基于PLC的鋁合金輪轂低壓鑄造智能控制探究

（中信戴卡股份有限公司，河北 秦皇島 066000）

鋁合金輪轂由于它的重量輕、散熱性能好、真圓度比較高、耐腐蝕性能好、機(jī)械性能好以及外觀好而不斷取代了用鋼鐵加工的輪轂。現(xiàn)在，鋁合金輪轂在國(guó)際上汽車(chē)工業(yè)里發(fā)展很快。如今，用于超過(guò)十八英寸汽車(chē)的較大鋁合金輪轂大部分是鍛造生產(chǎn)的，因?yàn)橐?guī)模比較大，它們不能一次鍛造出來(lái)，需要把輪輻和輪輞分兩次加工。這不僅鍛造投入高，且外形單調(diào)。然而，因?yàn)檩嗇灥谋诤癫粍蚍Q(chēng)和大小差異大，在原來(lái)的鑄造冷卻模式下，冷卻程序和速度很難確保，并且存在著縮孔疏松、結(jié)構(gòu)粗糙、輪輻和輪心機(jī)械性能低的現(xiàn)象，導(dǎo)致加工大規(guī)模輪轂產(chǎn)品效率比較低[1]。因此，本文采用可編程控制器設(shè)計(jì)針對(duì)低壓加工成型過(guò)程中的壓力和溫度開(kāi)展智能管理，并設(shè)計(jì)了他的低壓加工成型智能管理體系，為提升低壓加工鋁合金輪轂的鑄造效率，減少鑄造投資、提升成品水平和性能給予參考。

1 鋁合金輪轂低壓鑄造工藝

這是一項(xiàng)新型鑄造技術(shù)，根本原理是：把鋁合金液放入密封性好的坩堝里，并一直維持澆注溫度，然后把壓縮空氣引入液體表層，從而在坩堝和模腔之間構(gòu)成壓力差。在這種低壓的作用下，坩堝中的液體將由升液管中上升，并通過(guò)注入通道和澆口壓入與坩堝連接的模具里，從而得到想要的鋁合金產(chǎn)品[2]。現(xiàn)在，我國(guó)大量鋁合金輪轂制造商運(yùn)用低壓加工技術(shù)，加工工藝中采用的重點(diǎn)材料是A356。

2 汽車(chē)行業(yè)這種低壓鑄造技術(shù)關(guān)鍵

作者運(yùn)用可編程控制器設(shè)計(jì)針對(duì)低壓加工成型期間的壓力與溫度開(kāi)展智能管理，并設(shè)計(jì)它的低壓加工成型智能管理體系，為提升低壓加工鋁合金輪轂的鑄造效率、減少鑄造資金、提升鑄造水平與性能提供借鑒。

2.1 低壓鑄造準(zhǔn)備

①保溫爐準(zhǔn)備。在運(yùn)用保溫爐前，應(yīng)將它加熱烘烤，加熱期間要分階段開(kāi)展。若保溫爐由耐火材料加工而成的，低溫烘烤時(shí)溫度要把控在一百五十到三百攝氏度，時(shí)間要超過(guò)7d。注入鋁合金液前，保溫爐需加熱到六百八十到七百五十?dāng)z氏度。并且，要清除爐內(nèi)的所有殘留物，以保證爐內(nèi)干凈，啟動(dòng)前，應(yīng)檢測(cè)保溫爐的密閉性，是否有漏風(fēng)現(xiàn)象存在。②升液管準(zhǔn)備。鋁合金輪轂低壓加工技術(shù)中，升液管是鋁合金液的充注渠道與鑄件的進(jìn)料途徑。若采用新升液管前，需要檢測(cè)是否有泄漏的地方，并提前預(yù)熱至二百到三百攝氏度，再將其放到低壓鑄機(jī)保溫爐里。升液管的口徑應(yīng)稍超過(guò)模具澆口的口徑，以便得到更好的進(jìn)料效果。③模具預(yù)熱。噴涂層結(jié)束后組裝模具，應(yīng)在澆注前通過(guò)模具加熱爐開(kāi)展預(yù)熱，預(yù)熱溫度把控在三百五十?dāng)z氏度左右，隨后使用叉車(chē)把模具運(yùn)輸?shù)綑C(jī)器上開(kāi)展組裝。牢固后，需檢測(cè)上下模和側(cè)模之間的縫隙，看其是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。④澆注通道清理。模具在鑄造機(jī)工裝前，對(duì)澆注通道進(jìn)行清理確認(rèn)。這是一個(gè)相對(duì)關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。不算在鑄造啟動(dòng)之前的開(kāi)展，若加工由于某種原因停止時(shí)，還應(yīng)該在恢復(fù)鑄造之前加熱澆注嘴，預(yù)防引起澆注嘴堵塞的現(xiàn)象。⑤控制鋁合金液體。啟動(dòng)加工前，需檢測(cè)保溫爐內(nèi)鋁合金液的化學(xué)構(gòu)成，把握鋁合金的空氣含量，鑄造過(guò)程中鋁合金液的溫度需管理在六百八十到七百一十?dāng)z氏度之間。在該低壓鑄造時(shí)，澆注溫度可根據(jù)以下原則開(kāi)展確定：在保證產(chǎn)品成型的基礎(chǔ)上，澆注溫度越低為最好。盡管高澆注溫度有利于輪輞的形成，可它會(huì)造成輻條熱收縮趨勢(shì)的增加，這將讓輪轂的力學(xué)性能下降。

