CN105170938A - 一种真空压铸辅助成型系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空压铸辅助成型系统，包括压室和型腔、连接在压室和型腔之间的真空阀和气路真空系统及控制所述气路真空系统的电气真空系统，电气真空系统设置有第一压力变送器、第二压力变送器及依次串接的真空泵、真空罐、分流芯片和气动三联件，第一压力变送器、第二压力变送器及依次串接的真空泵、真空罐、分流芯片和气动三联件通过不同的开关实现相互之间的导通和断开，从而使该真空压铸辅助成型系统具有两种不同的工作模式，即普通压铸和真空压铸，以避免金属液堵塞真空阀，也有助于改善产品质量，提高生产效率。

Description

一种真空压铸辅助成型系统

技术领域

本发明涉及一种真空压铸辅助成型系统，尤其涉及一种利用真空压铸技术的成型系统。

背景技术

伴随着全世界能源供应越来越紧张，并且全球温室效应的气体排放日益严重，再加上诸如汽车制造业的竞争越来越激烈的现状，“低能低排低成本”的汽车先进制造技术便成为了汽车制造行业的一个可持续发展趋势。而将轿车轻量化处理便是一种非常有效的节能减排的方法。在这个发展过程中，现阶段的措施主要利用了铝合金来代替以往铁或着钢等材料，如德国轿车型号AUDI--A8的全铝合金制造的车身。

随着技术水平的日益发展，日本和德国等国家在制造高强韧铝合金的成型技术方面都有相当大的发展，能制造出具有壁薄质量轻、形状复杂、高强度高韧性等优点的零件。压铸是成型铝合金铸件的主要方法之一，在汽车零部件生产中占有相当大的比例。但是传统压铸方法所制造出的压铸件内部气孔多，无法焊接或热处理等原因，目前最先进的技术为采用真空压铸，真空压铸的原理是抽走或者抽走模具型腔里其中一部分的的气体，使得减小型腔中的气压，从而让冲型和合金熔体中气体更容易排出，于是在压力作用下熔融铝液充满型腔，并在压强作用下凝固而得到压铸件结构致密的一种成型工艺。但目前的真空压铸普遍存在如下问题，在模具调试、慢压射和非正常生产时，由于现有的真空压铸辅助成型系统采用真空压铸，所以，导致了金属液堵塞真空阀的问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种具有两种不同的工作模式，避免金属液堵塞真空阀，也有助于改善产品质量，提高生产效率的真空压铸辅助成型系统。

本发明的一种真空压铸辅助成型系统，包括压室和型腔、连接在压室和型腔之间的真空阀和气路真空系统及控制所述气路真空系统的电气真空系统，所述气路真空系统包括第一压力变送器、第二压力变送器及依次串接的真空泵、真空罐、分流芯片和气动三联件，所述真空罐的出口端连接所述第二压力变送器，所述分流芯片具有进口、P端出口、M端出口和S端出口，所述分流芯片的进口与真空罐连接，所述气动三联件分别连接至分流芯片的P端出口、M端出口、S端出口，所述分流芯片的M端出口还连接至第一压力变送器，所述分流芯片的进口与真空罐之间设有使两者导通或者断开的第一开关装置，所述气动三联件与分流芯片的P端出口之间设有使两者导通或者断开的第二开关装置，所述气动三联件与分流芯片的M端出口之间设有使两者导通或者断开的第三开关装置，所述气动三联件与分流芯片的S端出口之间设有使两者导通或者断开的第四开关装置，所述分流芯片的M端出口与第二压力变送器之间设有使两者导通或者断开的第五开关装置。

进一步的，所述分流芯片的P端出口与气动三联件之间还串接有调压阀。

进一步的，所述第一开关装置、第二开关装置、第三开关装置、第四开关装置和第五开关装置均为电磁阀。

进一步的，所述气动三联件包括串接的油雾器、减压阀和过滤器。

进一步的，所述气路真空系统还包括设置在所述分流芯片的进口上的第一过滤器。

进一步的，所述电气真空系统包括控制器、与所述控制器信号连接的A/D转换模块、与所述A/D转换模块信号连接的压力传感器，所述压力传感器检测真空阀、真空罐的数值，所述A/D转换模块接收真空阀、真空罐的数值并转换成数字信号发送至控制器，所述控制器根据A/D转换模块所发送的数字信号及压铸信号控制真空泵、第一开关装置、第二开关装置、第三开关装置、第四开关装置和第五开关装置。

