一种旋转90°浇注铝活塞毛坯的双模自动铸造机及其使用方法

摘要

本发明涉及一种旋转90°浇注铝活塞毛坯的双模自动铸造机及其使用方法，属于活塞铸造技术领域。装置包括浇注系统、取件机械手、关节浇注机器人、液压系统、电气操作系统和淬火冷却箱，其中，浇注系统设置于地面，浇注系统一侧的地面上设置取件机械手，浇注系统对侧设置关节浇注机器人，关节浇注机器人提取铝液浇注进浇注系统，取件机械手一侧设置淬火冷却箱，取件机械手将浇注系统浇注出的活塞毛坯夹取至淬火冷却箱，浇注系统连接至液压系统，液压系统、取件机械手和关节浇注机器人均连接至电气操作系统。本发明整体自动化操作，提高了生产效率，提高了活塞毛坯的机械性能和耐热疲劳性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种旋转90°浇注铝活塞毛坯的双模自动铸造机及其使用方法，属于活塞铸造技术领域。

背景技术

随着发动机爆发压力超过20MPa，燃气温度超出400℃，高温高压的工作环境对内燃机的要求更为苛刻，而内燃机整体性能的提高主要依靠于关键零部件的提升，活塞作为内燃机的心脏零件，在整个发动机工作过程及废气排放方面起到至关重要的作用。

目前市场上的活塞铸造机器主要包括机器本体、电气系统、液压系统和冷却系统，浇注模式为操作者手工浇注铝液，手工取活塞毛坯进行淬火冷却，然后从淬火箱取出活塞毛坯放置框，频繁操作导致工人劳动强度大，生产效率低，出品率低，而且铸造出的活塞毛坯头部顶面中心区域即燃烧室区域厚大，使得活塞毛坯头部冷却缓慢，形成的晶粒组织粗大，金相组织差，影响活塞的机械性能及耐热疲劳性能。

中国专利文件CN109332668B公开了一种活塞自动浇铸工艺，包括安装过滤网、压盐芯、装镶圈、合模浇铸、取件步骤，各步骤依靠活塞自动浇铸装置完成。该工艺一次只能浇注出一只活塞毛坯，生产效率较低，且无法解决活塞毛坯头部冷却缓慢，形成的晶粒组织粗大，金相组织差的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种旋转90°浇注铝活塞毛坯的双模自动铸造机，整体自动化操作，提高了生产效率，倾转90°后进行活塞毛坯浇注，使铝液在重力作用下惯性浇注，铝液在浇注腔内自下而上填满，避免了平面浇注的气隙影响，避免产生气孔，同时将活塞毛坯的补缩位置调整至侧面，避免影响活塞燃烧室性能，使铸造出的活塞毛坯晶粒组织细小，金相组织良好，避免出现气孔砂眼，提高了活塞毛坯的机械性能和耐热疲劳性能。

本发明还提供上述旋转90°浇注铝活塞毛坯的双模自动铸造机的使用方法。

本发明的技术方案如下：

一种旋转90°浇注铝活塞毛坯的双模自动铸造机，包括浇注系统、取件机械手、关节浇注机器人、液压系统、电气操作系统和淬火冷却箱，其中，

浇注系统设置于地面，浇注系统一侧的地面上设置取件机械手，浇注系统对侧设置关节浇注机器人，关节浇注机器人提取铝液浇注进浇注系统，取件机械手一侧设置淬火冷却箱，取件机械手将浇注系统浇注出的活塞毛坯夹取至淬火冷却箱，浇注系统连接至液压系统，液压系统、取件机械手和关节浇注机器人均连接至电气操作系统。

优选的，浇注系统包括机架和工作台，2个工作台分别通过转轴液压安装于机架，2个工作台上分别设置第一模具和第二模具，第一模具两侧分别通过托架连接外模油缸，第一模具下侧通过圆柱形导轨连接中芯伸缩油缸，第二模具两侧分别通过托架连接外模油缸，第二模具下侧通过圆柱形导轨连接中芯伸缩油缸，第一模具和第二模具上侧设置顶模夹取装置。

