CN103008608A - 基于压铸机在线控制的增压调节装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压铸机在线控制的增压调节装置及方法，包括压射缸、增压缸、插装流量阀、压射器控制器和伺服电机，所述压射器控制器通过插装流量阀控制增压缸的增压压力，在压射缸内设有检测压力信号的压力传感器，所述压力传感器与压射器控制器的输入端连接，在压射缸上装有光栅尺，所述光栅尺与压射器控制器连接，所述插装流量阀与增压缸连接，所述压射器控制器与伺服电机电连接，所述伺服电机与插装流量阀传动连接；本发明能够在线控制压铸机的增压过程，使其压力在需要压力曲线范围内波动，可有效保证铸件获得紧密的组织结构和良好的机械性能，同时能满足复杂形状压铸件的成型，从而显著提高压铸的成品率。

Description

基于压铸机在线控制的增压调节装置及方法

技术领域

本发明涉及一种压铸机，特别是基于压铸机在线控制的增压调节装置及方法。

背景技术

压铸机的增压过程是保证铸件获得致密的组织结构和良好的机械性能的关键过程，如果增压时间过晚金属液完全凝固或增压压力不够，增压过程将失去作用；而如果金属尚未凝固就快速形成过大的增压压力，有可能导致液压冲击增大胀型力，形成锁模力不足而产生胀型或飞边现象，从而减弱增压效果，现有压铸机的增压压力控制由增压蓄能器回路和增压缸来完成，增压压力控制***一般由电液比例流量控制阀、压力传感器和控制器构成，在控制过程中通过调节比例电磁铁的电流大小改变流量控制阀的开度，控制流量大小从而及时调节增压压力，由于在实际工作过程中，由于负载、油温、供油压力波动等会对增压过程产生干扰，因此如何在线动态调节流量控制阀的开度，提高增压效果是本专利解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足而提供一种能够在线控制压铸机的增压过程，使其压力在需要压力曲线范围内波动，可有效保证铸件获得紧密的组织结构和良好的机械性能，同时能满足复杂形状压铸件的成型，从而显著提高压铸的成品率的基于压铸机在线控制的增压调节装置及方法。

为了实现上述目的，本发明所设计的基于压铸机在线控制的增压调节装置，包括压射缸、增压缸、插装流量阀、压射器控制器和伺服电机，所述压射器控制器通过插装流量阀控制增压缸的增压压力，在压射缸内设有检测压力信号的压力传感器，所述压力传感器与压射器控制器的输入端连接，在压射缸上装有光栅尺，所述光栅尺与压射器控制器连接，所述插装流量阀与增压缸连接，所述压射器控制器与伺服电机电连接，所述伺服电机与插装流量阀传动连接。

所述插装流量阀包括盖板、顶杆、阀芯和垫块，所述插装流量阀通过顶杆与增压缸连接，在伺服电机上设有调节螺杆，且所述伺服电机通过调节螺杆与顶杆连接，所述阀芯套于顶杆外，且阀芯一侧设有阀套，所述盖板与顶杆之间通过垫块固定连接。

所述伺服电机安装在盖板上。

在压射缸上设有座板，在座板上设有支板，所述光栅尺安装在支板上。

所述压射器控制器包括比较环节单元、D/A转换单元和伺服控制器单元，所述比较环节单元的输入端同时与压力传感器和光栅尺连接，所述比较环节单元的输出端与D/A转换单元的输入端连接，所述D/A转换单元的输出端与伺服控制器单元连接，伺服控制器单元与伺服电机电连接。

一种基于压铸机在线控制的增压调节方法，包括以下步骤：

(a)通过光栅尺检测压射缸压射完成后的压射冲头的位移信号从而给增压缸启动提供位置信号，并结合通过压力传感器检测压射缸压力信号从而获得每一时刻压射冲头距离、速度及增压压力三条曲线，并结合每次产品的成品状态得出良品的增压曲线；

(b)以计算得到的增压曲线为依据，当加工过程中如果压力测量值超过此增压曲线正负偏差5％就进行在线调节：此时通过光栅尺检测压射缸压射完成后的压射冲头的位移信号以及结合压力传感器给出的压力信号同时传输给压射器控制器，经过信号处理变化后传输给伺服控制器单元，伺服控制器单元发出指令实现伺服电机运转，并由压力传感器进行实时反馈，伺服电机就可直接驱动调节螺杆推动顶杆实时调节插装流量阀的开度大小，从而供给增压缸符合实时增压要求的液压动力油；通过由光栅尺提供的位移信号和压力传感器给出的压力信号同时控制增压启动，插装流量阀的开度是通过伺服电机来调节，从而实现增压启动、增压压力更加灵活可调，并且在多次运行过程中，根据实时的变化情况，在下一次的开启过程中自动调节阀口开度大小并可根据增压曲线在误差范围内波动，可有效消除铸件内部的缩孔和气孔，提高致密性，减少铸件外部的欠铸、冷隔及轮廓不清晰等质量问题，降低废品率。