2.2 低壓鑄造液面加壓

①充型段壓力控制。鋁合金輪轂形狀是圓形，它的上面有面積大、壁較薄的輪輞與壁較厚的輪輻。由于輪轂的正偏移距離超過(guò)負(fù)偏移距離，因此輪轂的重量主要聚集在下面，鋁合金液體由澆注嘴開(kāi)始填充應(yīng)該有很長(zhǎng)時(shí)間，這時(shí)，液位略有上升，和爐膛的壓差逐步擴(kuò)大，流速將逐步加快。為了保證灌裝的穩(wěn)定性，流量必須恒定。填充部分的速度能根據(jù)輪轂的特性來(lái)確定，并且速度應(yīng)該適中。②鑄件冷卻。鋁合金輪轂產(chǎn)品的冷卻時(shí)間需由加壓完成開(kāi)始，冷卻順序先由輪轂輪輞上端開(kāi)始，接著是熱節(jié)。輻條應(yīng)在冷卻前保溫，后來(lái)才對(duì)輪盤(pán)中心的冒口開(kāi)展冷卻。

3 當(dāng)前鋁合金輪轂低壓鑄造工藝存在的問(wèn)題

到現(xiàn)在，壓鑄車(chē)輪的重點(diǎn)問(wèn)題是凝固期間形成的氣孔。通常而言，氣孔的出現(xiàn)可能是因?yàn)楣袒湛s過(guò)程中液體供應(yīng)不足，也可能是由于金屬液體中氣體的去溶引起的。低壓鑄造的充型過(guò)程穩(wěn)定，能夠防止夾帶氣體的出現(xiàn)。所說(shuō)的大孔或微孔，通常是由定向凝固損失引起的液體密封產(chǎn)生的，稱(chēng)它為液縫。通常的孔小而分散，叫微孔隙，因?yàn)闅錃庠诠腆w與液體里的溶解度不同，然后析出引起。與大孔較比，微孔更為麻煩，由于微孔與技術(shù)過(guò)程以及合金參數(shù)相關(guān)。所以，在模具設(shè)計(jì)與模具冷卻改革上投入了許多的投資來(lái)保證定向固化。在鑄造后加工的不同時(shí)期，因?yàn)樾】椎某霈F(xiàn)，車(chē)輪將可能被丟棄。一般在加工后或后續(xù)生產(chǎn)過(guò)程中能夠及早就發(fā)現(xiàn)了大孔。可是，微孔一般很難發(fā)現(xiàn)。加工涂裝后，車(chē)輪螺栓通過(guò)滲漏測(cè)試浸入水中，然后充氣加壓，才可以檢查輪桐或加工表面是不是有問(wèn)題。這個(gè)時(shí)候，前面的加工鑄造已經(jīng)耗費(fèi)了大量的投資，因此，這種問(wèn)題的成本非常高。盡管采取物理過(guò)程可以降低廢品率，然而，科學(xué)的管理措施是補(bǔ)充處理措施。

4 基于PLC的鋁合金輪轂低壓鑄造控制方案

（1）基于PLC的鋁合金輪轂低壓鑄造控制原理。采取溫度和壓力傳感器，得到該低壓加工過(guò)程中的金屬液溫度和充入氣壓等數(shù)據(jù)，并采取現(xiàn)在測(cè)量的管理量管理調(diào)整金屬液指標(biāo)溫度和氣壓等數(shù)據(jù)。通過(guò)人機(jī)界面設(shè)定數(shù)據(jù)給出把控溫度和充氣壓力數(shù)據(jù)，利用可編程控制器的中央處理器計(jì)算、解決和管理功能，達(dá)到充氣壓力與溫度的精確管理，因此實(shí)現(xiàn)該低壓加工成型中溫度、壓力等數(shù)據(jù)的精確管理目標(biāo)。

（2）基于PLC的鋁合金輪轂低壓鑄造控制過(guò)程。在設(shè)計(jì)的低壓鑄造智能管理體系的可編程控制器管理程序里，設(shè)備開(kāi)啟后，檢查啟動(dòng)狀況(溫度體系是不是啟動(dòng))。為了讓溫度體系實(shí)現(xiàn)高效果，應(yīng)運(yùn)用數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊調(diào)整交流調(diào)壓模塊管理和無(wú)級(jí)變壓管理電熱絲熱值。該管理方法可根據(jù)溫度差別的大小，進(jìn)行調(diào)節(jié)模擬量數(shù)值，來(lái)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)溫度的管理效果。當(dāng)溫度和壓力啟動(dòng)條件檢查符合要求，可編程控制器計(jì)算并開(kāi)啟熔融金屬液開(kāi)關(guān)，定量填充金屬液，充滿(mǎn)后再關(guān)閉該開(kāi)關(guān)，接著根據(jù)設(shè)定的氣壓管理比例閥向金屬液坩堝的密閉腔里填充氣體，在壓差下，金屬液沿填充管進(jìn)入模腔，模腔充滿(mǎn)后，時(shí)間延遲，做好整體加工過(guò)程。循環(huán)操作，達(dá)到對(duì)該低壓鑄造的智能管理。

5 結(jié)語(yǔ)

作者給出的該低壓加工智能管理體系，精度高，可給該低壓加工和另外機(jī)械部件的智能管理和降低低壓加工鑄造投資給予了重要參考材料。