进一步优选的，第一模具包括上模具、下模具、左模具和右模具，左模具和右模具分别通过托架连接外模油缸，左模具和右模具上侧设置上模具，托架上设置压紧油缸，压紧油缸通过定位板连接压缩柱，压紧油缸伸缩带动压缩柱探出，通过压缩柱压紧上模具，实现上模具固定，下模具通过圆柱形导轨连接中芯伸缩油缸，上模具、下模具、左模具和右模具闭合后的浇注腔形状为活塞外形，第二模具和第一模具结构相同，对称设置，使用时，2个工作台对称翻转，节约占用空间。

优选的，第一模具和第二模具内分别设置冷却水道，通过通入冷却水进行降温，加快毛坯冷却，托架内设置冷却水道，避免热量传导至机架和油缸，影响使用寿命，冷却水道的外接管道内设置流量传感器和电磁阀，控制通入冷却水的流量和时间，保证每个部位冷却均匀。

优选的，左模具和右模具两侧的工作台上分别设置直线导轨，直线导轨上设置L型压板，通过压板对左模具和右模具进行限位，使其沿直线导轨往复运动。

优选的，上模具一侧设置浇口，浇口经垂直浇道和水平浇道连接至浇注腔，水平浇道经上模具延伸至左模具，浇注腔内一侧设置补缩口，补缩口与铝液进入浇注腔的进口对称设置，使浇注更平稳，浇注后的活塞凝固位置在水平浇道和补缩口与活塞的接触面，不会出现在活塞顶部的燃烧室，加快了活塞顶部的冷却速度，使晶粒组织细小，金相组织良好。

优选的，下模具上设置盐芯支撑杆，通过盐芯支撑杆支撑盐芯，避免盐芯在随浇注系统运动时发生偏移。

优选的，机架上设置吸气装置，吸气装置连接至盐芯支撑杆，通过吸气装置吸收盐芯受热产生的气体，降低活塞毛坯的气孔率。

优选的，左模具和右模具的顶面连接处设置凹槽，凹槽内设置铁环。

优选的，顶模夹取装置包括支架、顶模上下运动圆柱形导轨、拖板、顶模上下油缸、顶模进退运动圆柱形导轨、顶模进退油缸、固定座和气动手指A，支架上侧设置顶模进退运动圆柱形导轨，顶模进退运动圆柱形导轨一侧连接顶模进退油缸，另一侧连接拖板，拖板上设置顶模上下运动圆柱形导轨，顶模上下运动圆柱形导轨一端连接顶模上下油缸，顶模上下运动圆柱形导轨上设置滑板，通过顶模上下运动圆柱形导轨带动滑板上下运动，滑板上设置固定座，固定座下侧通过滑动销轴连接气动手指A，滑动销轴上套装压缩弹簧，通过气动手指A夹取上模具。

优选的，左模具和右模具中间位置的工作台上分别设置定位盘，定位盘内外两侧分别设置定位销，内侧定位销匹配固定下模具，外侧定位销匹配固定左模具和右模具，上模具下端面两侧分别设置定位柱，左模具和右模具上设置对应定位柱位置的定位孔，通过定位柱对上模具进行定位。通过定位盘对上模具、下模具、左模具和右模具的位置进行校正，保证位置精准，提高产品质量。

优选的，取件机械手包括取件底座，取件底座内设置导轨，导轨上方穿过取件底座连接升降平台，取件底座上端设置进给油缸，进给油缸连接至升降平台，升降平台上设置转臂A，转臂A连接电机，转臂A上设置气动手指B，气动手指B连接手抓，通过气动手指B驱动手抓夹取活塞毛坯。

优选的，关节浇注机器人包括浇注底座，浇注底座上设置旋转底座，旋转底座上设置转臂B，转臂B上连接2个浇勺，转臂B弯曲提取铝液后旋转底座转动，将浇勺移动至第一模具和第二模具的浇口上方，转臂B倾转，将铝液浇注进第一模具和第二模具。

