；铸件在推料块和冒口加压装置提供的气体压力作用下脱模，脱模力均匀，铸件脱模变形小，尤其是能有效减小铸件安装盘轴向偏移变形；模具每次浇铸前下模都会自动加热到设定温度，保证了在每次浇铸过程中充型模具下模辐条和安装盘等复杂正面形状时合金溶液的流动性，确保铸件的正面外观效果；模具在现有经改装的铸造机上生产，设备改造调整费用低，结构简单。
附图说明
图1是整体式汽车铝合金车轮的俯视图；
图2是整体式汽车铝合金车轮图1的A-A截面视图；
图3是公知的整体式汽车铝合金车轮重力铸造成型装置的主视图；
图4是公知的整体式汽车铝合金车轮重力铸造成型装置模具图5的B-B截面视图；
图5是公知的整体式汽车铝合金车轮重力铸造成型装置模具的局部俯视图；
图6是本实用新型装置模具的主视图；
图7是本实用新型装置图6的F向局部视图；
图8是本实用新型装置模具的俯视图；
图9是本实用新型装置图11的C-C截面视图；
图10是本实用新型装置的左视图；
图11是本实用新型装置的俯视图；
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
本实用新型重力倾斜旋转浇铸成型装置包括模具和经改装的通用重力铸造机台。
如图6、图8、图9、图10所示：模具和经改装的通用重力铸造机台主要包括(61)机座、(56)旋转机台、(65)旋转机台油缸、(64)角度传感器、(59)滑动轴承和轴承座、(57)侧模油缸和导向部件、(55)侧模油缸固定箱、(63)侧模导向条、(45)上模活动连接板、(53)上模活动连接板锁紧装置、(46)导柱头、(47)上模开模连接板、(48)导柱头定位套、(49)导柱头锁紧装置、(16)上模连接柱、(19)冒口加压装置、(13)上模、(11)下模座、(12)下模、(26)上模浇包、(24)上模浇包档板、(30)侧模入水口护围、(36)侧模水环、(32)电发热环。
如图6所示：上模浇包(26)通过螺栓固定在上模浇包档板(24)上，上模浇包档板(24)安装在上模(13)顶面扇形定位台阶槽内用螺栓锁紧。在上模浇包(26)的底面及侧面安装电发热板(27)和热电偶B(29)，外侧再包裹一层保温棉(28)。上模浇包(26)的内壁喷涂一层保温铸造涂料来避免合金溶液与上模浇包(26)内壁直接接触，保护上模浇包(26)内壁和合金溶液不受污染。在上模浇包档板(24)内安装电发热棒(25)和热电偶A(23)。热电偶B(29)和热电偶A(23)适时检测上模浇包(26)和上模浇包档板(24)的温度，使上模浇包(26)和上模浇包档板(24)在模具使用过程中温度始终保持在500度到550度之间。保证每次倒入上模浇包(26)中的合金溶液均在同样的浇铸温度下浇铸进模具型腔(ZHa)中，以此提高合金溶液浇铸的稳定性和铸件质量。
如图6、图7所示：左右侧模(40)合模面的一端设“U”形入水口(Zha4)，入水口(Zha4)顶面安装侧模入水口护围(30)与上模浇包(26)对接。侧模入水口护围(30)中间台阶位安放过滤网(31)，通过过滤网(31)拦截合金溶液浇铸进模具(62)型腔时的杂质，提高浇铸合金溶液的品质。左右侧模(40)合模面的另一端设“U”形溢流口(Zha5)和溢流槽。溢流槽是通过在左右侧模(40)合模面顶面加工方形凹槽分别安装“L”形左槽板(39)和右槽板(38)，左右侧模(40)合模后左槽板(39)和右槽板(38)就组成了“U”形溢流槽。溢流口(Zha5)和溢流槽在合金溶液充型过程顺利排出模具型腔(ZHa)中的气体；模具(62)旋转到0度正立位置后少量多余的合金溶液从溢流口和溢流槽流到指定容器中。