进一步的，所述电气真空系统还包括与所述控制器信号连接的触摸屏。

进一步的，所述真空阀包括第一阀块、相对设置在所述第一阀块两侧的补偿器和第二阀块，所述第一阀块与第二阀块之间通过启动气缸连接，所述第一阀块和第二阀块之间还连接有从动气缸，所述启动气缸具有启动活塞，所述从动气缸具有从动活塞，所述启动活塞与从动活塞通过圆盘联接。

进一步的，所述第一阀块和第二阀块之间还连接有伺服气缸，所述伺服气缸具有固定在所述圆盘上的伺服活塞。

进一步的，所述补偿器背向所述第一阀块的一侧开设有凹腔，所述凹腔内设置有补偿器缓冲盘和补偿导向盘，且所述补偿导向盘位于所述补偿器缓冲盘的外侧，所述补偿器缓冲盘与补偿导向盘之间通过螺栓连接，所述补偿器缓冲盘和补偿导向盘之间夹持有第一碟簧，所述第一阀块和第二阀块之间通过预紧栓连接，所述第二阀块内设置有碟簧槽，所述碟簧槽内设置有碟簧，所述预紧栓的一端抵压碟簧。

本发明的有益效果如下：由于本发明的真空压铸辅助成型系统的气路真空系统设置有第一压力变送器、第二压力变送器及依次串接的真空泵、真空罐、分流芯片和气动三联件，且上述部件连接中通过各开关实现相互之间的导通和断开，从而使该真空压铸辅助成型系统具有两种不同的工作模式，即普通压铸和真空压铸，以避免金属液堵塞真空阀，也有助于改善产品质量，提高生产效率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明所示的真空压铸辅助成型系统的结构示意图；

图2、图3和图4是用于本发明的真空压铸辅助成型系统的气路真空系统在不同工作状态时的原理图；

图5是用于本发的真空压铸辅助成型系统的电气真空系统的原理图；

图6是用于本发明的真空压铸辅助成型系统的真空阀的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

请参见图1和图2，本发明一较佳实施例所述的一种真空压铸辅助成型系统包括壳体10、设置在所述壳体10内的压室(未图示)和型腔(未图示)、连接在压室和型腔之间的真空阀(未图示)和气路真空系统20及控制所述气路真空系统20的电气真空系统。所述壳体10设置有第一控制箱30和第二控制箱40。

所述气路真空系统20包括第一压力变送器21、第二压力变送器22及依次串接的真空泵(未图示)、真空罐24、分流芯片25和气动三联件26。上述第一压力变送器21、第二压力变送器22、分流芯片25和气动三联件26设置在第一控制箱30内，真空泵、真空罐24设置在第一控制箱30的外部。根据瑞士方达瑞真空系统及相关理论计算，真空压铸辅助成型系统的真空罐24的体积需大于100L，现有真空罐24形状一般为方形罐体、腰型管体和柱形罐体，在本实施例中，该真空罐24选择方形罐体，其原因为：方形罐体空间体积上达到了最大利用率，结构紧凑，外观上一体化，协调合理便于第一控制箱30的安放和真空泵的安装。本实施例中的真空泵采用的型号为TX-25，该真空泵的技术参数如表1-1所示。

表1-1真空泵技术参数表

所述真空罐24的出口端连接所述第二压力变送器22，所述分流芯片25具有进口、P端出口、M端出口和S端出口，所述分流芯片25的进口与真空罐24连接，所述气动三联件26分别连接至分流芯片25的P端出口、M端出口、S端出口，所述分流芯片25的M端出口还连接至第一压力变送器21，所述分流芯片25的进口与真空罐24之间设有使两者导通或者断开的第一开关装置，所述气动三联件26与分流芯片25的P端出口之间设有使两者导通或者断开的第二开关装置，所述气动三联件26与分流芯片25的M端出口之间设有使两者导通或者断开的第三开关装置，所述气动三联件26与分流芯片25的S端出口之间设有使两者导通或者断开的第四开关装置，所述分流芯片25的M端出口与第第一压力变送器21之间设有使两者导通或者断开的第五开关装置。在本实施例中，上述第一开关装置、第二开关装置、第三开关装置、第四开关装置和第五开关装置均为电磁阀，所述第一开关装置为使真空罐24与分流芯片25的进口导通或者断开的两位两通阀，该两位两通阀命名为阀1，所述第二开关装置包括一个两位三通阀(命名为阀5)，所述分流芯片25的P端出口与气动三联件26之间还串接有调压阀29，该调压阀29串接在位于阀5与气动三联件26之间。所述第三开关装置为一个两位两通阀(命名为阀3)，所述第四开关装置为一个两位三通阀(命名为阀2)，所述第五开关装置为一个两位两通阀(命名为阀4)。除本实施例外，该第一开关装置、第二开关装置、第三开关装置、第四开关装置和第五开关装置可以不为电磁阀，如可以为行程开关等。所述气路真空系统20还包括设置在所述分流芯片25的进口上的第一过滤器27，该第一过滤器27的具体位置为：串接在第一开关装置与分流芯片25的进口之间。所述气动三联件26包括依次串接的油雾器、减压阀和过滤器，所述油雾器的进口分别与分流芯片25的P端出口、M端出口、S端出口连接，所述过滤器输出压缩空气。

