CN105689689B - 低压铸造方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于低压铸造技术领域，尤其涉及一种低压铸造方法及设备。本发明提出的低压铸造设备，包括保温炉、升液管、气压回路和控制系统；该气压回路包括储气罐和控制阀；该气压回路还包括缓冲罐；该控制阀包括电气比例压力阀和电气比例流量阀；该电气比例压力阀分别与该储气罐和该缓冲罐连接；该电气比例流量阀分别与该储气罐和该缓冲罐连接；该缓冲罐还与该保温炉连接；该控制系统包括现场控制装置，该现场控制装置包括压力控制单元和流量控制单元；该压力控制单元与该电气比例压力阀连接；该流量控制单元与该电气比例流量阀连接。本发明提出的低压铸造方法和设备，可在铸造过程中精确调节压缩气体压力，从而减少铸件组织的缺陷，提高成品率。

Description

低压铸造方法及设备

技术领域

本发明属于低压铸造技术领域，尤其涉及一种低压铸造方法及设备。

背景技术

低压铸造是介于压力铸造与重力铸造之间的一种铸造方法，具有金属液充型平稳、铸件组织致密的特点。一个完整的低压铸造工艺循环，通常包括放模步骤、升液步骤、充型步骤、结壳步骤、结晶步骤、悬浮步骤、卸模步骤等工艺步骤。

低压铸造设备通常包括保温炉、升液管、模具、气压回路及控制系统。升液管设置在保温炉内，并从保温炉中伸出到模具型腔内。控制系统用于在低压铸造生产中，实现多种要求的过程控制。气压回路则用于满足低压铸造工艺循环中各步骤压缩空气的流量需求和压力需求。

现有低压铸造设备的成品率偏低，铸件组织中存在缩松、气孔等缺陷。

发明内容

针对现有低压铸造设备的铸件组织中存在缩松、气孔等缺陷，本发明提出一种低压铸造方法和设备，可精确调节低压铸造各工艺步骤中的压缩气体压力，从而减少铸件组织的缺陷，提高成品率。

第一方面，本发明提出一种低压铸造设备。本发明提出的低压铸造设备，包括保温炉、升液管、气压回路和控制系统；该升液管设置在该保温炉内，并从该保温炉中伸出；该气压回路包括储气罐和控制阀；该气压回路还包括缓冲罐；该控制阀包括电气比例压力阀和电气比例流量阀；该电气比例压力阀分别与该储气罐和该缓冲罐连接；该电气比例流量阀分别与该储气罐和该缓冲罐连接；该缓冲罐还与该保温炉连接；该控制系统包括现场控制装置，该现场控制装置包括压力控制单元和流量控制单元；该压力控制单元与该电气比例压力阀连接，该压力控制单元用于生成压力调节指令，并将该压力调节指令发送给该电气比例压力阀；该电气比例压力阀用于根据该压力调节指令，调整阀芯开度和气流方向，以使得该缓冲罐内的压力变化；该流量控制单元与该电气比例流量阀连接，该流量控制单元用于生成流量调节指令，并将该流量调节指令发送给该电气比例流量阀；该电气比例流量阀用于根据该流量调节指令，调整阀芯开度，以使得压缩气体从该储气罐内进入该缓冲罐内。

进一步地，本发明提出的低压铸造设备，该现场控制装置还包括压力传感器，该压力传感器设置在该缓冲罐上；该压力控制单元还与该压力传感器连接，该压力控制单元还用于根据该压力传感器反馈的压力值，生成压力闭环控制指令；该压力控制单元还与该电气比例流量阀连接，该压力控制单元还用于在根据该压力传感器反馈的压力值判断需要关闭该电气比例流量阀时，生成优先流量控制指令，并将该优先流量控制指令发送给该电气比例流量阀，以使得该电气比例流量阀关闭；和/或该压力控制单元42还与该流量控制单元连接，该压力控制单元还用于在根据该压力传感器反馈的压力值判断需要关闭该电气比例流量阀时，生成控制传递指令，并将该控制传递指令发送给该流量控制单元，以使得该流量控制单元控制该电气比例流量阀关闭。

