轮胎模具铝合金花纹圈低压浇注设备及低压浇注、 重力补 缩工艺 技术领域 ：
本发明涉及一种轮胎模具铝合金花纹圈低压浇注设备及低压浇注、 重力补缩工 艺。 背景技术 ：
铝合金花纹圈是轮胎模具中用于硫化成型轮胎花纹的重要部件。 该部件的加工方 式， 目前国内外普遍应用的主要有以下三种 ：
1、 雕刻工艺 ： 适用于载重胎模具。
2、 电腐蚀工艺 ： 适用于载重胎和乘用胎模具。
3、 铝合金铸造工艺 ： 适用于乘用胎模具。
出于安全性、 舒适性和美观性的要求， 乘用胎花纹设计较载重胎复杂， 且花纹的形 状精度及尺寸精度要求很高。因此， 模具的花纹圈加工主要采用铝合金铸造工艺。
目前， 铝合金花纹圈铸造工艺， 通用的有低压铸造和重力铸造两种。其中， 低压铸 造有铸件密度高、 强度好的优点， 但因轮胎模具花纹圈体积较大、 产品形状及大小变化多 样， 至其工艺要求复杂、 装备及技术参数的确定难以把握， 对成品合格率的影响很大。重力 铸造多采用分块形式加工， 以其工艺控制要求相对简单， 成品合格率稳定的优点， 长期以来 在轮胎模具铝合金花纹圈铸造领域一直占居主导地位。 但由于其将花纹圈分成若干块来加 工， 大大影响批量生产效率 ； 该工艺还有一个潜在的难以避免的弱点， 即铝液的二次污染。 所谓二次污染是指经过除气精炼后的纯净铝液， 在浇注工序中由于与空气的接触， 继续发 生吸气反应的过程。 这是因为空气中含有一定比例的水气， 在化学亲和力的作用下， 水气中 的氢分子在铝液表面上迅速凝聚并离解成氢原子， 并逐步向铝液内部扩散， 以原子、 离子状 态融入铝液中。其反应式如下 ：
3H2O+2AL ＝ AL2O3+3H2
生成的 AL2O3 和氢分子是铝溶液中最严重的污染体， 因为 AL2O3 一旦溶入铝液中， 对 铸件材质性能带来不利影响， 而铝液中的氢则会使铸件在结晶、 凝固时形成气孔和缩松的 倾向增大。
在重力铸造的工序中， 先将铝液经过精除气， 达到浇注温度后， 倒入保温浇包中。 再用浇包对型芯进行浇注。过程中铝液增大了与大气接触的机率， 因而不可避免地产生二 次污染。对于重力铸造工艺来说是难以解决的弱点。 发明内容 ：
为克服现有技术的缺陷， 本发明的目的在于提供一种轮胎模具铝合金花纹圈低压 浇注设备及低压浇注、 重力补缩工艺， 可解决铝合金花纹块重力铸造工艺中铝液的二次污 染问题， 同时可以将单块的型蕊按工艺直径拼装成整体模蕊进行浇注， 有利于提高浇注的 生产效率。本发明解决技术问题采用如下技术方案 ：
轮胎模具铝合金花纹圈低压浇注设备， 包括坩埚、 升液管 ； 在所述坩埚上设置圆盘 式的浇道基板， 所述升液管下端自浇道基板的中心孔穿过并延伸至坩埚内 ； 在所述浇道基 板上密封覆盖有铸型基板， 所述铸型基板上设置有铸型外模， 在所述铸型外模的上端设置 有冒口， 铸型内腔设有浇道 ； 所述升液管的上端口穿过所述浇道基板及铸型基板与所述浇 道连通 ； 在所述浇道外围的铸型外模内腔设置有环绕浇道的阶梯式气室， 所述阶梯式气室 具有一进气嘴及一出气嘴。
本发明的结构特点也在于 ：
所述浇道基板中设置有坩埚进气通道， 所述坩埚进气通道与所述坩埚内腔相通。
所述升液管的上端口设置有陶瓷滤网。
利用本发明设备进行轮胎模具铝合金花纹圈低压浇注是按如下步骤进行 ：
A、 确定铸造工艺参数 ：
