多功能铝合金铸造机的开发与应用

2022-09-10

铝合金是一种新型的金属材料, 在20世纪初才开始工业应用。随着全球工业的飞速发展, 铝合金的应用范围也越来越广。其可以使用的范围由航空工业扩展到了电力和电子工业、军工行业、汽车制造业、包装业、建筑业等关系国计民生的重要行业。目前, 铝材用量仅次于钢铁, 成为第二大金属材料。铝合金材料的优点有很多, 它质量轻、强度高、易加工、不易生锈、散热性好……因此, 越来越多的制造行业开始使用铝合金替代钢铁生产关键零部件, 人们体会最明显的就是汽车行业, “全铝发动机”、“铝合金轮毂”等成为了各个汽车品牌中高档车的标准配置。

铝合金用量的增长和应用范围的扩大, 催生了各种半自动铝合金铸造设备, 它们对应了不同的铸造方式, 如:重力铸造机、低压铸造机、差压铸造机、压铸机等等。这些种类的铸造机共同的特点是生产效率高、重复性好、减少劳动力投入, 但每种铸造机所能生产的零件类型相对单一, 这就使许多厂家在选择铝合金铸造设备的时候产生一定的顾虑。例如, 对于一些零件种类繁多, 但单品种年产量较低的厂家就需要同时购买多种铸造设备, 这样产生的结果便是资金投入大, 设备利用率低;又如, 初次引进铸造设备生产铝合金零件的厂家, 其配套设施不全, 对零件该用何种铸造工艺生产不甚熟悉, 这样未经试验贸然购入专用性较强的铸造设备则风险较大。

笔者所在济南铸造锻压机械研究所 (下简称铸锻所) , 长期以来一直从事各种铸造设备的开发研究和应用工作。为解决上述一些厂家选择铸造设备时的各种顾虑, 铸锻所特种铸造装备部以笔者为首的技术工作人员进行了多功能铝合金铸造机的研发工作, 首款机型在2007年正式投放市场, 填补了国内铸造设备的一项空白。自投放市场至今, 此种设备在航空航天零件配套厂 (西安航空动力) 、军工企业 (北京北方车辆) 、高校实验室 (西北工业大学) 等单位得到了实际应用并获得了用户认可。

1 多功能铝合金铸造机概述

由笔者带头研发的首款多功能铝合金铸造机可实现金属型重力铸造、金属型低压铸造、砂型低压铸造和铝合金熔化功能。该机主要结构包括:主机、熔化保温炉、液压系统、电气控制系统、液面加压系统等。

(1) 主机为龙门式结构, 所有合型部件安装在静模板上。水平方向有左、右、后三向抽芯, 左右抽芯连板尺寸较大 (等同于J339型重力铸造机模板) , 在重力浇铸时作为合型机构使用。龙门架上装有动模板和反顶出杆, 金属型低压铸造时作为水平分型机构使用, 重力铸造时可作为上抽芯使用。整套合型系统可在机架油缸驱动下沿竖直方向移动, 以便低压铸造时保温炉的进出。

(2) 熔化保温炉采用了坩埚炉, 内置不锈钢坩埚, 最大容铝量为500kg。加热方式为辐射式电阻带加热, 额定功率90kw, 在满功率工作状态下化铝时间仅需2～3小时。炉体下部装有4个行走轮, 在液压缸驱动下可沿水平轨道移动。坩埚上配一圆形金属盖板, 上面预留一个升液管口和多道T型槽。当铝锭熔化完毕后, 盖上盖板, 插入无保温套的升液管, 便形成了一个砂型低压铸造平台;而插入带保温套的升液管, 将炉子移入主机下方, 即可配合合型系统进行金属型低压铸造。

(3) 电气控制系统和液面加压系统控制整套设备的动作及低压浇铸, 同时检测设备各部分的位置及连锁情况。工作状态可选择“重力”或“低压”, 操作方式分为“点动”、“手动”、“半自动”。“点动”操作时, 按下按钮, 设备相应部件产生动作, 松开按钮, 动作停止;“手动”操作时, 按一下按钮, 设备相应部件完成一步动作;“半自动”操作时, 按下“自动启动”按钮, 设备按设定好的程序完成所有动作。

2 多功能铝合金铸造机使用简介

2.1 金属型重力铸造

多功能铝合金铸造机进行金属型重力铸造时, 坩埚炉在主机外, 负责铝合金的熔化。主机动作与液面加压系统无连锁, 可实现左右垂直开合型、后芯抽插和上芯抽插动作。浇铸采用人工方式进行。

2.2 金属型低压铸造

多功能铝合金铸造机进行金属型低压铸造时, 坩埚炉熔化完铝合金后盖上盖板, 插入带保温套的升液管, 然后移入主机正下方。此时主机动作与液面加压系统有连锁, 只有所有油缸合型到位后才可进行自动浇铸操作。主机动作可实现水平开合型、左右抽插芯和后芯抽插。

2.3 砂型低压铸造

多功能铝合金铸造机进行砂型低压铸造时, 主机无动作。坩埚炉在主机外熔化完铝合金后盖上盖板, 插入不带保温套的升液管, 然后将造好型的砂箱放置于盖板上, 按下“浇铸”按钮即可进行浇铸。

3 结语

笔者研究开发的首款多功能铝合金铸造机结构简单, 操作方便, 可适用于多种铸型的浇铸, 同时设备投入风险小, 既可以进行铸件工艺试验, 又可进行多种成熟铸件的批量生产, 因此得到了许多铸造厂家的青睐。但作为首款机型, 仍存在需要改进的一些地方, 例如:熔化完毕后安装坩埚炉盖板危险性较大、龙门架结构承受力较小等问题。笔者今后会在新一代的多功能铸造机研发上下足功夫, 不断改进技术, 力争开发出功能更多, 使用更加安全, 操作更人性化, 满足各种用户需求的新型多功能铸造机。

摘要：随着铝合金材料的广泛应用, 各种铝合金铸造设备应运而生, 但每种设备所能生产的零件类型相对单一, 为解决这个问题, 济南铸锻所以笔者为首的技术人员开发研制了多功能铝合金铸造机。首款机型结构简单, 操作方便, 可适用于多种铸型的浇铸。

关键词：多功能铝合金铸造机,重力铸造,金属型低压铸造,砂型低压铸造