铝合金压铸件多介质风冷装置的制作方法

本发明涉及一种铝合金压铸件生产线中的冷却装置，尤其是一种风冷装置。

背景技术：

压铸行业的发展与汽车行业密切相关，近年来随着我国汽车行业的迅猛发展，压铸行业亦发展迅速。在人们对汽车要求趋于高性能、低污染、低能耗的前提下，汽车重量对燃料经济性起的决定性作用尤为关键，使用轻质材料制造汽车零部件是减轻汽车重量的有效途径。铝合金压铸件因其优秀的材料性能、成型方便和轻量化等优势，在汽车行业中应用范围越来越广。

压铸自动化生产线中，需要对铝铸件进行冷却，才能进行后续工作的加工。在现有技术中，有三种冷却方式：第一种是采用自然冷却的方式，将压铸件输送至固定位置，让其自然冷却，这种冷却方式虽然简单，但受工作环境影响大，降温慢，效率低；第二种常采用水冷或油冷的方式对工件进行冷却，这种冷却方案虽然能快速冷却工件，但会造成冷却不均匀，影响到部分工件的质量和后续的加工，对于薄壁件由于剧冷会造成工件变形，对于一些存在深孔的工件还会出现孔内余水残留现象，废品率会随之增加很多；第三种是强制风冷的冷却方式，一般采用若干个并列排放的风机，对传送带上的工件进行冷却，风机以固定的高度、角度和风量转动，无法根据生产线中不同工件的形状和冷却要求进行调整，冷却介质也仅限于常温空气，限制了冷却效率的提升。

针对上述问题，需要一种铝合金压铸件多介质风冷装置和冷却方法，通过轴流风机强制风冷加快铝合金压铸件表面空气的流动，避免水冷或油冷对工件质量的影响，在较低成本下获得均匀而快速的冷却，针对不同工件设计有多个工况，其结构简单，使用方便，冷却高效。并且设有多种冷却介质，铝合金压铸件多介质风冷装置采用的冷却介质为常温风、冷风或水雾中的一种或多种，从而大大提高工件的冷却效率和冷却质量。

技术实现要素：

本发明是要提供一种铝合金压铸件多介质风冷装置，可根据不同的工件及冷却要求，选择不同的结构参数和冷却介质，以提高冷却效率和冷却均匀性。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种铝合金压铸件多介质风冷装置，由风机支撑架、工件台、轴流风机、风机支撑板、多工位可调节工作面、热电偶固定装置组成，所述轴流风机固定在风机支撑板上，风机支撑板两侧通过螺栓连接在多工位可调节工作面板上，多工位可调节工作面板通过螺栓固定在风机支撑架上，且风机支撑板通过改变螺栓与多工位可调节工作面板上的连接位置，来实现风机支撑板的高度和角度的调节，或者风机支撑板通过两侧的连接轴分别连接伸缩支撑杆，伸缩支撑杆固定在风机支撑架上，风机支撑板通过伸缩支撑杆来调节高度，并可绕轴旋转调整角度，从而实现轴流风机的高度和角度的调节；所述轴流风机上方连通冷风机风管或所述轴流风机与压铸工件中添加喷嘴雾化器，从而实现多种介质的切换；所述工件台置于风机支撑架内，并位于轴流风机下面，工件台上通过定位夹具固定压铸工件，并通过热电偶固定装置连接测温装置，多个所述测温装置置于压铸工件(17)底部难冷却的部位上，测温装置连接至测温仪，测温仪将所测数据传输至电脑端，从而实现实时监测工件温度变化情况。