如图6、图8所示：在上模(13)正对入水口的背面位置设上模风盒(20)，上模风盒(20)的中间安装一进风管(21)一直伸入上模风盒(20)底部，上模风盒(20)的中间顶面两侧各接一出风管(22)到上模(13)顶面，进风管(21)连接电磁止通阀来控制冷却风的通断。在左右侧模(40)入水口的一端相邻两侧面各加工一个竖向和两个横向的圆孔互相连通，再将竖向圆孔的端面堵焊，使侧模入水口的一端内形成倒“U”形水道，在水道的两端设管螺纹连接管接头。水道的两端通过管接头分别与进水管和出水管连接，进水管连接电磁止通阀来控制冷却水的通断。在入水口位对应上模(13)背面和左右侧模(40)对水口位的一端设冷却装置是为了能在浇铸完成后单独调节入水口位的冷却强度和速度，控制浇铸过程中因合金溶液冲刷，模具局部温度升高较快对合金溶液凝固的影响。
如图6、图8所示：左右侧模(40)对辐条与轮辋的交接部位设侧模水环(36)。侧模水环(36)是在顶面加工成半圆形的“U”形截面水槽，再将水槽的两端堵焊，两端的侧面加工进水孔和出水孔，最后将水道的顶面用盖板(37)封闭满焊形成U形水道。侧模水环(36)加工成“凸”形截面的半圆环，左右侧模(40)上也加工出对应的安装位。侧模水环(36)装入左右侧模(40)后通过圆周上竖向和横向的螺栓固定。侧模水环(36)水道的两端进水孔和出水孔通过管接头分别与进水管(42)和出水管(41)连接，进水管(42)连接电磁止通阀来控制冷却水的通断。在左右侧模(40)对辐条与轮辋的交接部位设侧模水环(36)是为了能在浇铸完成后迅速将辐条与轮辋交接部位的合金溶液凝固，使模具辐条、安装盘和冒口(Zha2)型腔位的合金溶液处于封闭状态，以便冒口加压装置(19)加压，使模具辐条、安装盘和冒口(Zha2)型腔位的合金溶液在压力下结晶凝固。轮辋部份的合金溶液在垂直重力下自侧模水环(36)位置向上顺序结晶凝固。因侧模水环(36)的强冷使辐条与轮辋交接的B2部位第一时间结晶凝固，避免了因凝固不好，导致此部位的缩松漏气。
如图6所示：下模(12)对辐条与轮辋的交接部位和辐条与安装盘的交接部位加工环形下模水道，下模(12)对辐条的中部安装电发热环(32)和热电偶C(33)。环形水道是在下模背面对应位置加工“U”形截面环槽。下模环槽对入水口位堵焊，堵焊两侧留入水口孔，其余位置用环形盖板(35)封闭满焊形成环形水道。在环形水道入水口对面环形盖板(35)上加工一出水孔。下模环形水道的进水孔和出水孔通过管接头分别与进水管和出水管连接，进水管连接电磁止通阀来控制冷却水的通断。下模环形水道中的冷却水从合金溶液入水口的一侧进入后从对面流出，使下模环形水道中冷却水的流动方向和冷却方向与合金溶液浇铸充型的流动方向相同，有益于模具辐条和安装盘位的合金溶液从辐条与轮辋交接的部位向安装盘部位顺序结晶凝固。下模(12)的环形水道强化了辐条与轮辋交接部位和辐条与安装盘交接部位合金溶液的凝固结晶质量，提高了铸件该部位的力学性能，对整体式铝合金车轮顺利通过冲击、弯曲等性能试验十分有益。每完成一件铸件的生产，热电偶C(33)均检测下模(12)的温度，下模(12)对辐条中部安装的电发热环(32)根据热电偶C(33)的温度检测结果对下模(12)加热到设定的温度。使下模(12)在每次浇铸前的初始温度一致，保证了在每次浇铸过程中充型模具下模辐条和安装盘等复杂正面形状时合金溶液的流动性，确保铸件的正面外观效果。