进一步地，本发明提出的低压铸造设备，该气压回路还包括第一电磁截止阀，该第一电磁截止阀与该缓冲罐相连；该现场控制装置还包括紧急卸压控制单元，该紧急卸压控制单元与该第一电磁截止阀相连；该紧急卸压控制单元用于根据急停指令，为该第一电磁截止阀通电，以使得该第一电磁截止阀的阀芯打开，从而使得该缓冲罐内的压缩气体排出。

进一步地，本发明提出的低压铸造设备，该气压回路还包括第二电磁截止阀和第三电磁截止阀；该第二电磁截止阀设置在该电气比例流量阀与该缓冲罐之间；该第三电磁截止阀设置在该电气比例压力阀与该缓冲罐之间；该现场控制装置还包括掉电保护控制单元；该掉电保护控制单元分别与该第二电磁截止阀和该第三电磁截止阀连接；该掉电保护控制单元用于在有电状态时，为该第二电磁截止阀通电，以使得该第二电磁截止阀的阀芯打开，从而使得压缩气体进入该缓冲罐内；该掉电保护控制单元还用于在有电状态时，为该第三电磁截止阀通电，以使得该第三电磁截止阀的阀芯打开，从而使得压缩气体进入该缓冲罐内或从该缓冲罐内排出。

进一步地，本发明提出的低压铸造设备，该现场控制装置还包括模拟量输入单元、模拟量输出单元和开关量输出单元；该模拟量输入单元分别与该压力传感器和该压力控制单元连接；该模拟量输出单元与该电气比例压力阀和该电气比例流量阀连接；该开关量输出单元分别与该第一电磁截止阀、该第二电磁截止阀和该第三电磁截止阀连接；该开关量输出单元还分别与该掉电保护控制单元和该紧急卸压控制单元连接。

进一步地，本发明提出的低压铸造设备，该控制系统还包括远程监测装置，该远程监测装置与该现场控制装置连接。

与现有的低压铸造设备的气压回路中简单的多级压力控制模式不同，本发明提出的低压铸造设备的气压回路中设置有缓冲罐，采用电气比例压力阀和电气比例流量阀，提高了各工艺步骤中压缩气体的流量控制精度和压力控制精度，并可较长时间保持压力稳定，从而减少了铸件组织的缺陷，提高了成品率。

第二方面，本发明提出一种低压铸造方法。本发明提出的低压铸造方法，基于第一方面中说明的低压铸造设备，包括如下步骤：

该现场控制装置根据低压铸造工艺参数，生成流量控制指令并发送到该电气比例流量阀，及生成压力控制指令并发送到该电气比例压力阀；该低压铸造工艺参数包括液面悬浮高度、初始悬浮压力、充型速度、充型压力、结壳压力、结壳速度、结壳时间、结晶压力、结晶速度或结晶时间；对应地，

该电气比例压力阀根据该压力控制指令，控制悬浮步骤、充型步骤、结壳步骤或结晶步骤中该缓冲罐内压缩气体的压力；该电气比例流量阀根据该流量控制指令，控制充型步骤、结壳步骤或结晶步骤中该升液管内金属液的流量；其中，该悬浮步骤用于控制该升液管内金属液的液面保持在设定的液面悬浮高度。

进一步地，本发明提出的低压铸造方法，该悬浮步骤包括：该现场控制装置根据接收的该液面悬浮高度和/或该初始悬浮压力，确定当前悬浮压力，及生成悬浮压力控制指令并发送到该电气比例压力阀；对应地，该电气比例压力阀根据该液面悬浮控制指令控制该保温炉腔室内的气体压力保持在该当前悬浮压力上。