所述轴流风机的出风口距离压铸工件高度的可调范围为250mm～400mm，轴流风机的出风口倾斜角的可调范围为0°～30°。

所述测温装置为k型热电偶、热电阻温度传感器或红外热成像仪中的一种。

所述热电偶固定装置通过两个螺栓将热电偶固定在工件台面上，通过热电偶固定装置的保护套上的两个螺栓来调节k型热电偶的高度。

所述定位夹具为三根定位杆、气缸夹具、治具搁放或治具加夹具中的一种。

所述铝合金压铸件多介质风冷装置采用的冷却介质为常温风、冷风或水雾中的一种。

本发明的有益效果是：

本发明提供的铝合金压铸件多介质风冷装置，使用轴流风机将温度低的冷风或冷雾扩散到高温压铸件表面，通过热传递和热对流的方式对工件降温。在生产过程中，根据不同的压铸工件及冷却需求，首先根据实验测试选择最佳冷却参数，影响冷却效果的参数主要有风机出风口距离工件高度、风机倾斜角度、冷却介质及环境温度。风机高度和倾斜角度的改变可以影响到达工件的风向和风量，两个参数可由风机板在多工位可调节工作面上位置控制。此外有三种冷却介质可供选择：常温空气、冷风和水雾。常温空气状态即只使用轴流风机进行冷却工作，将自然风吹到工件表面，加快空气流动，带走热量；冷风状态即在轴流风机上加冷风机风管，冷风机和轴流风机配合工作，使到达工件表面的流体温度进一步降低，增大温差，加快冷却；而喷水雾的方式是在轴流风机下某个位置安装喷嘴雾化器，利用风机吹出的气流将高雾化的雾滴均匀地扩散到工件表面，迅速蒸发，带走热量。其冷却速度根据实验效果依次排序为：常温空气＜冷风＜水雾。水雾作为冷却介质时冷却效率最高，但是对于一些工件如镁合金压铸件，喷洒水雾会发生化学反应，容易引发火灾，可以采用冷风或常温风做冷却介质的方式冷却工件。

因此，本发明通过轴流风机强制风冷加快铝合金压铸件表面空气的流动，避免水冷或油冷对工件质量的影响，可在较低成本下获得均匀而快速的冷却，针对不同工件设计有多个工况和不同冷却介质，其结构简单，使用方便，冷却高效。

附图说明

图1为本发明的铝合金压铸件多介质风冷装置结构立体示意；

图2为本发明的铝合金压铸件多介质风冷装置结构主视图；

图3为本发明的铝合金压铸件多介质风冷装置结构左视图；

图4为热电偶固定装置结构示意图；

图5为多工位可调节工作面板示意图；

图6为工件台示意图；

图7为常温风冷却的温度-时间曲线图；

图8为冷风冷却的温度-时间曲线图；

图9为喷雾冷却的温度-时间曲线图；

图10为三种介质的冷却时间对比图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1至图3所示，一种铝合金压铸件多介质风冷装置，包括地脚螺栓1、连接板2、风机支撑架3、可拆卸加强横梁4、工件台5、防火布6、轴流风机7、风机支撑板8、定位杆9、热电偶导线10、工件台角码11、支撑架角码12、m10*20内六角螺栓13、m12*60内六角螺栓14、工件台骨架15、多工位可调节工作面板16、压铸件17、热电偶固定装置18、工件搁置台19。

轴流风机7固定在风机支撑板8上，风机支撑板8两侧通过m10*20内六角螺栓13连接在多工位可调节工作面板16上，多工位可调节工作面板16通过m12*60内六角螺栓14固定在风机支撑架3上，且风机支撑板8通过改变m10*20内六角螺栓13与多工位可调节工作面板16上的连接位置，以实现轴流风机7的高度和角度的改变。工件台5置于风机支撑架3内，工件台5上设有用于固定压铸工件17的定位杆9，热电偶固定装置18固定在工作台5上。三个k型热电偶置于压铸工件17底部难冷却的部位上。

工件台5作为整个风冷实验台通过四对工件台角码11及地脚螺栓1固定在地面上，防止工作时发生位移，骨架由方管焊接而成。轴流风机7通过6个m5的螺栓固定在风机支撑板8之上，风机支撑板8使用四个m10*20内六角螺栓13连接到风机支撑架3上，通过改变螺栓连接的位置对多工位可调节工作面16进行调整，以实现高度和角度的改变。定位杆9由三根m8的螺栓组成，通过限位的原理使压铸工件17在工件台5水平面上无法移动，从而保证了监测点监测温度的准确性。可拆卸加强横梁4主要是加强实验台整体强度，防止轴流风机7工作时实验台剧烈晃动。另一方面也方便了实验台整体的拆卸和安装，同时保证了多工位可调节工作面16空位调整的便利性。热电偶固定装置18是由2个m5的螺栓连接到工件台5上的，热电偶固定装置18主要是为了将k型热电偶引入压铸工件17下方进行温度的监测，由于压铸工件17下方温度最高，降温最慢，所以只要该处监测点温度达标即可。通过调节热电偶固定装置18上的螺栓，可以控制k型热电偶的高度，从而使温度检测结果更加准确。

如图4所示，热电偶固定装置18的中孔部分通入热电偶导线10，将k型热电偶引入压铸工件17下方用以检测温度，使用2个m4的螺栓将热电偶固定在工件台5面上，两个m5螺母焊接在保护套上，并通过两个螺栓来调节k型热电偶的高度。