本发明得到的基于压铸机在线控制的增压调节装置及方法，能够在线控制压铸机的增压过程，使其压力在需要压力曲线范围内波动，可有效保证铸件获得紧密的组织结构和良好的机械性能，同时能满足复杂形状压铸件的成型，从而显著提高压铸的成品率。

附图说明

图1是实施例1的结构原理图；

图2是实施例2的结构示意图；

图3是图2的局部放大图；

图4是实施例3的结构原理图；

图5是实施例4的结构原理图。

图中：压力传感器1、增压缸2、插装流量阀3、压射器控制器4、伺服电机5、光栅尺6、比较环节单元7、D/A转换单元8、伺服控制器单元9、盖板10、顶杆11、阀芯12、垫块13、阀套14、调节螺杆15、压射缸16、座板17、支板18。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

实施例1：

如图1所示，本发明提供的基于压铸机在线控制的增压调节装置，包括压射缸16、增压缸2、插装流量阀3、压射器控制器4和伺服电机5，所述压射器控制器4通过插装流量阀3控制增压缸2的增压压力，在压射缸16内设有检测压力信号的压力传感器1，所述压力传感器1与压射器控制器4的输入端连接，在压射缸16上装有光栅尺6，所述光栅尺6与压射器控制器4连接，所述插装流量阀3与增压缸2连接，所述压射器控制器4与伺服电机5电连接，所述伺服电机5与插装流量阀3传动连接。

实施例2：

如图2、如图3所示，本实施例的大致结构与实施例1一致，不同的是所述插装流量阀3包括盖板10、顶杆11、阀芯12和垫块13，所述插装流量阀3通过顶杆1与增压缸2连接，在伺服电机5上设有调节螺杆15，且所述伺服电机5通过调节螺杆15与顶杆11连接，所述阀芯12套于顶杆11外，且阀芯12一侧设有阀套14，所述盖板10与顶杆11之间通过垫块13固定连接；所述伺服电机5安装在盖板10上；

实施例3：

如图4所示，本实施例的大致结构与实施例2一致，不同的是在压射缸16上设有座板17，在座板17上设有支板18，所述光栅尺6安装在支板18上。

实施例4：

如图5所示，本实施例的大致结构与实施例2一致，不同的是在本实施例中作为优选方案设计，所述压射器控制器4包括比较环节单元7、D/A转换单元8和伺服控制器单元9，所述比较环节单元7的输入端同时与压力传感器1和光栅尺6连接，所述比较环节单元7的输出端与D/A转换单元8的输入端连接，所述D/A转换单元8的输出端与伺服控制器单元9连接，伺服控制器单元9与伺服电机5电连接。

在实际工作中，压铸机16在压射完成之后，合金液已经充满模具型腔，而压射头必须立即用较大的压力推挤模具型腔内尚未凝固的金属液，使己成型的铸件内部组织更致密，这就是增压过程，增压压力的大小由公式(1)确定。

$P_1=\frac{P_2(d_1^2-d_2^2)+P_3{d}_3^2}{d_4^2}$     ①

上述公式①中：

P1一作用于型腔内熔融金属的压力

P2一压射腔油压

P3一增压缸油压

d1一压射缸直径

d2一增压缸活塞杆直径

d3一增压缸直径

d4一冲头直径

在一般的压铸机16***中，增压压力控制一般由电液比例流量控制阀、压力传感器1和控制器构成，在控制过程中通过调节比例电磁铁的电流大小改变流量控制阀的开度，即增压缸的流量连续方程公式②所确定的x，就可调节增压压力。

$\frac{{\mathrm{dP}}_3}{\mathrm{dt}}=\frac{K}{V_a}[C_d{w}_{x}x\sqrt{\frac{2(P_f-P_3)}{\mathrm{\ρ}}}-\mathrm{Av}]$     ②

上述公式(2)式中：

K一油液弹性模量

Pf一蓄能器中油液压力

Cd一流量系数

wx一插装阀阀口开口增益

Pa一增压缸油压

ρ一油液密度

v一增压缸活塞的运动速度

Va一增压缸大腔容积

x一插装阀阀口开度

A一增压缸有效工作面积

一般计算好开度大小后，所输入的电流大小就确定，但是由于液压伺服***所受的干扰很多，如负载、油温、供油压力波动等会对***的输出产生影响，而一般的***无法改善***受干扰后的动态变化，此增压***的闭环传递函数为

${\mathrm{\φ}}_1\left(s\right)=\left(\frac{-1}{A^2+k_{l}B}\right)\frac{k_l+\frac{V}{K}s}{{\left(\frac{s}{{\mathrm{\ω}}_n}\right)}^2+2\frac{\mathrm{\ζ}}{{\mathrm{\ω}}_n}s+1}$     ③

上述公式③式中：

ωn-增压缸的无阻尼固有频率；

ζ-增压缸工作腔的阻尼比；

K1-增压缸工作腔的泄漏系数；

V-液压缸工作腔和进油管内油液体积；

B——粘性阻尼系数；

本实施例提供一种基于压铸机在线控制的增压调节方法，包括以下步骤：

(a)通过光栅尺6检测压射缸16压射完成后的压射冲头的位移信号从而给增压缸2启动提供位置信号，并结合通过压力传感器1检测压射缸16压力信号从而获得每一时刻压射冲头距离、速度及增压压力三条曲线，并结合每次产品的成品状态得出良品的增压曲线；

