15经改良减重的自动扶梯1000型铝合金压铸梯级的研发与应用

第1页共8页经改良减重的自动扶梯1000型铝合金压铸梯级的研究与应用严卓荣容景斌高要鸿泰精密压铸有限公司关键词：改良减重自动扶梯1000mm型铝合金压铸梯级摘要：在保证自动扶梯铝合金压铸梯级品质和安全使用的原则上，通过对15千克重的1000mm重量型铝合金压铸梯级的自身重量进行合理的改良减重，使其减重至12千克重，达到节约铝合金材料和降低生产制造成本，为客户增值以及使客户增强和提升直接的市场竞争力的目的。改良减重后的1000mm型铝合金压铸梯级己达到性能安全、自重轻巧、刚性强、弹性变形小、噪音低、耐腐蚀性强、装拆维护方便、制造成本和耗能低、价廉物美、经济实惠。TheResearchandApplicationforTheMelioratedLight-Weight1000mmAl.AlloyDieCastingStepforEscalatorsYanZhuorong,RongjingbinGaoyaoHongtaiPrecisionDieCastingCo.,Ltd.Abstract:Basedonthequalityandsaftyuseofthe1000mmAl.alloydiecastingsteps,wemelioratedthestepfrom15kgto12kgtoachievetheresultforsavingthematerialcostandproductioncost,increasingthevalueforthecustomer,andraisingcustomer'smarketcompetitionability.Themelioratedstepshastheadvantageforsafty,lightweight,lessdistortion,anti-corrupt,easyassembly,lowcostandlossrate,withthegoodqualityandlowprice.KeyWords:Melioration,loseweight,Escalator,1000mmtype,Al.alloyDiecasting,Step.1概述自动扶梯是电梯产品的分类。属于开放式连续自动输送人流的运输工具之一，广泛应用于机场、地铁、超市商场、写字楼、车站、码头等人流密集的场所。铝合金压铸梯级是组成自动扶梯的关健零部件之一，它与扶梯桁架、梯路导轨、上下驱动、牵引第2页共8页链条、扶手带、电控装备等组合成一台自动扶梯。一台质优价廉的自动扶梯，很大程度上取决于梯级结构的设计制造是否合理，重量是否适当合理，对铝合金压铸梯级设计制造最基本的要求是：安全、自重轻巧、刚性强、弹性变形小、噪音低、耐腐蚀性强、装拆维护方便、制造成本以及能耗低、价廉物美、经济实惠。2改良减重1000mm型铝合金压铸梯级的愿景2.11000mm型铝合金压铸梯级生产现状随着社会的发展，人类已强烈地意识到保护环境，减排降耗，节约紧缺资源的重要性和紧迫性，铝在中国而言属紧缺资源之一。铝合金压铸梯级在自动扶梯上配置需求量非常大，2007年全球需求自动扶梯约4万台，按每台扶梯平均配置60个梯级计算，总需求梯级量为240万个，目前在全球市场上配置的梯级有铝合金压铸梯级和不锈钢（或称不锈铁）分体梯级，两种梯级在市场上的年平均各需求量约120万个［1］。按每个1000mm重量型铝合金压铸梯级的平均重量15千克计算，年耗铝合金1.8万吨；而铝合金压铸梯级最大的特征是体积大，铸件重、宽度长，壁薄，压铸成型难。在二十世纪八、九十年代，因受高科技模拟软件开发未到位的制约以及受压铸工艺技术和大型压铸模具设计制造的直接影响，使设计制造的铝合金压铸梯级的安全保险系数很大，造成每个1000mm型的梯级重量一般都在15千克以上，从节约铝资源角度上讲，这是一个非常大的浪费，为此，我们在2005年10月立项改良减重1000mm重型铝合金压铸梯级。