如图9、图10所示：旋转机台(56)是通过在两侧设旋转轴头(60)。旋转轴头(60)通过滑动轴承和轴承座(59)将旋转机台(56)固定在机座(61)上。旋转轴头(60)通过夹板(58)与旋转机台油缸(65)的伸缩端连接，旋转机台油缸(65)的另一端通过活动铰链(66)固定在机座(61)上。通过旋转机台油缸(65)的伸缩往返带动旋转机台(56)和安装在旋转机台上的部件及模具(62)在负95度到5度的范围内旋转运动。旋转机台(56)是为了使模具(62)在旋转倾斜到负95度位置时，通过人工用浇勺将合金溶液倒入上模浇包(26)中。旋转机台油缸(65)再带动旋转机台(56)和模具(62)从负95度位置按事先设定的旋转运动参数旋转到0度正立的位置。在模具(62)从负95度的倾斜位置，旋转到0度正立位置的过程中，上模浇包(26)中的合金溶液在自身重力的作用下平稳快速的通过侧模“U”形入水口(Zha4)进入模具型腔(ZHa)中。因为合金溶液是完全在自身重力作用下流动，所以流动过程平稳，避免了因浇铸速度的变化而引起合金溶液流动的飞溅。通过旋转运动参数的优化设定，模具(62)先以较快速度旋转，使上模浇包(26)中的合金溶液快速的漫过侧模“U”形入水口(Zha4)，上模浇包(26)中合金溶液表面的悬浮氧化物被上模浇包档板(24)档住，上模浇包(26)中间部位的合金溶液先进入模具型腔(ZHa)中。旋转机台(56)的旋转运动过程山安装在旋转轴头(60)上的角度传感器(64)和PLC程序自动化控制，从而实现了合金溶液浇铸充型的自动化。极大的提高了合金溶液浇铸充型速度的稳定性和可重复性。降低了对操作人员的浇铸技能要求和劳动强度。
如图9、图11所示：旋转机台(56)中间设侧模导向条(63)，侧模导向条(63)通过螺栓固定在旋转机台(56)中间的长条凹槽上。左右侧模(40)开合运动过程中侧模导向条(63)使左右侧模(40)导向和定位。在模具(62)旋转到负95度的位置时侧模导向条(63)起支撑左右侧模(40)的作用。
如图9、图11所示：上模活动连接板(45)中间设4条沉台形长条槽，以便与不同规格模具的安装；上模活动连接板(45)中间两侧设4个导柱头(46)，导柱头(46)顶端侧面加工锲形凹槽，通过导柱头(46)使上模活动连接板(45)与上模开模连接板(47)定位连接和锁紧；上模活动连接板(45)两端四角设4个锥形定位套(43)，通过锥形定位套(43)与支撑板(54)上的锥形定位销(44)配合定位；上模活动连接板(45)两端中间设2个固定锲形块(77)与上模活动连接板锁紧装置(53)锁紧。
如图9、图11所示：上模活动连接板锁紧装置(53)是通过支撑板(54)固定在侧模油缸固定箱(55)顶面。上模活动连接板锁紧油缸(75)通过伸缩带动横梁(71)两端的活动锲形条(76)往复滑动。活动锲形条(76)的底侧设导滑垫块(73)，两侧设导滑侧块(74)，顶面设导滑压板(72)，通过螺栓将导滑垫块(73)、导滑侧块(74)、导滑压板(72)连接固定在支撑板(54)上。活动锲形条(76)的往复滑动与设在上模活动连接板(45)两端的固定锲形块(77)接触和分开来使现上模活动连接板(45)的快速锁紧和松开。通过上模活动连接板(45)的快速锁紧和松开来实现模具上模(13)与下模(12)的锁紧和松开。