上述气路真空系统20可实现普通压铸和真空压铸两种工作模式，如下：

①普通压铸(即无抽真空压铸)

在调试模具或慢压射操作正常生产工作之前，因模具和真空阀温度偏低，金属的流动充型能力较差，此时，就选择普通压铸模式。在该模式下，真空阀在合模状态下始终处于关闭状态，即型腔中并没有抽真空而直接进行压铸。当调试或模具温度达到预定要求，金属液能很好地充满至真空阀的所有部位，即可切换到真空压铸模式。因此，在模具调试、慢压射和非正常生产时使用此模式，否则，将会导致金属液堵塞真空阀。该模式下电磁阀动作状态如表1-2所示：

表1-2普通压铸模式时电磁阀状态表

“-”标示断电、“+”标示通电。

②真空压铸

真空压铸是指依靠金属液的金属动能来产生惯性冲击力从而关闭阀芯的工作模式。在该模式下，型腔中的气体边抽出，金属液边充型，在金属液到达真空阀排气道末端之前，真空阀就依靠金属液的冲击力触动使真空口与型腔隔绝，从面防止金属液进入真空管道。其电磁阀动作状态如表1-3所示：

表1-3真空压铸模式下的电磁阀状态表

“-”标示断电、“+”标示通电。

请结合图2至图4，上述气路真空系统20原理具体如下：该气路真空系统20有两个方面构成，一个是真空通道，另一个是压缩空气通道。压铸机正常工作时，模具合模，当接收到冲头封闭外浇口信号，经过T1秒后阀1、阀4、阀5通电(阀1开启抽真空功能，阀4开启测量型腔真空度功能，阀5开启气动助力功能)，启动抽真空，同时开始测量型腔真空度(T2时间内测量真空度，需保证压射结束前测得)，T2秒后阀4断电(真空度测量完成)，经过T3秒后真空结束，此时阀1、阀5断电(真空结束)。当接收到开模信号时阀3通电(开始吹气)，T5秒后阀3断电(结束吹气，喷吹时长T5秒，需保证喷吹时长大于喷脱模剂和涂料时间以防止脱模剂、涂料进入真空管道)，等待下一个冲头信号，经T6秒延迟后若无动作则自动关机。

请参见图5，所述电气真空系统包括设置在第二控制箱40内的控制器31、与所述控制器31信号连接的A/D转换模块32、与所述A/D转换模块32信号连接的压力传感器33和触摸屏34。所述压力传感器33检测真空罐24、真空阀50的数值，所述A/D转换模块32接收压力传感器33的数值并转换成数字信号发送至控制器31，所述控制器31根据A/D转换模块32所发送的数字信号及铸压信号，控制真空泵23、触摸屏34、第一开关装置、第二开关装置、第三开关装置、第四开关装置和第五开关装置。在本实施例中，所述控制器31选用PLC(ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器)，其作为系统的中央处理器统领整个系统，既要读取外部输入信号，如冲头的封闭倒料口信号、压铸机的开模信号或压铸机开模到位信号等；又要输出信号控制真空泵23的启动停止、真空阀50的动作、触摸屏34的数据显示等。A/D转换模块从压力传感器33读取模拟信号转换成数字信号，控制器31通过读取指令把数据读取并存储到指定的数据寄存器。触摸屏34与控制器31进行通信，能够轻松实现人机之间的沟通，并能对控制器31的软元件进行实时监控和数据读写。