愿景是：在保证铝合金压铸梯级品质和安全使用的原则上，通过对15千克重的1000mm重量型铝合金压铸梯级的自身重量进行合理的改良减重，达到节约铝合金材料和降低制造成本，为客户增值以及使客户增强和提升直接的市场竞争力的目的。2.2自动扶梯的市场现状分析目前国内、外自动扶梯的市场竞争非常激烈，世界上所有知名的电梯公司都在中国要么建立自动扶梯工厂和研发中心，要么设立全球采购中心，国内外自动扶梯的市场竞争激烈，造成自动扶梯的销售价格不断下降，而自动扶梯产品及其所配置的各种零部件的品质要求却越来越苛刻，铝合金压铸梯级的价格占去自动扶梯售价的20～25%左右，自动扶梯制造公司要保持一定的利润增长率，将降价成本分解到各个零部件供应商身上，每年都要求梯级供应商的供货价格随着订单量的增加成比例地下降加工费用5～10%。为此，我们为市场客户的需要所想，迫切地立项将1000mm重型铝合金压铸梯级进行改良减重，研究将每个1000mm重型梯级的重量合理地从15千克减少至12±0.2千克，净减重3±0.2千克的铝合金材料（牌号：AlSi12）。这意味着每个1000mm型梯级可节约铝合金材料成本约64元［2］（2007年国内平均铝合金材料价格约20元/千克），常用自动扶梯的标准梯路为每台配置梯级55～60个，即每第3页共8页台自动扶梯可节约梯级的铝合金材料成本3520～3840元，若按某个电梯制造公司年平均生产销售自动扶梯2000台来计算，每年可节约采购铝合金梯级的成本704～768万元，则每年可节约铝资源352～384吨，为电梯制造公司本身创造了利润空间，从而达到降低制造成本，提高企业市场竞争力和供需双方以及使用客户均可获得利润的三赢目的。3改良减重1000mm型铝合金压铸梯级的技术特征改良减重1000mm型铝合金压铸梯级的构想，必须满足国家标准GB16899-1997的《电梯型式试验规则》、《自动扶梯梯级和自动人行道踏板型式试验细则》和欧洲EN115：1995的标准，只有符合以上两个标准才有意义或叫改良减重成功，否则是不成功的。为此，我们根据市场上客户的需要和原来1000mm重量型铝合金压铸梯级的图纸和实物进行反复的研究和做模拟受力破断试验分析论证，对改良减重1000mm型铝合金压铸梯级拟定以下的几何尺寸和技术特征：①铝梯级宽度尺寸：1011mm；②铝梯级深度尺寸：411mm；③铝梯级的技术要点：踏面平面度≤1.2mm；踢面的直线度≤0.8mm；踏面的齿条相对于中心齿的平行度≤0.5mm；④将铝梯级踏面和踢面的壁厚由原来的2.5+0.50mm减少至2+0.30mm；⑤铝梯级质量的拟定：将原来每个1000mm重量型梯级15.0千克减重至12±0.2千克，每个梯级净减少铝合金重量3±0.2千克，使其成为轻量型铝合金压铸梯级；⑥梯级为整体压铸，一模一产品。4改良减重1000mm型铝合金压铸梯级的论证（1）由于自动扶梯的梯级为安全部件，必须满足国家标准GB16899-1997的《电梯型式试验规则》、《自动扶梯梯级和自动人行道踏板型式试验细则》和欧洲EN115：1995标准的规定，梯级在做静载试验和动载试验后，在梯级踏面所测得的挠度和变形尺寸，不应大于4mm，且应无永久变形和断裂。（2）根据我们多年对铝合金压铸梯级体积大、铸件重、壁薄、宽度长的压铸工艺技术成熟和工作经验，结合对铝合金压铸梯级3D图形采用高新技术软件的模拟受力破断试验的理论分析，提出对15千克的重量型1000mm铝合金压铸梯级的减重方案如下：①取消原15千克的重量型梯级踏面的一条主加强筋，见图1。图1（a）为15千克的重量型梯级踏面为二条主加强筋，图1（b）为12±0.2千克经改良减重后的轻量型梯级踏面为一条主加强筋；同时将留下的一条主加强筋与梯级左右三角支架连接处（左右二个方向第4页共8页的连接处）由直线连接改为斜线连接，加强筋厚度的小端尺寸由3.5mm减少至3mm。