如图9、图11所示：导柱头锁紧装置(49)是通过固定在上模开模连接板(45)上的锁紧油缸A(67)带动锲形锁紧条(70)往复滑动，使锲形锁紧条(70)与导柱头(46)前端的锲形凹槽快速锁紧和分开，来实现上模活动连接板(45)与上模开模连接板(47)的锁紧和分开。锲形锁紧条(70)的中间左右各设一根圆形导向杆(69)与固定在上模开模连接板(47)上的导向块(68)配合，为锲形锁紧条(70)的往复滑动提供导向和限位作用。
本实用新型的动态使用过程如下：
如图6、图11所示：上模(13)通过上模连接柱(16)固定于铸造机的上模活动连接板(45)上，下模(12)通过下模座(11)固定于铸造机的旋转机台(56)上，左右侧模(40)分别对应地固定于铸造机的两侧模固定板(2)上，利用上模活动连接板(45)上的导柱头(46)和导柱头锁紧装置(49)使上模活动连接板(45)与铸造机台的上模开模连接板(47)连接。铸造机台的上模油缸(51)带动上模开模连接板(47)、上模活动连接板(45)和上模(13)一起向下运动使上模(13)与下模(12)合模，上模活动连接板(45)的两端锥形定位套(43)与支撑板(54)上的锥形定位销(44)对合定位。侧模油缸固定箱(55)顶面安装的上模活动连接板锁紧装置(53)将上模活动连接板(45)锁紧，这样使上模(13)与下模(12)也同时被锁紧。上模开模连接板(47)上的导柱头锁紧装置(49)松开。铸造机台的上模油缸(51)带动上模开模连接板(47)向上运动，使上模开模连接板(47)与上模活动连接板(45)分开。左右侧模(40)在侧模油缸和导向部件(57)的作用下，向中间对合，使左右侧模(40)与上模(13)和下模(12)相互密合成模具型腔(ZHa)。通过旋转机台油缸(65)带动旋转机台(56)和模具(62)等部件旋转到负95度倾斜的位置。合金溶液通过人工用浇勺倒入上模浇包(26)中。再通过旋转机台油缸(65)带动旋转机台(56)和模具(62)从负95度倾斜的位置按设定的旋转运动参数旋转到0度正立的位置，在模具(62)旋转的过程中，上模浇包(26)中的合金溶液在自身重力的作用下平稳快速的通过侧模“U”形入水口(Zha4)进入模具型腔(ZHa)中。侧模水环(36)、下模冷却水环、上模冷却风盒(20)等冷却装置按设定的冷却顺序、冷却强度等参数对模具型腔(ZHa)中的合金溶液冷却。冒口加压装置(19)按事先设定的延时时间、加压速度和保压压力开始向冒口(ZHa2)顶面加压保压。模具型腔(ZHa)中的合金溶液在边冒口(Zha3)的重力和气体压力及各冷却装置的作用下沿B2A2和C2D2两个方向顺序凝固成铸件。到事先设定的时间侧模油缸和导向部件(57)带动左右侧模(40)打开，铸造机台的上模油缸(51)带动上模开模连接板(47)向下运动，使上模开模连接板(47)与上模活动连接板(45)贴合，导柱头(46)与导柱头定位套(48)对合。导柱头锁紧装置(49)使导柱头(46)锁紧，上模活动连接板(45)与铸造机台的上模开模连接板(47)连接成整体。上模活动连接板锁紧装置(53)将上模活动连接板(45)松开。上模油缸(51)带动上模开模连接板(47)和上模活动连接板(45)及上模(13)一起向上运动。此时铸件将同上模(13)一起向上运动到事先设定的高度位置。铸造机接料盘(5)旋转到设定位置，冒口加压装置(19)按事先设定要求将冒口(ZHa2)内气体加压到预设压力值。上模(13)继续向上运动使铸造机推料杆(50)穿过上模开模连接板(47)与上模活动连接板(45)上对应的过孔与顶杆板和顶杆压板(15)接触，使顶杆板和顶杆压板(15)带动推料块(14)向下运动。