请参见图6，所述真空阀包括第一阀块41、相对设置在所述第一阀块41两侧的补偿器42和第二阀块43。所述第一阀块41与第二阀块43之间通过启动气缸44连接，所述第一阀块41和第二阀块43之间还连接有从动气缸(未标号)和伺服气缸46，所述启动气缸44具有固定在第一阀块41上的启动缸体和设置在所述第二阀块43上的启动活塞，所述从动气缸具有固定在第一阀块41上的从动缸体和设置在第二阀块43上的从动活塞，所述伺服气缸46具有固定在第一阀块41上的伺服缸体和设置在所述第二阀块43上的伺服活塞，所述启动活塞、从动活塞、伺服活塞通过圆盘45联接。所述补偿器42背向所述第一阀块41的一侧开设有凹腔421，所述凹腔421内设置有补偿器缓冲盘471和补偿导向盘472，且所述补偿导向盘472位于所述补偿器缓冲盘471的外侧，所述补偿器缓冲盘471与补偿导向盘472之间通过螺栓473连接，所述补偿器缓冲盘471和补偿导向盘472之间夹持有第一碟簧474，所述第一阀块41和第二阀块43之间通过预紧栓48连接，所述第二阀块43内设置有碟簧槽431，所述碟簧槽431内设置有第二碟簧432，所述预紧栓48的一端抵压第二碟簧432。该真空阀通过使用圆盘45联接启动气缸44和从动气缸，同时加入伺服气缸46，提高传动机构的灵敏性；通过设置第一碟簧474预紧防止压铸过程中金属液飞出；通过设置第二碟簧432锁定复位。该真空阀的工件原理如下：

①、一个压铸过程开始，压铸模具做合模动作，补偿器42与模具动模一同移动，同时推动预紧栓48带动补偿器缓冲盘471移动使第一碟簧474压缩让真空阀处于解锁状态；

②、当压铸机冲头动作时，压室和模具型腔处于封密状态，此时开启抽真空模式，使封密的压室和型腔与通过真空阀与真空罐连通，实现压铸全过程处于真空状态；

③、当金属液充满型腔通过进料口进入真空阀导入流道，其首先触碰到启动气缸44，此时启动气缸44在金属动能推动下通过圆盘45带动排气活塞51和伺服气缸46产生约0.7mm的位移，伺服气缸46在产生位移的过程中因受到压缩空气的受力面积突然变大，因而有足够的力带动圆盘45连同排气活塞51继续运动，从而使排气活塞51关闭，抽真空结束(此时真空管路与型腔断开，从而防止金属液进入真空管路)。这一过程在金属液到达从动气缸前完成(这一过程可在1ms内完成)。

④、当充填过程完成并冷却后，压铸模具打开，被压缩的第二碟簧432弹力释放，推动导向盘52，从而带动圆盘45和启动气缸44，排气活塞51，伺服气缸46复位锁定，在复位的同时排气活塞51还具有将真空阀内的迷宫槽金属凝料推出作用，保证其留在动模一侧。当模具开模到位后，真空压铸辅助成型系统接收到信号启动反吹功能，经过滤后的压缩空气从排气活塞51底部吹出，实现自动清洁功能，提高真空阀的在线工作时长。

根据上述真空阀的动作要求和真空压铸辅助成型系统所处的现场工作环境，真空压铸辅助成型系统需要满足的要求有以下几点：

①系统必须要保证现场使用的可靠性和稳定性；

②尽可能地选择耐高温、耐腐蚀、抗震性好、使用寿命长的元件；

③对需要检测的物理量进行实时监控，如真空罐真空度、型腔真空度、污染度以及油缸压力等，当检测到压力超过预设的上限或者下限时，真空压铸辅助成型系统能够及时报警停机；

④真空压铸辅助成型系统参数可修改。

根据压铸生产的实际情况,该真空压铸辅助成型系统通过采用PLC控制，从而适用于各种压铸机。该真空压铸辅助成型系统有普通压铸(无抽真空压铸)和真空压铸两种工作模式，以及可进行模具密封性能测试、对不同模具或压铸机的可调节性、真空管路堵塞状态测试等功能，同时还可具有报警、数据显示等多种功能。该真空压铸辅助成型系统工作过程如下：当真空压铸辅助成型系统检测到压铸机的冲头封闭压室的浇注口(即接受到真空启动信号)时，PLC发出打开真空管路的信号，开始抽真空，并实时测量型腔中的真空度。当金属液触动主动活塞，真空阀关闭，抽真空结束，当检测到开模或开模到位信号(即真空停止信号)时，PLC开启真空阀反吹功能。压铸完毕，压铸模打开时，在压铸机取件、喷涂等工序期间,真空压铸辅助成型系统则完成真空阀复位、真空阀清洗、真空管路测试等动作。当检测到压铸模合模信号时，真空阀自锁解除，为下一压铸循环做好准备。