进一步优选的，2个浇勺中间的转臂B上分别设置温度检测棒和液位检测棒，温度检测棒检测铝液炉内的铝液温度，温度过高或者过低机器人停止工作，避免影响活塞毛坯质量，液位检测棒用于检测铝液炉内铝液的液位相对高度，随着不断浇注毛坯，铝液炉内铝液的液位高度下降，调整转臂B伸进铝液炉高度，保证每次浇勺提取的铝液重量相等。

优选的，淬火冷却箱包括淬火支架、水箱、升降气缸和淬火托板，淬火支架上设置水箱，水箱两侧设置升降气缸，水箱内设置淬火托板，淬火托板为Z型板，一侧设置于水箱内，用于放置活塞毛坯，另一侧紧贴水箱设置于升降气缸上方，通过升降气缸和托板方便观察提取活塞毛坯。

上述旋转90°浇注铝活塞毛坯的双模自动铸造机的使用方法，操作步骤如下：

(1)电气操作系统和液压系统启动，第一模具和第二模具闭合，第一模具和第二模具内分别设置盐芯和铁环，然后2个工作台对称倾转90°，使浇口向上，：

(2)关节浇注机器人通过转臂B将浇勺探入铝液炉内，转臂B带动浇勺旋转提取铝液，然后浇勺将铝液分别浇注进第一模具和第二模具的浇注腔；

(3)浇注完成后第一模具和第二模具内通水冷却，然后取件机械手取出活塞毛坯，将活塞毛坯倾转90°，使活塞毛坯头部在上，裙部在下，放置于淬火冷却箱内进行冷却，淬火处理后将活塞毛坯放于毛坯框，完成活塞毛坯铸造。

本发明的有益效果在于：

1、本发明整体自动化操作，提高了生产效率，倾转90°后进行活塞毛坯浇注，使铝液在重力作用下惯性浇注，铝液在浇注腔内自下而上填满，避免了平面浇注的气隙影响，避免产生气孔，同时将活塞毛坯的补缩位置调整至侧面，避免影响活塞燃烧室性能，使铸造出的活塞毛坯晶粒组织细小，金相组织良好，避免出现气孔砂眼，提高了活塞毛坯的机械性能和耐热疲劳性能。

2、本发明设置吸气装置，吸气装置连接至盐芯支撑杆，通过吸气装置吸收盐芯受热产生的气体，降低活塞毛坯的气孔率。

3、本发明设置温度检测棒和液位检测棒，温度检测棒检测铝液炉内的铝液温度，温度过高或者过低机器人停止工作，避免影响活塞毛坯质量，液位检测棒用于检测铝液炉内铝液的液位相对高度，随着不断浇注毛坯，铝液炉内铝液的液位高度下降，调整转臂伸进铝液炉高度，保证每次浇勺提取的铝液重量相等。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构俯视图；

图3为本发明的浇注系统结构示意图；

图4为本发明的浇注系统浇注状态示意图；

图5为本发明的浇注系统打开结构示意图；

图6为本发明的工作台结构示意图；

图7为本发明的顶模夹取装置结构示意图；

图8为本发明的中芯伸缩油缸结构示意图；

图9为本发明的取件机械手结构示意图；

图10为本发明的关节浇注机器人结构示意图；

图11为本发明的淬火冷却箱结构示意图；

图12为本发明的第一模具结构示意图；

图13为本发明的第一模具部分结构示意图；

其中：1、浇注系统；2、淬火冷却箱；3、电气操作系统；4、活塞毛坯；5、取件机械手；6、关节浇注机器人；7、液压系统；8、机架；9、工作台；10、第一模具；11、第二模具；12、托架；13、外模油缸；14、中芯伸缩油缸；15、上模具；16、下模具；17、左模具；18、右模具；19、压紧油缸；20、定位板；21、压缩柱；22、直线导轨；23、压板；24、浇口；25、垂直浇道；26、水平浇道；27、补缩口；28、盐芯支撑杆；29、吸气装置；30、凹槽；31、顶模夹取装置；32、支架；33、顶模上下运动圆柱形导轨；34、拖板；35、顶模上下油缸；36、顶模进退运动圆柱形导轨；37、顶模进退油缸；38、固定座；39、气动手指A；40、滑板；41、滑动销轴；42、压缩弹簧；43、定位盘；44、定位销；45、定位柱；46、定位孔；47、取件底座；48、导轨；49、升降平台；50、进给油缸；51、转臂A；52、电机；53、气动手指B；54、手抓；55、浇注底座；56、旋转底座；57、转臂B；58、浇勺；59、淬火支架；60、水箱；61、升降气缸；62、淬火托板；63、液压马达；64、除渣箱；65、保温炉；66、渗铝炉；67、毛坯框。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1-13所示，本实施例提供一种旋转90°浇注铝活塞毛坯的双模自动铸造机，包括浇注系统1、取件机械手5、关节浇注机器人6、液压系统7、电气操作系统3和淬火冷却箱2，其中，