进一步地，本发明提出的低压铸造方法，该确定当前悬浮压力的步骤，包括：根据铸件的物理参数和累计铸件数，确定保温炉内的金属液液面高度；根据该液面悬浮高度和该金属液液面高度得到液面悬浮高度差；根据该初始悬浮压力与该液面悬浮高度差，确定当前悬浮压力；其中，在使用同一炉金属液铸造同一批铸件的多个铸造循环中，该累计铸件数是逐渐增加的。

进一步地，本发明提出的低压铸造方法，该低压铸造工艺参数是由该远程监控装置获取并发送到该现场控制装置中的。

与现有的低压铸造方法中复杂的流量、压力控制方式不同，本发明提出的低压铸造方法利用电气比例压力阀、电气比例流量阀和缓冲罐，提高了各工艺步骤中压缩气体的流量控制精度和压力控制精度，并可较长时间保持压力稳定，从而减少了铸件组织的缺陷，提高了成品率。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本发明实施例低压铸造设备的组成示意图；

图2是本发明实施例低压铸造设备的控制系统的功能示意图；

图3是本发明实施例低压铸造设备确定悬浮压力的流程图；

其中，

11保温炉；

12升液管；

21过滤减压阀；

22储气罐；

23缓冲罐；

24电气比例流量阀；

25电气比例压力阀；

26第一电磁截止阀；

27第二电磁截止阀；

28第三电磁截止阀；

31现场控制装置；

32远程监测装置；

41流量控制单元；

42压力控制单元；

43紧急卸压控制单元；

44掉电保护控制单元；

51压力传感器；

61模拟量输入单元；

62模拟量输出单元；

63开关量输出单元；

71气体管路；

72金属液流道。

具体实施方式：

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于已给出的实施例，本领域普通技术人员在未做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，在本技术领域内，气体管路、过滤减压阀、储气罐、缓冲罐、保温炉及为保温炉进行保温的温度控制设备均是常见元件或设备，也并不是本申请的改进之处所在，所以在本申请中不再详细阐述其具体结构和工作原理。同时，在本申请中，采用的常用零部件、元器件等一般都不对其结构和功能进行详细介绍。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例低压铸造设备，包括保温炉11、升液管12、气压回路和控制系统；该升液管12设置在该保温炉11内，并从该保温炉中伸出；该气压回路包括过滤减压阀21、储气罐22和气体管路71；该气压回路还包括缓冲罐23；该控制阀包括电气比例压力阀25和电气比例流量阀24；该电气比例压力阀25分别与该储气罐22和该缓冲罐23连接；该电气比例流量阀24分别与该储气罐22和该缓冲罐23连接；该缓冲罐23还与该保温炉11连接；该控制系统包括现场控制装置31，该现场控制装置包括压力控制单元42和流量控制单元41；该压力控制单元42与该电气比例压力阀25连接；压力控制单元42用于生成压力调节指令，并将压力调节指令发送给电气比例压力阀25；电气比例压力阀25用于根据该压力调节指令，调整阀芯开度和气流方向，以使得缓冲罐23内的压力变化；该流量控制单元41与该电气比例流量阀24连接；该流量控制单元41与该电气比例流量阀24连接，该流量控制单元41用于生成流量调节指令，并将该流量调节指令发送给电气比例流量阀24；该电气比例流量阀24用于根据该流量调节指令，调整阀芯开度，以使得压缩气体从该储气罐22内进入该缓冲罐23内。

需要说明的是，本实施例低压铸造设备中的保温炉可以是坩埚或其他高温容器，本申请中并不要求其具有制备熔融金属液的功能。另外，在低压铸造过程中，该低压铸造设备还具有温度控制设备为保温炉内金属液进行保温，从而使得金属液的温度基本保持在适合进行铸造的温度。

具体应用时，从本地压缩机或从集中气源主管路经气体管路71送来的压缩气体被过滤减压阀21调压至0.4MPa后进入储气罐22。通过与其他气路附件配合，可使储气罐22相对于其之后的气体管路等效为一个恒压气源，从而减少因气源波动造成的供压气压不稳。恒压气源是本技术领域内的一种常见技术，并不是本申请的改进之处，所以在本申请中不再详细阐述恒压气源的具体结构和工作原理。

