CN101524747B - 伺服控制半固态镁合金高速注射成型机 - Google Patents

Abstract

一种伺服控制半固态镁合金高速注射成型机，包括锁模机构、注射机构、液压机构、电气机构和机架，其注射机构中的注射油缸设置有空心浮动活塞，加料***中配置有能够形成半固态镁合金组织形态的送料螺杆组件；液压机构包括插装阀和高响应蓄能器，高速注射速度控制***在注射油缸出油侧设置高频响伺服阀，注射油缸进油侧和出油侧设置二个压力传感器PS1和PS2，实时检测***压力；电气机构中设置有高速CPU模块控制高速注射速度，实时闭环控制。本发明结构紧凑、制造成本低、体积小能耗低、控制精度高、调试容易、可高速注射，并且能够对注射速度、保压压力以及塑化背压进行闭环控制。

Description

伺服控制半固态镁合金高速注射成型机

技术领域

本发明涉及一种注射成型机，特别是一种伺服控制半固态镁合金高速注射成型机，属于金属合金材料热成型加工技术及设备领域。

背景技术

在镁合金材料生产应用中，技术成熟度高的热室和冷室压铸在各种镁合金成型技术中所占比例最大。镁合金压铸需要极高的压射速度，因而在模具内不可避免地会有金属液紊流及卷气现象发生，造成工件内部和表面产生孔洞缺陷，致使产品强度低、无法热处理、气密性差，另外还导致模具设计困难、良品率难以控制；其次，熔化镁合金还涉及到安全和环保等一系列问题。因此，压铸镁合金产品虽然具有尺寸稳定性好、生产率高、压铸型和工具寿命长等优点，但也存在夹杂多、气孔多、成型后难热处理、尺寸近净成型差等制约镁合金产品进一步扩大应用的问题。因此对于表面质量及机械性能要求高的铸件，采用压铸法生产的镁合金产品无法满足工业要求。

触变注射成型技术(Thixomolding)是目前唯一用于镁合金工业生产的半固态成型技术。该技术于1992年开始商业应用，专利权由美国Thixomat公司持有，截至目前，该公司仅授权日本的JSW公司和加拿大的HUSKY公司生产镁合金触变注射成型设备。由于设备的整体价格较高，加之高昂的专利许可费用，故与压铸产品相比，生产成本要高出几倍甚至十几倍，虽然触变注射成型产品的表面质量及机械性能较高，产品的整体竞争能力仍然较弱。

我国尚无生产镁合金半固态注射成型设备的厂家。近些年，我国在半固态铸造领域虽然也开展了较为广泛的研究，但在半固态成型技术产业化应用领域仍是空白，研究工作也刚刚起步。

中国专利文献号CN1817512于2006年8月16日公开了一种金属成型技术中金属半固态浆料制备方法和装置。其目的在于提供一种可以降低原材料成本，提高成品率及产品质量的镁合金半固态注射成型方法和装置。注射成型的方法包括金属粉末进行混合；气体保护；定量供给；在集注射、搅拌、输送功能为一体的金属套筒装置内将金属粉末转变为固液混合状态；半固态注射成型。注射成型装置由金属粉末混合装置和注射机两部分组成，金属粉末混合装置由金属粉末搅拌容器和金属粉末存储容器组成；注射机包括一集注射、搅拌、输送功能为一体的金属套筒装置，它由套筒和内部的螺旋输送杆组成，套筒的***装有可对套筒的不同部位进行温度控制的冷却器和加热器。但它存在以下不足：

1、没有高速注射的机构和控制***。实施镁合金半固态注射成型加工的注射机构和注射速度控制***应满足半固态材料注射充型的要求，具备相应的结构和高速注射控制***。

2、注射机构未设止逆阀。实施镁合金半固态注射成型加工的注射机构应具有封闭良好的止逆阀，才能保证制品的尺寸稳定性和精度要求。

因此，有必要进一步改进和完善。

发明内容

本发明的目的旨在提供一种结构合理紧凑、制造成本低、体积小能耗低、控制精度高、调试容易、可高速注射，并且能够对注射速度、保压压力以及塑化背压进行闭环控制的伺服控制半固态镁合金注射成型机，以填补国内半固态镁合金注射成型机的空白。

按此目的设计的一种伺服控制半固态镁合金高速注射成型机，包括锁模机构、注射机构、液压机构、电气机构和机架，其结构特征是注射机构中的注射油缸设置有空心浮动活塞，加料***中配置有能够形成半固态镁合金组织形态的送料螺杆组件；液压机构包括插装阀和高响应蓄能器，高速注射速度控制***在注射油缸出油侧设置高频响伺服阀，注射油缸进油侧和出油侧设置二个压力传感器PS1和PS2，实时检测***压力；电气机构中设置有高速CPU模块控制高速注射速度，实时闭环控制；