(b)以计算得到的增压曲线为依据，当加工过程中如果压力测量值超过此增压曲线正负偏差5％就进行在线调节：此时通过光栅尺6检测压射缸16压射完成后的压射冲头的位移信号以及结合压力传感器1给出的压力信号同时传输给压射器控制器4，经过信号处理变化后传输给伺服控制器单元9，伺服控制器单元9发出指令实现伺服电机5运转，并由压力传感器1进行实时反馈，伺服电机5就可直接驱动调节螺杆15推动顶杆15实时调节插装流量阀3的开度大小，从而供给增压缸2符合实时增压要求的液压动力油。

Claims (8)

1.一种基于压铸机在线控制的增压调节装置，其特征是：包括压射缸(16)、增压缸(2)、插装流量阀(3)、压射器控制器(4)和伺服电机(5)，所述压射器控制器(4)通过插装流量阀(3)控制增压缸(2)的增压压力，在压射缸(16)内设有检测压力信号的压力传感器(1)，所述压力传感器(1)与压射器控制器(4)的输入端连接，在压射缸(16)上装有光栅尺(6)，所述光栅尺(6)与压射器控制器(4)连接，所述插装流量阀(3)与增压缸(2)连接，所述压射器控制器(4)与伺服电机(5)电连接，所述伺服电机(5)与插装流量阀(3)传动连接。

2.根据权利要求1所述的基于压铸机在线控制的增压调节装置，其特征是：所述插装流量阀(3)包括盖板(10)、顶杆(11)、阀芯(12)和垫块(13)，所述插装流量阀(3)通过顶杆(11)与增压缸(2)连接，在伺服电机(5)上设有调节螺杆(15)，且所述伺服电机(5)通过调节螺杆(15)与顶杆(11)连接，所述阀芯(12)套于顶杆(11)外，且阀芯(12)一侧设有阀套(14)，所述盖板(10)与顶杆(11)之间通过垫块(13)固定连接。

3.根据权利要求1或2所述的基于压铸机在线控制的增压调节装置，其特征是：所述伺服电机(5)安装在盖板(10)上。

4.根据权利要求1或2所述的基于压铸机在线控制的增压调节装置，其特征是：在压射缸(16)上设有座板(17)，在座板(17)上设有支板(18)，所述光栅尺(6)安装在支板(18)上。

5.根据权利要求1或2所述的基于压铸机在线控制的增压调节装置，其特征是：所述压射器控制器(4)包括比较环节单元(7)、D/A转换单元(8)和伺服控制器单元(9)，所述比较环节单元(7)的输入端同时与压力传感器(1)和光栅尺(6)连接，所述比较环节单元(7)的输出端与D/A转换单元(8)的输入端连接，所述D/A转换单元(8)的输出端与伺服控制器单元(9)连接，伺服控制器单元(9)与伺服电机(5)电连接。

6.根据权利要求3所述的基于压铸机在线控制的增压调节装置，其特征是：所述压射器控制器(4)包括比较环节单元(7)、D/A转换单元(8)和伺服控制器单元(9)，所述比较环节单元(7)的输入端同时与压力传感器(1)和光栅尺(6)连接，所述比较环节单元(7)的输出端与D/A转换单元(8)的输入端连接，所述D/A转换单元(8)的输出端与伺服控制器单元(9)连接，伺服控制器单元(9)与伺服电机(5)电连接。

7.根据权利要求4所述的基于压铸机在线控制的增压调节装置，其特征是：所述压射器控制器(4)包括比较环节单元(7)、D/A转换单元(8)和伺服控制器单元(9)，所述比较环节单元(7)的输入端同时与压力传感器(1)和光栅尺(6)连接，所述比较环节单元(7)的输出端与D/A转换单元(8)的输入端连接，所述D/A转换单元(8)的输出端与伺服控制器单元(9)连接，伺服控制器单元(9)与伺服电机(5)电连接。

8.一种基于压铸机在线控制的增压调节方法，其特征是：包括以下步骤：

(a)通过光栅尺(6)检测压射缸(16)压射完成后的压射冲头的位移信号从而给增压缸(2)启动提供位置信号，并结合通过压力传感器(1)检测压射缸(16)压力信号从而获得每一时刻压射冲头距离、速度及增压压力三条曲线，并结合每次产品的成品状态得出良品的增压曲线；

(b)以计算得到的增压曲线为依据，当加工过程中如果压力测量值超过此增压曲线正负偏差5％就进行在线调节：此时通过光栅尺(6)检测压射缸(16)压射完成后的压射冲头的位移信号以及结合压力传感器(1)给出的压力信号同时传输给压射器控制器(4)，经过信号处理变化后传输给伺服控制器单元(9)，伺服控制器单元(9)发出指令实现伺服电机(5)运转，并由压力传感器(1)进行实时反馈，伺服电机(5)就可直接驱动调节螺杆(15)推动顶杆(15)实时调节插装流量阀(3)的开度大小，从而供给增压缸(2)符合实时增压要求的液压动力油。

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