需要说明的是，本实施例低压铸造设备中，认为各处压力满足帕斯卡定律和静压传递定律，也即缓冲罐内的气体压力与保温炉腔室内的气体压力相同。

具体应用时，流量控制单元41根据各工序步骤中的工艺参数，生成流量调节指令，并将该流量调节指令发送给电气比例流量阀24；该电气比例流量阀24用于根据该流量调节指令，调整阀芯开度，以使得压缩气体从该储气罐22内进入该缓冲罐23内。在压力差作用下，缓冲罐23内的压缩气体进入保温炉11内金属液液面上方与炉盖之间的腔室内，并推动金属液沿升液管12进入金属液流道72并最终进入模具型腔内。

具体应用时，压力控制单元42根据各工序步骤的工艺参数，生成压力调节指令，并将压力调节指令发送给电气比例压力阀25；电气比例压力阀25用于根据该压力调节指令，调整阀芯开度和气流方向，以使得缓冲罐23内的压力变化。根据各工序步骤的工艺参数，该电气比例压力阀25使得若干体积流量的压缩气体或者进入缓冲罐23并最终进入保温炉11内金属液液面上方与炉盖之间的腔室内，或者从保温炉11内金属液液面上方与炉盖之间的腔室内排出到缓冲罐23内，并通过电气比例压力阀25排到大气中。

本实施例低压铸造设备的气压回路中，在保温炉前、电气比例流量阀和电气比例压力阀后设置了缓冲罐。该缓冲罐通过气体管路与保温炉内金属液液面上方与炉盖之间的腔室相连通。设置缓冲罐，能够进一步避免进入保温炉内金属液液面上方与炉盖之间容腔内气体的压力波动，使得各工艺步骤中的压力控制过程和流量控制过程更平稳。

与现有的低压铸造设备的气压回路中简单的多级压力控制模式不同，本实施例低压铸造设备的气压回路中设置有缓冲罐，采用电气比例压力阀和电气比例流量阀，提高了各工艺步骤中压缩气体的流量控制精度和压力控制精度，并可较长时间保持压力稳定，从而减少了铸件组织的缺陷，提高了成品率。

需要说明的是，压力控制单元42和流量控制单元41为分别独立设置的硬件单元。进一步地，具体实施时，可对上述硬件模块根据需要组合，以实现组合后的功能。

具体应用时，本实施例低压铸造设备的现场控制装置还可以包括压力传感器51，该压力传感器51设置在该缓冲罐23上；该压力控制单元42还与该压力传感器51连接，该压力控制单元42还用于根据该压力传感器51反馈的压力值，生成压力闭环控制指令；该压力控制单元42还与该电气比例流量阀24连接，该压力控制单元42还用于在根据该压力传感器51反馈的压力值判断需要关闭该电气比例流量阀24时，生成优先流量控制指令，并将该优先流量控制指令发送给该电气比例流量阀24，以使得该电气比例流量阀24关闭；和/或该压力控制单元42还与该流量控制单元41连接，该压力控制单元42还用于在根据该压力传感器51反馈的压力值判断需要关闭该电气比例流量阀24时，生成控制传递指令，并将该控制传递指令发送给该流量控制单元41，以使得该流量控制单元41控制该电气比例流量阀24关闭。

本实施例低压铸造设备设置了压力传感器，该压力传感器可与电气比例压力阀和压力控制单元组成压力闭环控制回路，进一步提高各工艺步骤中压缩气体的压力控制精度，并可较长时间保持压力稳定，从而减少了铸件组织的缺陷，提高了成品率。

通常，在流量控制结束后，再投入压力控制，也就是说，电气比例流量阀先开启，进行流量控制；待流量控制结束后，电气比例流量阀关闭；之后，电气比例压力阀再开启，进行压力控制。但是，当各工序步骤的流量控制参数与各工序步骤的压力控制参数不相匹配甚至产生矛盾的情况时，需要提前关闭电气比例流量阀。