浇注系统1设置于地面，浇注系统1一侧的地面上设置取件机械手5，浇注系统1对侧设置关节浇注机器人6，关节浇注机器人6提取铝液浇注进浇注系统，取件机械手5一侧设置淬火冷却箱2，取件机械手5将浇注系统浇注出的活塞毛坯夹取至淬火冷却箱，浇注系统1连接至液压系统7，液压系统、取件机械手和关节浇注机器人均连接至电气操作系统。

浇注系统包括机架8和工作台9，2个工作台9分别通过转轴和液压马达63安装于机架8，通过液压马达63驱动转轴旋转，进而驱动工作台旋转，2个工作台9上分别设置第一模具10和第二模具11，第一模具10两侧分别通过托架12连接外模油缸13，第一模具10下侧通过圆柱形导轨连接中芯伸缩油缸14，第二模具11两侧分别通过托架连接外模油缸，第二模具下侧通过圆柱形导轨连接中芯伸缩油缸，第一模具和第二模具上侧设置顶模夹取装置。

第一模具10包括上模具15、下模具16、左模具17和右模具18，左模具17和右模具18分别通过托架12连接外模油缸13，左模具17和右模具18上侧设置上模具15，托架上设置压紧油缸19，压紧油缸19通过定位板20连接压缩柱21，压紧油缸19伸缩带动压缩柱21探出，通过压缩柱21压紧上模具，实现上模具固定，下模具16通过圆柱形导轨连接中芯伸缩油缸14，上模具、下模具、左模具和右模具闭合后的浇注腔形状为活塞外形，第二模具和第一模具结构相同，对称设置，使用时，2个工作台对称翻转，节约占用空间。

第一模具10和第二模具11内分别设置冷却水道，通过通入冷却水进行降温，加快毛坯冷却，托架内设置冷却水道，避免热量传导至机架和油缸，影响使用寿命，冷却水道的外接管道内设置流量传感器和电磁阀，控制通入冷却水的流量和时间，保证每个部位冷却均匀。

左模具17和右模具18两侧的工作台上分别设置直线导轨22，直线导轨22上设置L型压板23，通过压板23对左模具17和右模具18进行限位，使其沿直线导轨往复运动。

上模具15一侧设置浇口24，浇口24经垂直浇道25和水平浇道26连接至浇注腔，图12-13省略浇口外延部分，水平浇道经上模具延伸至左模具，浇注腔内一侧设置补缩口27，补缩口27与铝液进入浇注腔的进口对称设置，使浇注更平稳，浇注后的活塞凝固位置在水平浇道和补缩口与活塞的接触面，不会出现在活塞顶部的燃烧室，加快了活塞顶部的冷却速度，使晶粒组织细小，金相组织良好。

下模具16上设置盐芯支撑杆28，通过盐芯支撑杆28支撑盐芯，避免盐芯在随浇注系统运动时发生偏移。

左模具17和右模具18的顶面连接处设置凹槽30，凹槽30内设置铁环，通过铁环对盐芯和活塞毛坯进行固定。

左模具17和右模具18中间位置的工作台上分别设置定位盘43，定位盘43内外两侧分别设置定位销44，内侧定位销匹配固定下模具，外侧定位销匹配固定左模具和右模具，上模具下端面两侧分别设置定位柱45，左模具和右模具上设置对应定位柱45位置的定位孔46，通过定位柱45对上模具进行定位。通过定位盘对上模具、下模具、左模具和右模具的位置进行校正，保证位置精准，提高产品质量。