如图5所示，多工位可调节工作面板16上设有多工位连接螺孔，根据现有的冷却装置对有关参数进行了改进和调整，通过调整风机支撑板8两端固定螺栓在多工位可调节工作面板16上的位置，来改变轴流风机7的高度与角度，从而改变流经压铸工件17各表面的冷风速度和方向，设置有多种不同工况，轴流风机7的出风口距离工件高度可调范围为250mm～400mm，轴流风机7的倾斜角可调范围为0°～30°。针对不同的压铸工件17，可以选择冷却效果最好的工况进行强制风冷。

如图6所示，工件台5的骨架由方管焊接而成，桌面上打有通孔和螺纹孔用以安装定位杆9和检测温度仪，通过热电偶固定装置18与定位杆9的配合，形成了压铸工件17专用的工作台面。定位杆9通过三根定位杆将压铸工件17固定，从而严格的限制了压铸工件17在工件台面水平方向的自由度，同时加大了压铸工件17与冷却介质接触面积，保证了监测点的准确性，提高了冷却效率。

本发明中采用固定在工件下方的k型热电偶作为测温装置，也可以用热电阻温度传感器或红外热成像仪测温。本发明中通过在两块固定板上打对应的螺栓孔，风机支撑板固定在不同位置来调整高度和角度，改变风机姿态，还可以用通过一根固定在风机或风机支撑板上的轴，轴两侧使用伸缩杆支撑以调节高度，风机可以绕轴旋转调整角度。本发明中压铸工件通过三根定位杆固定在工件台上，还可以用气缸夹持、治具搁放或治具加夹具的方式固定。本发明中使用冷风机风管通到轴流风机上方的方式，将冷风带到工件表面，还可用其他制冷气的方式也可实现。

实验时使用控制变量法，针对不同的参数设置，观察不同工况对冷却效果的影响。通过安装在工件台上的热电偶测温装置，采集多个温度检测点的温度变化信息，导出温度-时间曲线进行比较，同等时间内所降温度最低、降至同等温度所用时间最少的工况即为最佳工况，在该压铸工件的生产线中选用最佳工况下的参数可以有效提高冷却效率。

通过冷却实验分析不同工况对冷却效果的影响，可变参数主要有风机倾斜角、风机高度和冷却介质，冷却效果通过温度降低效率来比较。使用控制变量法，先选定一种冷却介质如常温风，测试不同风机倾斜角和不同风机高度下风冷装置的冷却效果，再选中其中效果最佳的高度和倾斜角，测试该条件下另外两种冷却介质的冷却效果，通过对比得到对应该工件的最佳工况。

具体实验方式为：

设定好风冷装置参数后，将测试铝铸件用马弗炉加热到300℃，用控制箱将温度稳定在该值，然后取出压铸工件后固定在工作台上，打开风冷装置开始冷却，通过固定在实验桌上的k型热电偶实时监测压铸工件左、中、右三个位置上监测点的温度，在计算机中输出温度-时间曲线，记录实验结果，分析数据。

轴流风机口对着压铸工件正面进行冷却，压铸工件反面更难冷却，因此选择压铸工件的反面进行温度监测。对压铸工件表面温度进行检测时，根据压铸工件外形结构和仿真模拟结果可知分别位于工件左、中、右上的三个点最难冷却，因此选取了这三点作为温度监测点。

通过实验数据表明，对于铝合金压铸件，轴流风机高度为250mm、轴流风机的倾斜角为10°时冷却效果最佳，下面为该条件下三种不同冷却介质进行的冷却实验的实验结果。

(1)常温风冷却实验

工况：①环境温度35℃；②风机高度250mm；③风机倾斜角10°。

实验结果：如图7所示，三个监测点温度均由300℃降至40℃需要303s。

(2)冷风冷却实验

工况：①环境温度35℃；②风机高度250mm；③风机倾斜角10°；④冷风温度25℃。

实验结果：如图8所示，三个监测点温度由300℃均降至40℃需要280s。

(3)喷雾冷却实验

工况：①环境温度35℃；②风机高度250mm；③风机倾斜角10°。

实验结果：如图9所示，三个监测点温度由300℃降至40℃需要189s。

实验结果分析：

(1)由实验数据可知，工件初始温度为300℃、环境温度为35℃时，使用喷雾冷却效果最好，仅需189s即可将工件降温到所需温度40℃。

(2)当风机出风口距离工件高度为250mm、风机倾斜角为10°时，冷却效果最好。

(3)如图10所示，三种冷却介质的冷却速度依次为：常温风＜冷风＜喷雾。

(4)实际工况下，每个工件在冷却输送机上停留的时间约为300s，且本实验中设置的初始温度比实际工况中的工件初始温度更高，通过冷却实验证明使用本发明提供的冷风装置和冷却方法可以明显缩短冷却时间，提高冷却效率。