本实施例低压铸造设备通过优先流量控制指令或控制传递指令实现了电气比例流量阀的提前关闭，也即压力控制单元或该流量控制单元根据该压力传感器反馈的压力值，提前关闭电气比例流量阀24。

具体应用时，本实施例低压铸造设备的气压回路还可以包括第一电磁截止阀26，该第一电磁截止阀26与该缓冲罐23相连；该现场控制装置31还包括紧急卸压控制单元43，该紧急卸压控制单元43与该第一电磁截止阀23相连；该紧急卸压控制单元43用于根据急停指令，为该第一电磁截止阀26通电，以使得该第一电磁截止阀26的阀芯打开，从而使得该缓冲罐23内的压缩气体排出。

需要说明的是，上述急停指令是在紧急情况时生成的。紧急情况可能是铸造过程中模具破裂，或液面悬浮高度控制失控等需要快速将保温炉腔室内的气体压力降低的情况。

优选地，该第一电磁截止阀26的阀芯通常是关闭状态；只有在发生紧急情况时，才需要通电，使得阀芯处于打开状态。

在发生紧急情况时，本实施例低压铸造设备的紧急卸压控制单元发出控制信号，使第一电磁截止阀打开，从而使得保温炉11内金属液液面上方与炉盖之间的腔室内的压缩空气快速排出到缓冲罐23内，并通过第一电磁截止阀26排到大气中，以防止金属液从升液管口喷溅出损害操作人员或设备。

优选地，在掉电状态时，通过设置UPS电源，为该紧急卸压控制单元43供电。

需要说明的是，本实施例中的紧急卸压控制单元43为独立设置的硬件单元。

具体应用时，本实施例低压铸造设备的气压回路还可以包括第二电磁截止阀27和第三电磁截止阀28；该第二电磁截止阀27设置在该电气比例流量阀24与该缓冲罐23之间；该第三电磁截止阀28设置在该电气比例压力阀25与该缓冲罐23之间；该现场控制装置31还包括掉电保护控制单元44；该掉电保护控制单元44分别与该第二电磁截止阀27和该第三电磁截止阀28连接；该掉电保护控制单元44用于在有电状态时，为该第二电磁截止阀27通电，以使得该第二电磁截止阀27的阀芯打开，从而使得压缩气体进入该缓冲罐23内；该掉电保护控制单元还用于在有电状态时，为该第三电磁截止阀28通电，以使得该第三电磁截止阀28的阀芯打开，从而使得压缩气体进入该缓冲罐23内或从该缓冲罐23内排出。

优选地，该第二电磁截止阀27和该第三电磁截止阀28在通电时阀芯打开，不通电时阀芯关闭。

在铸造过程正常进行时，该掉电保护控制单元44在检测到控制系统处于有电状态时，或压力控制单元和/或流量控制单元已经得电的前提下，生成开关量控制指令，为该第二电磁截止阀27和/或第三电磁截止阀28通电，使得第二电磁截止阀27和/或第三电磁截止阀28的阀芯保持在打开状态。

当控制系统掉电或者断电时，压力控制单元和/或流量控制单元也将掉电，这时若电气比例流量阀和电气比例压力阀的阀芯在打开状态，则掉电后，电气比例流量阀和电气比例压力阀的阀芯将持续保持在打开状态，压缩气体将可能继续从储气罐22内进入缓冲罐23内。而在控制系统掉电或者断电时，掉电保护控制单元也处于掉电状态，则第二电磁截止阀27和/或第三电磁截止阀28处于不通电状态，第二电磁截止阀27和/或第三电磁截止阀28阀芯将保持在关闭状态，从而切断压缩气体继续进入缓冲罐23内，即将缓冲罐从气压回路中脱开，保证了生产安全。

需要说明的是，本实施例中的掉电保护控制单元44为独立设置的硬件单元。

需要说明的是，为了保证在压力控制单元和/或流量控制单元得电时，该掉电保护控制单元44也处于有电状态，可以将掉电保护控制单元与压力控制单元和/或流量控制单元连接在同一个供电电源上。