（a）原15千克重量型梯级二条加强筋结构图（b）减重至12±0.2千克轻型梯级一条加强筋结构图图1梯级踏面加强筋的改动②为了保证压铸生产时充型和受力平衡，将梯级踏面底部的横向加强筋由5条改为6条；将梯级踏面底部的纵向加强筋2条全取消；将梯级底部踏面与踢面内连接的R角由R80mm减至R50mm，同时取消各内连接筋条的斜度。见图2（a）和（b）。（a）原15千克重量型梯级底部加强筋分布图（b）减重至12±0.2千克轻型梯级底部加强筋分布图图2梯极踏面底部加强筋的改动③将梯级踢面底部原为平面结构改为对应梯级踢面齿条的凹凸形状。见图3（a）和（b）。（a）原15千克重量型梯级踢面底部的平面结构图（b）减重至12±0.2千克轻型梯级踢面底部结构图第5页共8页图3梯极踢面底部平面结构改动④将原来重量型梯级踏面和踢面的壁厚由2.5+0.50mm减少至2+0.30mm。如图4所示。图4原重量型梯级踏面和踢面的壁厚为2.5+0.50mm的图示（3）根据上述对梯级减重四个方案的论证，将原每个15千克的重量型梯级图纸设计制作为每个12±0.2千克的轻型梯级的3D模型,在试验室通过软件进行模拟受力分析，以判定是否符合梯级必须通过静载试验和动载试验的最大挠度和变形量的技术要求。试验结果表明：最大变形量为0.172mm。图5和图6为梯级模拟受力破断分析云图。图5自动扶梯改良减重的1000mm型铝合金压铸梯级模拟受力分析云图第6页共8页图6自动扶梯改良减重的1000mm型铝合金压铸梯级模拟受力分析云图5压铸生产工艺参数的设定以及工艺流程（1）因为要改良减重的1000mm型铝合金压铸梯级体积大、铸件重、宽度长、壁薄、压铸充型结构复杂和铝液填充距离长，故此，使压铸时铝液因填充时间长而造成梯级成形不良，如明显的气孔、冷隔、裂纹、欠铸和肉眼看不到的皮下气孔都会出现，并且压铸模具的体积很大，质量很重，约36吨。所以，在设计制造该压铸模具时，模具内除备有冷却水的循环系统外，还必须备有油路循环保温系统，配置进口的模温机，通过模具的油温控制系统来准确控制模具内的整体温度，在压铸生产中，模温机通过油温必须将模具温度控制在190～230℃之间，模具油温加热的保温循环系统对铝合金压铸梯级的各项公差尺寸、变形度、成型好坏起到很重要的作用。（2）梯级铸件质量12±0.2千克。（3）梯级铸件的外形尺寸：宽度1011mm×深度411mm×高度318mm。（4）梯级铸件壁厚尺寸：2.0～2.3mm。（5）梯级压铸适应在压室直径为150mm，射料最大位置为1050mm的进口特大型卧式冷室压铸机，其锁模力为2500T或3000T生产。（6）采用牌号GD-AlSi12的铝合金材料生产压铸梯级。（7）梯级压铸周期时间：180s±10%。第7页共8页（8）压铸工艺参数：（1）低速压射：0.21m/s；（2）高速压射：4.1m/s；（3）高速距离：460mm；（4）增压比压：250MPa；（5）增压距离：540mm；（6）充型持压时间：25s；（7）浇注铝液温度：650℃±10℃；（8）模具温度：190～230℃。（9）针对自动扶梯1000mm型铝合金压铸梯级自身体积大、铸件重、深度长、壁薄的特性，经过多次论证和试验，特设计制定如下压铸生产的工艺流程：进仓检验检验设定工艺参数铝合金原材料───→熔炼──→压铸───→除掉压铸件浇口──→外观全检──→除毛刺──→校正矫形──→铣浇口──→机加工镗主轴孔──→表面喷砂──→超声波清洗─→烘干──→喷涂(黑或银灰色)聚脂粉末涂料─→烘干固化──→喷黄色警戒线或装黄色塑料边框以及副轮──→梯级最终全检─→木托盘PE膜缠绕包装──→梯级进仓──→出货。6结语（1）在公司内对改良减重的1000mm型铝合金压铸梯级做静载试验和动载试验，试验结果符合国家标准GB16899-1997后，再将梯级样件送到中国国家电梯质量监督检验中心进行检验。国家权威检验机构的检验结果表明（2006年特种设备型式试验报告，报告编号：T3-B38-06-036）：静载试验时，梯级最大挠度尺寸为0.28mm，无永久变形；动载试验时，梯级无损坏，永久变形尺寸为0.1mm。二项