基于PLC的铝合金轮毂低压铸造智能控制探究

2019-02-09

世界有色金属 2019年11期

（中信戴卡股份有限公司，河北秦皇岛 066000）

铝合金轮毂由于它的重量轻、散热性能好、真圆度比较高、耐腐蚀性能好、机械性能好以及外观好而不断取代了用钢铁加工的轮毂。现在，铝合金轮毂在国际上汽车工业里发展很快。如今，用于超过十八英寸汽车的较大铝合金轮毂大部分是锻造生产的，因为规模比较大，它们不能一次锻造出来，需要把轮辐和轮辋分两次加工。这不仅锻造投入高，且外形单调。然而，因为轮毂的壁厚不匀称和大小差异大，在原来的铸造冷却模式下，冷却程序和速度很难确保，并且存在着缩孔疏松、结构粗糙、轮辐和轮心机械性能低的现象，导致加工大规模轮毂产品效率比较低[1]。因此，本文采用可编程控制器设计针对低压加工成型过程中的压力和温度开展智能管理，并设计了他的低压加工成型智能管理体系，为提升低压加工铝合金轮毂的铸造效率，减少铸造投资、提升成品水平和性能给予参考。

1 铝合金轮毂低压铸造工艺

这是一项新型铸造技术，根本原理是：把铝合金液放入密封性好的坩埚里，并一直维持浇注温度，然后把压缩空气引入液体表层，从而在坩埚和模腔之间构成压力差。在这种低压的作用下，坩埚中的液体将由升液管中上升，并通过注入通道和浇口压入与坩埚连接的模具里，从而得到想要的铝合金产品[2]。现在，我国大量铝合金轮毂制造商运用低压加工技术，加工工艺中采用的重点材料是A356。

2 汽车行业这种低压铸造技术关键

作者运用可编程控制器设计针对低压加工成型期间的压力与温度开展智能管理，并设计它的低压加工成型智能管理体系，为提升低压加工铝合金轮毂的铸造效率、减少铸造资金、提升铸造水平与性能提供借鉴。

2.1 低压铸造准备

①保温炉准备。在运用保温炉前，应将它加热烘烤，加热期间要分阶段开展。若保温炉由耐火材料加工而成的，低温烘烤时温度要把控在一百五十到三百摄氏度，时间要超过7d。注入铝合金液前，保温炉需加热到六百八十到七百五十摄氏度。并且，要清除炉内的所有残留物，以保证炉内干净，启动前，应检测保温炉的密闭性，是否有漏风现象存在。②升液管准备。铝合金轮毂低压加工技术中，升液管是铝合金液的充注渠道与铸件的进料途径。若采用新升液管前，需要检测是否有泄漏的地方，并提前预热至二百到三百摄氏度，再将其放到低压铸机保温炉里。升液管的口径应稍超过模具浇口的口径，以便得到更好的进料效果。③模具预热。喷涂层结束后组装模具，应在浇注前通过模具加热炉开展预热，预热温度把控在三百五十摄氏度左右，随后使用叉车把模具运输到机器上开展组装。牢固后，需检测上下模和侧模之间的缝隙，看其是否满足设计要求。④浇注通道清理。模具在铸造机工装前，对浇注通道进行清理确认。这是一个相对关键的环节。不算在铸造启动之前的开展，若加工由于某种原因停止时，还应该在恢复铸造之前加热浇注嘴，预防引起浇注嘴堵塞的现象。⑤控制铝合金液体。启动加工前，需检测保温炉内铝合金液的化学构成，把握铝合金的空气含量，铸造过程中铝合金液的温度需管理在六百八十到七百一十摄氏度之间。在该低压铸造时，浇注温度可根据以下原则开展确定：在保证产品成型的基础上，浇注温度越低为最好。尽管高浇注温度有利于轮辋的形成，可它会造成辐条热收缩趋势的增加，这将让轮毂的力学性能下降。

2.2 低压铸造液面加压

①充型段压力控制。铝合金轮毂形状是圆形，它的上面有面积大、壁较薄的轮辋与壁较厚的轮辐。由于轮毂的正偏移距离超过负偏移距离，因此轮毂的重量主要聚集在下面，铝合金液体由浇注嘴开始填充应该有很长时间，这时，液位略有上升，和炉膛的压差逐步扩大，流速将逐步加快。为了保证灌装的稳定性，流量必须恒定。填充部分的速度能根据轮毂的特性来确定，并且速度应该适中。②铸件冷却。铝合金轮毂产品的冷却时间需由加压完成开始，冷却顺序先由轮毂轮辋上端开始，接着是热节。辐条应在冷却前保温，后来才对轮盘中心的冒口开展冷却。

3 当前铝合金轮毂低压铸造工艺存在的问题

到现在，压铸车轮的重点问题是凝固期间形成的气孔。通常而言，气孔的出现可能是因为固化收缩过程中液体供应不足，也可能是由于金属液体中气体的去溶引起的。低压铸造的充型过程稳定，能够防止夹带气体的出现。所说的大孔或微孔，通常是由定向凝固损失引起的液体密封产生的，称它为液缝。通常的孔小而分散，叫微孔隙，因为氢气在固体与液体里的溶解度不同，然后析出引起。与大孔较比，微孔更为麻烦，由于微孔与技术过程以及合金参数相关。所以，在模具设计与模具冷却改革上投入了许多的投资来保证定向固化。在铸造后加工的不同时期，因为小孔的出现，车轮将可能被丢弃。一般在加工后或后续生产过程中能够及早就发现了大孔。可是，微孔一般很难发现。加工涂装后，车轮螺栓通过渗漏测试浸入水中，然后充气加压，才可以检查轮桐或加工表面是不是有问题。这个时候，前面的加工铸造已经耗费了大量的投资，因此，这种问题的成本非常高。尽管采取物理过程可以降低废品率，然而，科学的管理措施是补充处理措施。

4 基于PLC的铝合金轮毂低压铸造控制方案

（1）基于PLC的铝合金轮毂低压铸造控制原理。采取温度和压力传感器，得到该低压加工过程中的金属液温度和充入气压等数据，并采取现在测量的管理量管理调整金属液指标温度和气压等数据。通过人机界面设定数据给出把控温度和充气压力数据，利用可编程控制器的中央处理器计算、解决和管理功能，达到充气压力与温度的精确管理，因此实现该低压加工成型中温度、压力等数据的精确管理目标。

（2）基于PLC的铝合金轮毂低压铸造控制过程。在设计的低压铸造智能管理体系的可编程控制器管理程序里，设备开启后，检查启动状况(温度体系是不是启动)。为了让温度体系实现高效果，应运用数模转换模块调整交流调压模块管理和无级变压管理电热丝热值。该管理方法可根据温度差别的大小，进行调节模拟量数值，来实现精准温度的管理效果。当温度和压力启动条件检查符合要求，可编程控制器计算并开启熔融金属液开关，定量填充金属液，充满后再关闭该开关，接着根据设定的气压管理比例阀向金属液坩埚的密闭腔里填充气体，在压差下，金属液沿填充管进入模腔，模腔充满后，时间延迟，做好整体加工过程。循环操作，达到对该低压铸造的智能管理。