具体应用时，本实施例低压铸造设备的现场控制装置31还可以包括模拟量输入单元61、模拟量输出单元62和开关量输出单元63；该模拟量输入单元61分别与该压力传感器51和该压力控制单元42连接；该模拟量输出单元62与该电气比例压力阀25和该电气比例流量阀24连接；该开关量输出单元63分别与该第一电磁截止阀26、该第二电磁截止阀27和该第三电磁截止阀28连接；该开关量输出单元63还分别与该掉电保护控制单元44和该紧急卸压控制单元43连接。

需要说明的是，本实施例中的模拟量输入单元61、模拟量输出单元62和开关量输出单元63分别为独立设置的硬件单元。进一步地，具体实施时，可对上述各硬件模块根据需要组合，以实现组合后的功能。

优选地，模拟量输入单元61、模拟量输出单元62和开关量输出单元63为商用的PLC模块。

优选地，模拟量输入单元61、模拟量输出单元62和开关量输出单元63为自研的硬件电路板或A/D及D/A板卡。

需要说明的是，上述实施例中的流量控制单元、压力控制单元、紧急卸压控制单元和掉电保护控制单元可以为分别独立设置的硬件模块，也可以对上述各硬件模块根据需要组合，以实现组合后的功能，也可以在硬件设备的基础上，结合软件的方式来实现。

具体应用时，本实施例低压铸造设备的控制系统还可以包括远程监测装置，该远程监测装置32与该现场控制装置31连接。

优选地，该远程监测装置32与该现场控制装置31通过工业以太网连接。优选地，该远程监测装置采用工业计算机IPC或HMI设备为载体来实现；该现场控制装置采用PLC控制器为载体来实现。

优选地，该远程监控装置将升液速度(mm/s)、升液压力(KPa)、充型速度(mm/s)、充型压力(KPa)、结壳时间(s)、结壳压力(KPa)、结壳速度(KPa/s)、结晶时间(s)、结晶压力(KPa)、结晶速度(KPa/s)等工艺参数发送给现场控制装置；现场控制装置接收远程监控装置发来的工艺参数并且保存至本地ROM，本地ROM使得参数能在掉电后能保存。

优选地，该现场控制装置31将设备状态信息，比如气压回路的实际压力，各阀芯的开闭状态，保温炉内的温度，设定的压力曲线、累积的铸件数量、所处的工艺步骤等发送给该远程监控装置32。

另外，远程监控装置还可具有一键流程启动、单个设备点动、曲线显示、报表统计、报警统计、权限管理、操作记录等功能。

本实施例低压铸造设备的控制系统采用远程监测装置与现场控制装置配合使用的架构，提高了灵活性、操作人员内的安全性和操作过程的可靠性。

实施例2

如图1和图2所示，本实施例低压铸造方法，基于实施例1中说明的低压铸造设备，包括如下步骤：

该现场控制装置根据低压铸造工艺参数，生成流量控制指令并发送到该电气比例流量阀，及生成压力控制指令并发送到该电气比例压力阀；该低压铸造工艺参数包括液面悬浮高度、初始悬浮压力、充型速度、充型压力、结壳压力、结壳速度、结壳时间、结晶压力、结晶速度或结晶时间；对应地，

该电气比例压力阀根据该压力控制指令，控制悬浮步骤、充型步骤、结壳步骤或结晶步骤中该缓冲罐内压缩气体的压力；该电气比例流量阀根据该流量控制指令，控制充型步骤、结壳步骤或结晶步骤中该升液管内金属液的流量；其中，该悬浮步骤用于控制该升液管内金属液的液面保持在设定的液面悬浮高度。

