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、機械性能好以及外觀好而不斷取代了用鋼鐵加工的輪轂。現在，鋁合金輪轂在國際上汽車工業里發展很快。如今，用于超過十八英寸汽車的較大鋁合金輪轂大部分是鍛造生產的，因為規模比較大，它們不能一次鍛造出來，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。然而，因為輪轂的壁厚不勻稱和大小差異大，在原來的鑄造冷卻模式下，冷卻程序和速度很難確保，并且存在著縮孔疏松、結構粗糙、輪輻和輪心機械性能低的現象，導致加工大規模輪轂產品效率比較低[1]。因此，本文采用可編程控制器設計針對低壓加工成型過程中的壓力和溫度開展智能管理，并設計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

這是一項新型鑄造技術，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品[2]。現在，我國大量鋁合金輪轂制造商運用低壓加工技術，加工工藝中采用的重點材料是A356。

2 汽車行業這種低壓鑄造技術關鍵

作者運用可編程控制器設計針對低壓加工成型期間的壓力與溫度開展智能管理，并設計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 低壓鑄造準備

①保溫爐準備。在運用保溫爐前，應將它加熱烘烤，加熱期間要分階段開展。若保溫爐由耐火材料加工而成的，低溫烘烤時溫度要把控在一百五十到三百攝氏度，時間要超過7d。注入鋁合金液前，保溫爐需加熱到六百八十到七百五十攝氏度。并且，要清除爐內的所有殘留物，以保證爐內干凈，啟動前，應檢測保溫爐的密閉性，是否有漏風現象存在。②升液管準備。鋁合金輪轂低壓加工技術中，升液管是鋁合金液的充注渠道與鑄件的進料途徑。若采用新升液管前，需要檢測是否有泄漏的地方，并提前預熱至二百到三百攝氏度，再將其放到低壓鑄機保溫爐里。升液管的口徑應稍超過模具澆口的口徑，以便得到更好的進料效果。③模具預熱。噴涂層結束后組裝模具，應在澆注前通過模具加熱爐開展預熱，預熱溫度把控在三百五十攝氏度左右，隨后使用叉車把模具運輸到機器上開展組裝。牢固后，需檢測上下模和側模之間的縫隙，看其是否滿足設計要求。④澆注通道清理。模具在鑄造機工裝前，對澆注通道進行清理確認。這是一個相對關鍵的環節。不算在鑄造啟動之前的開展，若加工由于某種原因停止時，還應該在恢復鑄造之前加熱澆注嘴，預防引起澆注嘴堵塞的現象。⑤控制鋁合金液體。啟動加工前，需檢測保溫爐內鋁合金液的化學構成，把握鋁合金的空氣含量，鑄造過程中鋁合金液的溫度需管理在六百八十到七百一十攝氏度之間。在該低壓鑄造時，澆注溫度可根據以下原則開展確定：在保證產品成型的基礎上，澆注溫度越低為最好。盡管高澆注溫度有利于輪輞的形成，可它會造成輻條熱收縮趨勢的增加，這將讓輪轂的力學性能下降。

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負偏移距離，因此輪轂的重量主要聚集在下面，鋁合金液體由澆注嘴開始填充應該有很長時間，這時，液位略有上升，和爐膛的壓差逐步擴大，流速將逐步加快。為了保證灌裝的穩定性，流量必須恒定。填充部分的速度能根據輪轂的特性來確定，并且速度應該適中。②鑄件冷卻。鋁合金輪轂產品的冷卻時間需由加壓完成開始，冷卻順序先由輪轂輪輞上端開始，接著是熱節。輻條應在冷卻前保溫，后來才對輪盤中心的冒口開展冷卻。

3 當前鋁合金輪轂低壓鑄造工藝存在的問題

到現在，壓鑄車輪的重點問題是凝固期間形成的氣孔。通常而言，氣孔的出現可能是因為固化收縮過程中液體供應不足，也可能是由于金屬液體中氣體的去溶引起的。低壓鑄造的充型過程穩定，能夠防止夾帶氣體的出現。所說的大孔或微孔，通常是由定向凝固損失引起的液體密封產生的，稱它為液縫。通常的孔小而分散，叫微孔隙，因為氫氣在固體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，由于微孔與技術過程以及合金參數相關。所以，在模具設計與模具冷卻改革上投入了許多的投資來保證定向固化。在鑄造后加工的不同時期，因為小孔的出現，車輪將可能被丟棄。一般在加工后或后續生產過程中能夠及早就發現了大孔。可是，微孔一般很難發現。加工涂裝后，車輪螺栓通過滲漏測試浸入水中，然后充氣加壓，才可以檢查輪桐或加工表面是不是有問題。這個時候，前面的加工鑄造已經耗費了大量的投資，因此，這種問題的成本非常高。盡管采取物理過程可以降低廢品率，然而，科學的管理措施是補充處理措施。

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，得到該低壓加工過程中的金屬液溫度和充入氣壓等數據，并采取現在測量的管理量管理調整金屬液指標溫度和氣壓等數據。通過人機界面設定數據給出把控溫度和充氣壓力數據，利用可編程控制器的中央處理器計算、解決和管理功能，達到充氣壓力與溫度的精確管理，因此實現該低壓加工成型中溫度、壓力等數據的精確管理目標。

（2）基于PLC的鋁合金輪轂低壓鑄造控制過程。在設計的低壓鑄造智能管理體系的可編程控制器管理程序里，設備開啟后，檢查啟動狀況(溫度體系是不是啟動)。為了讓溫度體系實現高效果，應運用數模轉換模塊調整交流調壓模塊管理和無級變壓管理電熱絲熱值。該管理方法可根據溫度差別的大小，進行調節模擬量數值，來實現精準溫度的管理效果。當溫度和壓力啟動條件檢查符合要求，可編程控制器計算并開啟熔融金屬液開關，定量填充金屬液，充滿后再關閉該開關，接著根據設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，金屬液沿填充管進入模腔，模腔充滿后，時間延遲，做好整體加工過程。循環操作，達到對該低壓鑄造的智能管理。

5 結語

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。