铸件在推料块(14)和冒口加压装置(19)提供的两个向下作用力下，从上模(13)脱下落入铸造机接料盘(5)中。接料盘(5)按事先设定要求旋转将铸件送到指定位置。下模的电发热环(32)根据热电偶C(33)的温度检测结果对下模(12)加热到设定的温度。铸造机台的上模油缸(51)带动上模开模连接板(47)、上模活动连接板(45)和上模(13)一起向下运动使上模(13)与下模(12)再次合模进入下一件铸件的生产。
本实用新型的突出优点是：只要设置侧模入水口，减少浇铸系统合金溶液的体积，提高了合金溶液的利用率，节省成本；模具在旋转过程上模浇包中的合金溶液在完全自身重力作用下流动进入模具型腔，所以充型平稳，避免了因浇铸速度的变化而引起合金溶液流动的飞溅，有效减少了充型过程中产生卷气、夹渣等缺陷。通过旋转运动参数的优化设定，可实现上模浇包中间部位的合金溶液先进入模具型腔形成铸件的产品部位，上模浇包中合金溶液顶面的悬浮氧化物和底部杂质最后进入模具型腔形成铸件的边冒口。旋转机台旋转运动过程的自动化控制实现了合金溶液浇铸充型的自动化，极大的提高了合金溶液浇铸充型速度的稳定性和可重复性。降低了对操作人员浇铸技能要求和劳动强度。铸件辐条和安装盘部位的合金溶液在压力和侧模水环及下模冷却装置的作用下快速顺序结晶凝固，使铸件比普通重力铸造的凝结组织致密，机械性能和表面质量好；轮辋部份的合金溶液在垂直重力下自侧模水环位置向上顺序结晶凝固，因侧模水环的强冷使辐条与轮辋交接的B2部位第一时间结晶凝固，有效避免了凝固不好而导致轮辋部份B2处机加工后产生缩松漏气缺陷的出现，提高了铸件的合格率；铸件在推料块和冒口加压装置提供的气体压力作用下脱模，脱模力均匀，铸件脱模变形小，尤其是能有效减小铸件安装盘轴向偏移变形；模具每次浇铸前下模都会自动加热到设定温度，保证了在每次浇铸过程中充型模具下模辐条和安装盘等复杂正面形状时合金溶液的流动性，确保铸件的正面外观效果；模具在现有经改装的通用重力铸造机上生产，设备改造调整费用低，结构简单。
Claims (10)
1.一种新型的重力倾斜旋转浇铸成型装置，尤其是环盘形壁厚不均匀零件的重力倾斜旋转浇铸成型装置，包括经改装的通用重力铸造机和模具，其特征在于：
a.所述的模具和经改装的通用重力铸造机主要包括上模连接柱(16)、冒口加压装置(19)、上模(13)、下模座(11)、下模(12)、上模浇包(26)、上模浇包档板(24)、侧模入水口护围(30)、左右侧模(40)、侧模水环(36)、电发热环(32)、机座(61)、旋转机台(56)、旋转机台油缸(65)、滑动轴承和轴承座(59)、侧模油缸和导向部件(57)、侧模油缸固定箱(55)、侧模导向条(63)、上模活动连接板(45)、上模活动连接板锁紧装置(53)、导柱头(46)、上模开模连接板(47)、导柱头定位套(48)、导柱头锁紧装置(49)，上模(13)通过上模连接柱(16)固定于铸造机的上模活动连接板(45)上，下模(12)通过下模座(11)固定于铸造机的旋转机台(56)上，左右侧模(40)分别对应地固定于铸造机的两侧模固定板(2)上，
b.所述模具的上模(13)设浇铸前储存和保温合金溶液的上模浇包(26)；
c.所述模具的左右侧模(40)合模面的一端设“U”形入水口(Zha4)，另一端设“U”形溢流口(Zha5)和溢流槽；