取件机械手5包括取件底座47，取件底座47内设置导轨48，导轨48上方穿过取件底座连接升降平台49，取件底座47上端设置进给油缸50，进给油缸50连接至升降平台，升降平台49上设置转臂A51，转臂A51连接电机52，转臂A51上设置气动手指B53，气动手指B53连接手抓54，通过气动手指B53驱动手抓夹取活塞毛坯4。转臂A、气动手指B为市购常规使用产品。

关节浇注机器人包括浇注底座55，浇注底座55上设置旋转底座56，旋转底座56上设置转臂B57，转臂B57上连接2个浇勺58，转臂B弯曲提取铝液后旋转底座转动，将浇勺移动至第一模具和第二模具的浇口上方，转臂B倾转，将铝液浇注进第一模具和第二模具。关节浇注机器人下侧设置除渣箱64。

上述旋转90°浇注铝活塞毛坯的双模自动铸造机的使用方法，操作步骤如下：

(1)电气操作系统和液压系统启动，第一模具和第二模具闭合，第一模具和第二模具内分别设置盐芯和铁环，然后2个工作台对称倾转90°，使浇口向上，：

(2)关节浇注机器人通过转臂B将浇勺探入铝液炉内，转臂B带动浇勺旋转提取铝液，然后浇勺将铝液分别浇注进第一模具和第二模具的浇注腔；

(3)浇注完成后第一模具和第二模具内通水冷却，然后取件机械手取出活塞毛坯，将活塞毛坯倾转90°，使活塞毛坯头部在上，裙部在下，放置于淬火冷却箱内进行冷却，淬火处理后将活塞毛坯放于毛坯框67，完成活塞毛坯铸造。

实施例2：

一种旋转90°浇注铝活塞毛坯的双模自动铸造机，结构如实施例1所述，不同之处在于，机架8上设置吸气装置29，吸气装置29连接至盐芯支撑杆，通过吸气装置吸收盐芯受热产生的气体，降低活塞毛坯的气孔率。

实施例3：

一种旋转90°浇注铝活塞毛坯的双模自动铸造机，结构如实施例1所述，不同之处在于，顶模夹取装置31包括支架32、顶模上下运动圆柱形导轨33、拖板34、顶模上下油缸35、顶模进退运动圆柱形导轨36、顶模进退油缸37、固定座38和气动手指A39，支架上侧设置顶模进退运动圆柱形导轨，顶模进退运动圆柱形导轨一侧连接顶模进退油缸，另一侧连接拖板，拖板上设置顶模上下运动圆柱形导轨，顶模上下运动圆柱形导轨一端连接顶模上下油缸，顶模上下运动圆柱形导轨上设置滑板40，通过顶模上下运动圆柱形导轨带动滑板40上下运动，滑板上设置固定座，固定座下侧通过滑动销轴41连接气动手指A39，滑动销轴41上套装压缩弹簧42，通过气动手指A夹取上模具。

实施例4：

一种旋转90°浇注铝活塞毛坯的双模自动铸造机，结构如实施例1所述，不同之处在于，2个浇勺58中间的转臂B上分别设置温度检测棒和液位检测棒，温度检测棒检测铝液炉内的铝液温度，温度过高或者过低机器人停止工作，避免影响活塞毛坯质量，液位检测棒用于检测铝液炉内铝液的液位相对高度，随着不断浇注毛坯，铝液炉内铝液的液位高度下降，调整转臂B伸进铝液炉高度，保证每次浇勺提取的铝液重量相等。

实施例5：

一种旋转90°浇注铝活塞毛坯的双模自动铸造机，结构如实施例1所述，不同之处在于，淬火冷却箱2包括淬火支架59、水箱60、升降气缸61和淬火托板62，淬火支架上设置水箱，水箱两侧设置升降气缸，水箱内设置淬火托板，淬火托板为Z型板，一侧设置于水箱内，用于放置活塞毛坯，另一侧紧贴水箱设置于升降气缸上方，通过升降气缸和托板方便观察提取活塞毛坯。