铸型外模预热至 350℃， 石膏型芯预热至 110℃， 铸型基板预热至 350℃， 浇道基板 预热至 300℃ ； 浇注温度 710℃ ； 熔融液自坩埚、 升液管、 经陶瓷滤网进入铸型外模内的浇道 中充型 ； B、 充型压力曲线 ：
步骤 A 中第一阶段充型压力 0.09bar， 充型速度 0.003bar/s， 充型时间 30s ； 第二 阶段充型压为 0.2bar， 充型速度 0.002bar/s， 充型时间 100s ； 第三阶段充型压力为 0.3bar， 充型速度为 0.004bar/s， 充型时间为 70s ； 保持压力 0.3bar， 保压 420s 后卸压 ；
C、 充气冷却过程 ：
卸压 480s 后开始向所述阶梯式气室充入压缩空气， 持续时间 1800s。
D、 缓冷过程 ：
充气冷却停止后， 卸铸型外模至室温下空冷， 4h 后脱模。
与已有技术相比， 本发明的有益效果体现在 ：
1、 将重力铸造工艺的充型方式， 由重力浇注改为低压浇注， 使铝液在浇注过程中 始终处于密封空间内， 不与大气接触。避免了二次污染， 铸件产生气孔缺陷的机率大为减 少， 因此提高了铸件产品的合格品率。
2、 利用低压铸造技术优势， 在浇注温度和浇注速度上可以实现精确控制， 使批量 生产中铸件产品的补缩过程和冷却速度实现了一致性， 能够获得准确的收缩率参数， 有效 控制产品的尺寸误差和形状误差， 提高了产品的加工精度。
3、 本发明的浇注工艺使用了低压铸造技术， 创造了良好的生产条件， 改善了作业 环境 ； 由于采用花纹圈整体铸造的方式， 同时也提高了生产效率。
4、 铸型外模由 ZG35 钢制成， 设有三层环形阶梯式气室、 外围带有气室封板、 进气 嘴、 出气嘴， 在充气冷却过程中， 环绕在浇道外围的阶梯式气室可使铸型按设定要求顺序散 热。
附图说明 ：
图 1 为本发明铝合金花纹圈低压浇注设备结构示意图。
图 2 为本发明浇注设备中铸型外模的结构示意图。图 2A 为铸型外模内气室的结构图 ； 即图 2 中的 C 向视图。
图 3 为本发明铸件冷凝顺序示意图。
图 4 为本发明所针对的轮胎模铝花纹圈产品形状示意图。
图中标号 ： 1 炉体， 2 坩埚， 3 浇道基板， 4 升液管， 5 铸型基板， 6 铸型外模， 7 浇道， 8 上盖， 9 冒口， 10 石膏型芯， 12 出气嘴， 13 进气嘴， 14 陶瓷滤网， 15 坩埚进气通道， 16 进气室 封板， 17 阶梯式气室。
以下通过具体实施方式， 并结合附图对本发明作进一步说明。 具体实施方式 ：
实施例 ： 结合图 1， 本实施例的轮胎模具铝合金花纹圈低压浇注设备， 包括炉体 1、 坩埚 2、 升液管 4 ； 在坩埚 2 上设置圆盘式的浇道基板 3， 升液管 4 的下端自浇道基板的中心 孔穿过并延伸至坩埚 2 内 ；
在浇道基板 3 上密封覆盖有铸型基板 5， 铸型基板 5 上设置有铸型外模 6， 在铸型 外模 6 的上端设置有冒口 9， 铸型内腔设有浇道 7 ；
升液管 4 的上端口穿过浇道基板 3 及铸型基板 5 与浇道 7 连通 ；
结合图 2、 2A， 在浇道 7 外围的铸型外模内腔设置有环绕浇道的阶梯式气室 17， 所 述阶梯式气室具有一进气嘴 13 及一出气嘴 12。
具体设置中， 浇道基板 3 中设置有坩埚进气通道 15， 坩埚进气通道 15 与坩埚内腔 相通。升液管 4 的上端口设置有陶瓷滤网 14。