所述液压机构的高响应蓄能器的高压氮气侧连接有氮气储气瓶，高响应蓄能器的出油侧和注射油缸进油侧之间设置有插装阀，在注射油缸出油侧设置有高频响伺服阀进行出油伺服控制，两个压力传感器PS1和PS2分别连接注射油缸的进油侧和出油侧，实时检测***压力，最高注射速度达到3.8m/s；

所述高响应蓄能器和氮气储气瓶组合控制的输出液压油压力在120-130Bar之间；高频响伺服阀的主阀芯位移仅为6mm，阶跃响应0-100％小于15ms；进油控制回路和回油控制回路流道设计集成于油路板内，无外接液压管路。

所述的注射油缸内一端设置有空心浮动活塞，另一端固定有定位套筒，空心浮动活塞的开口端***定位套筒外壁和缸体内壁之间密封配合；空心浮动活塞内外壁设置有低摩擦组合油封。

所述的空心浮动活塞为轻质薄壁活塞，空心浮动活塞的中段与注射油缸内壁之间设置有第一低摩擦组合油封，空心浮动活塞的开口端与定位套筒之间设置有第二低摩擦组合油封；空心浮动活塞通过推力轴承与连接座相连接。

所述的注射机构设置有自动调节的双阶注射位置和旋转部件，能够根据工艺和模具的不同要求调节两种不同的注射机构位置；旋转部件配置有液压油缸驱动。

所述的送料螺杆设置在料筒之中，送料螺杆与注射组件之间设置止逆阀，止逆阀一端与注射组件相通，另一端与送料螺杆相连，通过原料介质的压力传递来实现密封。

所述止逆阀中段设置有止逆套，止逆套内壁设置有轴向通道，轴向通道一端与注射组件相通，另一端与送料螺杆末端外径连通；止逆套壁上还设置有一个以上的径向通孔，径向通孔内侧与轴向通道相通，外侧设置有周向槽，槽中设有活塞环；活塞环为便于拆换的开口环或分段环。

所述送料螺杆的长径比为24∶1；压缩比值为1.45；且为两段式设计，通过螺纹或插销连为一体；料筒为不同材质的内套外套复合而成，且内套的耐温为570-650℃。

所述的电气机构中设置有独立高速CPU模块实施高速注射速度控制，并采用实时闭环控制算法。

本发明结构紧凑、制造成本低、体积小能耗低、控制精度高、调试容易、可高速注射，并且能够对注射速度、保压压力以及塑化背压进行闭环控制。

附图说明

图1为本发明一注射机构的结构示意图。

图2为图1中的局部放大结构示意图。

图3为本发明一螺杆组件的结构示意图。

图4为图3中止逆阀的放大结构示意图。

图5本发明液压机构高速注射速度控制液压原理图。

图6为本发明电气部分原理框图。

具体实施方式

下面结合附图及实施方式对本发明进一步描述。

参见图1-图4，本伺服控制半固态镁合金注射成型机，注射油缸1中设置有空心浮动活塞3，空心浮动活塞3与缸体内壁之间设置有第一低摩擦组合油封2，空心浮动活塞3与定位套筒6之间设置有第二低摩擦组合油封5。注射油缸1的进油腔和出油腔与注射油控制板4直接连接。机器工作时，空心浮动活塞3可通过连接座7带动送料螺杆8做往复直线运动。加料***中配置有能够形成半固态镁合金组织形态的送料螺杆8组件。根据镁合金固态呈屑状原料与半固态形态体积变化特性及镁合金螺旋输送特性，结合镁合金加热熔融特性而专门设计的送料螺杆8，其长径比为24∶1，压缩比为1.45，采用两段式设计。注射组件10与送料螺杆8之间设置有止逆阀11，止逆阀中段设置有止逆套11.1，止逆套内壁设置有轴向通道11.2，轴向通道一端与注射组件10相通，另一端与送料螺杆8末端外径连通；止逆套壁上还设置有一个以上的径向通孔11.3，径向通孔内侧与轴向通道相通，外侧设置有周向槽，槽中设置有活塞环12。机器注射时，镁合金组织的压力通过轴向通道11.2和径向通孔11.3传到活塞环12上，使活塞环向外膨胀更好的贴紧料筒从而实现更好的密封作用。同时活塞环采用专用合金制造，活塞环12采用开口设计，便于更换。

参见图5，液压机构包括高频响伺服阀16和高响应蓄能器13组成，高响应蓄能器13高压氮气一侧连接有氮气储气罐14，提供注射所需的压力稳定的压力油；高响应蓄能器13的出油侧和注射油缸1进油侧之间设置有插装阀15，高频响伺服阀16设置在注射油缸1出油侧，在电气指令控制下实施注射过程中的注射速度闭环控制，可实现注射速度的高速精确控制。本发明的注射速度响应时间在15ms以内，即15ms内注射速度可以从0上升到3.8m/s，也可以从3.8m/s下降到0。