d.所述模具的入水口位对上模(13)背面设上模风盒(20)，对左右侧模(40)一端相邻两侧面设倒“U”形水道；
e.所述模具的左右侧模(40)对辐条与轮辋交接部位设能够快速将合金溶液凝固的侧模水环(36)；
f.所述模具的下模(12)对辐条与轮辋的交接部位和辐条与安装盘的交接部位加工下模环形水道和安装电发热环(32)及热电偶C(33)；
j.所述经改装的通用重力铸造机是将原重力铸造机台的下机台板改装成可绕机座(61)固定轴旋转负95度到5度的旋转机台(56)，旋转机台(56)中间的长条凹槽上通过螺栓固定侧模导向条(63)与左右侧模(40)配合；
h.所述经改装的通用重力铸造机通过上模活动连接板(45)、上模活动连接板锁紧装置(53)、导柱头(46)、导柱头锁紧装置(49)和上模开模连接板(47)实现上模(13)与下模(12)的开模取件和闭合锁紧。
2.根据权利要求1所述的重力倾斜旋转浇铸成型装置，其特征在于所述的上模浇包(26)通过螺栓固定在上模浇包档板(24)上，上模浇包档板(24)安装在上模(13)顶面扇形定位台阶槽内用螺栓锁紧；在上模浇包(26)的底面及侧面安装电发热板(27)和热电偶B(29)，外侧再包裹一层保温棉(28)；上模浇包(26)的内壁喷涂一层保温铸造涂料来避免合金溶液与上模浇包(26)内壁直接接触，保护上模浇包(26)内壁和合金溶液不受污染；在上模浇包档板(24)内安装电发热棒(25)和热电偶A(23)；热电偶B(29)和热电偶A(23)适时检测上模浇包(26)和上模浇包档板(24)的温度。
3.根据权利要求1所述的重力倾斜旋转浇铸成型装置，其特征在于所述的左右侧模(40)合模面的一端设“U”形入水口(Zha4)，入水口(Zha4)顶面安装侧模入水口护围(30)与上模浇包(26)对接；侧模入水口护围(30)中间台阶位安放过滤网(31)，通过过滤网(31)拦截合金溶液浇铸进模具型腔(Zha)时的杂质，提高浇铸合金溶液的品质；左右侧模(40)合模面的另一端设“U”形溢流口(Zha5)和溢流槽；溢流槽是通过在两左右侧模(40)合模面顶面加工方形凹槽分别安装“L”形左槽板(39)和右槽板(38)，左右侧模(40)合模后左槽板(39)和右槽板(38)就组成了“U”形溢流槽。
4.根据权利要求1所述的重力倾斜旋转浇铸成型装置，其特征在于所述模具的入水口位对上模(13)背面设上模风盒(20)，对左右侧模(40)一端相邻两侧面设倒“U”形水道；上模(13)正对入水口位置背面上模风盒(20)的中间安装一进风管(21)一直伸入上模风盒(20)底部，上模风盒(20)的中间顶面两侧各接一出风管(22)到上模(13)顶面，进风管(21)连接电磁止通阀来控制冷却风的通断；左右侧模(40)对入水口的一端倒“U”形水道是在相邻两侧面各加工一个竖向和两个横向的圆孔互相连通，再将竖向圆孔的端面堵焊形成的，在水道的两端设管螺纹连接管接头；水道的两端通过管接头分别与进水管和出水管连接，进水管连接电磁止通阀来控制冷却水的通断。
5.根据权利要求1所述的重力倾斜旋转浇铸成型装置，其特征在于左右侧模(40)对辐条与轮辋的交接部位设侧模水环(36)；侧模水环(36)是在顶面加工成半圆形的“U”形截面水槽，再将水槽的两端堵焊，两端的侧面加工进水孔和出水孔，最后将水道的顶面用盖板(37)封闭满焊形成“U”形截面水道；侧模水环(36)加工成“凸”形截面的半圆环，左右侧模(40)上也加工出对应的安装位；侧模水环(36)装入左右侧模(40)后通过圆周上竖向和横向的螺栓固定；侧模水环(36)水道的两端进水孔和出水孔通过管接头分别与进水管(42)和出水管(41)连接，进水管(42)连接电磁止通阀来控制冷却水的通断。