浇道基板 3 由 45# 钢板经去应力回火后制成， 设有坩埚进气通道 15、 升液管 4 安装 槽、 与铸型基板 5 之定位销 ； 用于进气、 升液管 4 及铸型基板 5 的安装固定。
铸型基板 5 由 45# 钢板经去应力回火后制成， 厚度 100mm， 装在浇道基板 3 上方， 设 有浇道和陶瓷滤网 14 安装槽及与铸型外模 6 之定位销 ； 用于铸件冷凝过程中有序散热及安 装陶瓷滤网 14 并保持浇道口与升液管 4、 铸型外模 6 上的浇口相通。
铸型外模 6 由 ZG35 钢制成见图 2， 设有 3 层环形阶梯式气室 17、 外围带有气室封 板 16、 进气嘴 13Φ45、 出气嘴 12Φ30、 浇注口及与上盖 8 之定位销。 用于冷凝过程中按设定 要求顺序散热。
上盖板 8 先用 A3 钢板加工圆环框架高 80mm， 内部填充 30-40 钼石英沙并安装发热 冒口 9Φ115*300 ； 用于铸件上部密封及冷凝过程中的补缩。
具体浇注时， 铝液在设定的压力下， 沿升液管上升， 通过滤网及铸型外模上的浇道 上升至内腔直至充满铸型， 见图 1。当铝液升至距冒口上平面 40mm 位置时， 开始保压， 保压 时间为 480 秒。
铸造过程中铸件位于坩埚上方， 补缩过程是通过铸件上方的冒口进行。因此 铸件的凝固顺序应该是由内向外、 由下至上， 最后凝固的上部由冒口进行补缩， 顺序为 ： ①→②→③→④→⑤→⑥→⑦见图 3。做到这一点， 铸件的表面及内部质量均可得到保证。
由于模具结构的特殊性， 花纹圈产品的壁厚差异相对较大， 同一型号外轮廓尺寸 ΦD 和 B 一定的情况下， 内径 ΦC 可根据轮胎规格有多种变化。使得花纹圈壁厚尺寸 M 的范 围从 40-100mm 不等， 见图 4。因此， 相同参数的外模及浇道， 浇注壁厚在 80mm 以上的铸件 时， 由于铝液重量多， 热容量相对较大， 冷却时间过长， 导致铸件冷凝顺序发生变化， 冒口部位先于铸件上部冷却， 截断了补缩通道， 致使铸件上部补缩不足， 产生气孔和缩松缺陷， 严 重时造成报废。 本发明的铸型外模带有冷却气室， 先于冒口部位凝固之前充入压缩空气， 以 加快铸件冷却速度， 确保冷凝顺序按要求进行。
这一浇注过程， 铝液始终处在密闭的空间内， 避免了二次污染问题。卸压后， 升液 管中的铝液返回坩埚， 准备下次浇注。 由于花纹圈为一次性整体铸造有利于提高生产效率。
利用本发明设备进行轮胎模具铝合金花纹圈低压浇注是按如下步骤进行的 ：
A、 确定铸造工艺参数 ：
铸型外模预热至 350℃， 石膏型芯 10 预热至 110℃， 铸型基板预热至 350℃， 浇道基 板预热至 300℃ ； 浇注温度 710℃ ； 熔融液自坩埚、 升液管、 经陶瓷滤网进入铸型外模内的浇 道中充型 ；
C、 充型压力曲线 ：
步骤 A 中第一阶段充型压力 0.09bar， 充型速度 0.003bar/s， 充型时间 30s ； 第二 阶段充型压为 0.2bar， 充型速度 0.002bar/s， 充型时间 100s ； 第三阶段充型压力为 0.3bar， 充型速度为 0.004bar/s， 充型时间为 70s ； 保持压力 0.3bar， 保压 420s 后卸压 ；
C、 充气冷却过程 ：
卸压 480s 后开始向所述阶梯式气室充入压缩空气， 持续时间 1800s。 D、 缓冷过程 ： 充气冷却停止后， 卸铸型外模至室温下空冷， 4h 后脱模。