参见图6，为本发明电气部分原理框图。注射控制部分主要由主控制器，伺服控制卡，压力传感器和位置传感器组成。其工作原理是：电脑给定的压力和速度信号，输入到伺服控制卡以后，经过压力补偿和限制以后，再经PID调整，输出到伺服阀放大电路，通过推动先导阀芯，控制主阀芯移动。当油缸移动以后，位置和压力传感器信号，及时反馈到伺服控制卡的信号输入端，与设定的速度和压力信号进行比较，经过比较后的信号，再经伺服控制卡内专门的算法电路进行处理，推动伺服阀芯，及时地跟踪和修正油缸运动的状态，以达到精、准控制的目的。由于伺服控制卡的主频是50MHz，输入和输出的分辨率都是16Bit，这就保证了运动控制过程反馈的高精确度和灵敏性，响应的快速和高时效性。

Claims (7)

1.一种伺服控制半固态镁合金高速注射成型机，包括锁模机构、注射机构、液压机构、电气机构、加料***、高速注射速度控制***和机架，其特征是注射机构中的注射油缸(1)设置有空心浮动活塞(3)，加料***中配置有能够形成半固态镁合金组织形态的送料螺杆(8)组件；液压机构包括插装阀(15)和高响应蓄能器(13)，高速注射速度控制***在注射油缸出油侧设置高频响伺服阀(16)，注射油缸进油侧和出油侧设置二个压力传感器PS1和PS2，实时检测***压力；电气机构中设置有高速CPU模块控制高速注射速度，实时闭环控制；

所述液压机构的高响应蓄能器(13)的高压氮气侧连接有氮气储气瓶(14)，高响应蓄能器的出油侧和注射油缸(1)进油侧之间设置有所述插装阀(15)，在注射油缸出油侧设置有所述高频响伺服阀(16)进行出油伺服控制，两个压力传感器PS1和PS2分别连接注射油缸的进油侧和出油侧，实时检测***压力，最高注射速度达到3.8m/s；

所述高响应蓄能器(13)和氮气储气瓶(14)组合控制的输出液压油压力在120-130Bar之间；高频响伺服阀(16)的主阀芯位移仅为6mm，阶跃响应0-100％小于15ms；进油控制回路和回油控制回路流道设计集成于油路板内，无外接液压管路。

2.根据权利要求1所述伺服控制半固态镁合金高速注射成型机，其特征是所述的注射油缸(1)内一端设置有空心浮动活塞(3)，另一端固定有定位套筒(6)，空心浮动活塞的开口端***定位套筒外壁和缸体内壁之间并密封配合；空心浮动活塞内外壁设置有低摩擦组合油封。

3.根据权利要求1或2所述伺服控制半固态镁合金高速注射成型机，其特征是所述的空心浮动活塞(3)为轻质薄壁活塞，空心浮动活塞的中段与注射油缸(1)内壁之间设置有第一低摩擦组合油封(2)，空心浮动活塞的开口端与定位套筒(6)之间设置有第二低摩擦组合油封(5)；空心浮动活塞(3)通过推力轴承与连接座(7)相连接。 

4.根据权利要求3所述的伺服控制半固态镁合金高速注射成型机，其特征是所述的送料螺杆(8)设置在料筒(9)之中，送料螺杆与注射组件(10)之间设置止逆阀(11)，止逆阀一端与注射组件相通，另一端与送料螺杆相连，通过原料介质的压力传递来实现密封。

5.根据权利要求4所述的伺服控制半固态镁合金高速注射成型机，其特征是所述止逆阀(11)中段设置有止逆套(11.1)，止逆套内壁设置有轴向通道(11.2)，轴向通道一端与注射组件(10)相通，另一端与送料螺杆(8)末端外径连通；止逆套壁上还设置有一个以上的径向通孔(11.3)，径向通孔内侧与轴向通道相通，外侧设置有周向槽，槽中设置有活塞环(12)；活塞环为便于拆换的开口环或分段环。

6.根据权利要求5所述的伺服控制半固态镁合金高速注射成型机，其特征是所述送料螺杆(8)的长径比为24∶1；压缩比值为1.45；且为两段式设计，通过螺纹或插销连为一体；料筒(9)为不同材质的内套外套复合而成，且内套的耐温为570-650℃。

7.根据权利要求6所述的伺服控制半固态镁合金高速注射成型机，其特征是所述的电气机构中设置有独立高速CPU模块实施高速注射速度控制，并采用实时闭环控制算法。 

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