6.根据权利要求1所述的重力倾斜旋转浇铸成型装置，其特征在于所述的下模(12)对辐条与轮辋的交接部位和辐条与安装盘的交接部位加工下模环形水道，下模(12)对辐条的中部安装电发热环(32)和热电偶C(33)；下模环形水道是在下模背面对应位置加工“U”形截面环槽，下模环槽对入水口位堵焊，堵焊两侧留入水孔，其余位置用环形盖板(35)封闭满焊形成环形水道，在环形水道入水孔对面环形盖板(35)上加工一出水孔；下模环形水道的进水孔和出水孔通过管接头分别与进水管和出水管连接，进水管连接电磁止通阀来控制冷却水的通断。
7.根据权利要求1所述的重力倾斜旋转浇铸成型装置，其特征在于所述的旋转机台(56)是通过在两侧设旋转轴头(60)与滑动轴承和轴承座(59)配合固定在机座(61)上；旋转轴头(60)通过夹板(58)与旋转机台油缸(65)的伸缩端连接，旋转机台油缸(65)的另一端通过活动铰链(66)固定在机座(61)上；通过旋转机台油缸(65)的伸缩往返带动旋转机台(56)和安装在旋转机台上的部件及模具(62)在负95度到5度的范围内旋转运动；旋转机台(56)的旋转运动过程由安装在旋转轴头(60)上的角度传感器(64)和PLC程序自动化控制，从而实现了合金溶液浇铸充型的自动化。
8.根据权利要求1所述的重力倾斜旋转浇铸成型装置，其特征在于所述的上模活动连接板(45)中间设4条沉台形长条槽，以便与不同规格模具的安装；上模活动连接板(45)中间两侧设4个导柱头(46)，导柱头(46)顶端侧面加工锲形凹槽，通过导柱头(46)使上模活动连接板(45)与上模开模连接板(47)定位连接和锁紧；上模活动连接板(45)两端四角设4个锥形定位套(43)，通过锥形定位套(43)与支撑板(54)上的锥形定位销(44)配合定位；上模活动连接板(45)两端中间设2个固定锲形块(77)与上模活动连接板锁紧装置(53)锁紧。
9.根据权利要求1所述的重力倾斜旋转浇铸成型装置，其特征在于所述的上模活动连接板锁紧装置(53)是通过支撑板(54)固定在侧模油缸固定箱(55)顶面主要包括上模活动连接板锁紧油缸(75)、横梁(71)、活动锲形条(76)、导滑垫块(73)、导滑侧块(74)和导滑压板(72)，上模活动连接板锁紧油缸(75)通过伸缩带动横梁(71)两端的活动锲形条(76)往复滑动；活动锲形条(76)的往复滑动与设在上模活动连接板(45)两端的固定锲形块(77)接触和分开来使现上模活动连接板(45)的快速锁紧和松开，通过上模活动连接板(45)的快速锁紧和松开来实现模具上模(13)与下模(12)的锁紧和松开。
10.根据权利要求1所述的重力倾斜旋转浇铸成型装置，其特征在于所述导柱头锁紧装置(49)是通过固定在上模开模连接板(45)上的锁紧油缸A(67)带动锲形锁紧条(70)往复滑动，使锲形锁紧条(70)与导柱头(46)前端的锲形凹槽快速锁紧和分开，来实现上模活动连接板(45)与上模开模连接板(47)的锁紧和分开；锲形锁紧条(70)的中间左右各设一根圆形导向杆(69)与固定在上模开模连接板(47)上的导向块(68)配合，为锲形锁紧条(70)的往复滑动提供导向和限位作用。
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