综上所述，上述真空压铸辅助成型系统的气路真空系统20设置有第一压力变送器21、第二压力变送器22及依次串接的真空泵23、真空罐24、分流芯片25和气动三联件26，且上述部件连接中通过各开关实现相互之间的导通和断开，从而使该真空压铸辅助成型系统具有两种不同的工作模式，即普通压铸和真空压铸，避免金属液堵塞真空阀，也有助于改善产品质量，提高生产效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种真空压铸辅助成型系统，包括压室和型腔、连接在压室和型腔之间的真空阀和气路真空系统及控制所述气路真空系统的电气真空系统，其特征在于：所述气路真空系统包括第一压力变送器、第二压力变送器及依次串接的真空泵、真空罐、分流芯片和气动三联件，所述真空罐的出口端连接所述第二压力变送器，所述分流芯片具有进口、P端出口、M端出口和S端出口，所述分流芯片的进口与真空罐连接，所述气动三联件分别连接至分流芯片的P端出口、M端出口、S端出口，所述分流芯片的M端出口还连接至第一压力变送器，所述分流芯片的进口与真空罐之间设有使两者导通或者断开的第一开关装置，所述气动三联件与分流芯片的P端出口之间设有使两者导通或者断开的第二开关装置，所述气动三联件与分流芯片的M端出口之间设有使两者导通或者断开的第三开关装置，所述气动三联件与分流芯片的S端出口之间设有使两者导通或者断开的第四开关装置，所述分流芯片的M端出口与第二压力变送器之间设有使两者导通或者断开的第五开关装置。

2.根据权利要求1所述的真空压铸辅助成型系统，其特征在于：所述分流芯片的P端出口与气动三联件之间还串接有调压阀。

3.根据权利要求1所述的真空压铸辅助成型系统，其特征在于：所述第一开关装置、第二开关装置、第三开关装置、第四开关装置和第五开关装置均为电磁阀。

4.根据权利要求3所述的真空压铸辅助成型系统，其特征在于：所述气动三联件包括串接的油雾器、减压阀和过滤器。

5.根据权利要求1所述的真空压铸辅助成型系统，其特征在于：所述气路真空系统还包括设置在所述分流芯片的进口上的第一过滤器。

6.根据权利要求1所述的真空压铸辅助成型系统，其特征在于：所述电气真空系统包括控制器、与所述控制器信号连接的A/D转换模块、与所述A/D转换模块信号连接的压力传感器，所述压力传感器检测真空阀、真空罐的数值，所述A/D转换模块接收真空阀、真空罐的数值并转换成数字信号发送至控制器，所述控制器根据A/D转换模块所发送的数字信号及压铸信号控制真空泵、第一开关装置、第二开关装置、第三开关装置、第四开关装置和第五开关装置。

7.根据权利要求6所述的真空压铸辅助成型系统，其特征在于：所述电气真空系统还包括与所述控制器信号连接的触摸屏。

8.根据权利要求1所述的真空压铸辅助成型系统，其特征在于：所述真空阀包括第一阀块、相对设置在所述第一阀块两侧的补偿器和第二阀块，所述第一阀块与第二阀块之间通过启动气缸连接，所述第一阀块和第二阀块之间还连接有从动气缸，所述启动气缸具有启动活塞，所述从动气缸具有从动活塞，所述启动活塞与从动活塞通过圆盘联接。

9.根据权利要求7所述的真空压铸辅助成型系统，其特征在于：所述第一阀块和第二阀块之间还连接有伺服气缸，所述伺服气缸具有固定在所述圆盘上的伺服活塞。

10.根据权利要求8或9所述的真空压铸辅助成型系统，其特征在于：所述补偿器背向所述第一阀块的一侧开设有凹腔，所述凹腔内设置有补偿器缓冲盘和补偿导向盘，且所述补偿导向盘位于所述补偿器缓冲盘的外侧，所述补偿器缓冲盘与补偿导向盘之间通过螺栓连接，所述补偿器缓冲盘和补偿导向盘之间夹持有第一碟簧，所述第一阀块和第二阀块之间通过预紧栓连接，所述第二阀块内设置有碟簧槽，所述碟簧槽内设置有碟簧，所述预紧栓的一端抵压碟簧。