一个典型的低压铸造工艺循环，包括充型步骤、结壳步骤、结晶步骤、悬浮步骤、卸模步骤、放模步骤等工艺步骤。悬浮步骤从取模步骤开始，经历了取模步骤及放模步骤，并持续到充型步骤启动。需要说明的是，在放模步骤之后，充型步骤之前，还可以有升液步骤。升液步骤用于将升液管内的金属液面升至高于设定的液面悬浮高度的位置。升液步骤可以单独设立，也可以合并在充型步骤中。本实施例中，默认升液步骤合并在充型步骤中。

具体应用时，针对充型步骤，现场控制装置31先根据预先设定的充型速度，生成充型流量控制指令，并发送给电气比例流量阀24。电气比例流量阀24根据该充型流量控制指令，允许与该充型流量控制指令成比例的体积流量的压缩气体进入缓冲罐23。缓冲罐23内的压缩气体在压力作用下经缓冲罐23进入保温炉11内金属液液面上方与炉盖之间的腔室内，并推动金属液沿升液管12进入金属液流道72并最终进入模具型腔内。在充型速度控制结束后，电气比例流量阀24根据充型流量控制指令调节其开度为零。现场控制装置31则继续根据预先设定的充型压力及压力传感器51反馈的压力值，生成充型压力控制指令；在不设置压力传感器时，则现场控制装置31采用开环控制模式生成充型压力控制指令；该充型压力控制指令被发送至电气比例压力阀25；电气比例压力阀25则根据该压力控制指令，调节阀芯开度，使得电气比例压力阀25后气体管路中的压缩气体压力达到预先设定的充型压力。

需要说明的是，上述步骤中默认预先设定的充型速度与预先设定的充型压力相匹配，即充型速度控制结束时，保温炉腔室内的气体压力低于预先设定的充型压力。若在工艺参数调试阶段，出现充型速度控制尚未结束，但保温炉腔室内的气体压力已经接近甚至高于预先设定的充型压力的情况，则需要采用充型压力控制优先的策略。即，一旦压力传感器检测到保温炉腔室内的气体压力已经接近甚至高于预先设定的充型压力时，现场控制装置31将提前切入充型压力控制指令并强制使充型速度控制终止，即提前使电气比例流量阀24的开度为零。

具体应用时，针对结壳步骤，现场控制装置31先根据预先设定的结壳速度，生成结壳流量控制指令，并发送给电气比例流量阀24。电气比例流量阀24根据该结壳流量控制指令，允许与该结壳流量控制指令成比例的体积流量的压缩气体进入缓冲罐23。缓冲罐23内的压缩气体在压力作用下经缓冲罐23进入保温炉11内金属液液面上方与炉盖之间的腔室内，使得该腔室内的压力升高，并经升液管内的金属液面传递至模具型腔内。在结壳速度控制结束后，电气比例流量阀24根据结壳流量控制指令调节其开度为零。现场控制装置31继续根据预先设定的结壳压力及压力传感器51反馈的压力值，生成结壳压力控制指令；在不设置压力传感器时，则现场控制装置31采用开环控制模式生成结壳压力控制指令；该结壳压力控制指令被发送至电气比例压力阀25；电气比例压力阀25则根据该压力控制指令，调节阀芯开度，使得保温炉11内金属液液面上方与炉盖之间的腔室内的压力升高，并经升液管内的金属液面传递至模具型腔内。在结壳压力控制结束后，现场控制装置31继续根据预先设定的结壳压力、压力传感器51反馈的压力值及预先设定的结壳时间，生成结壳压力保持指令；在不设置压力传感器时，现场控制装置31采用开环控制模式生成结壳压力保持指令；该结壳压力保持指令被发送至电气比例压力阀25；电气比例压力阀25则根据该压力保持指令，调节阀芯开度，使得模具型腔内的压力保持在结壳压力上。

需要说明的是，上述步骤中默认预先设定的结壳速度与预先设定的结壳压力相匹配，即结壳速度控制结束时，保温炉腔室内的气体压力低于预先设定的结壳压力。若在确定工艺参数的阶段，若出现结壳速度控制尚未结束，但保温炉腔室内的气体压力已经接近甚至高于预先设定的结壳压力的情况，则采用结壳压力控制优先的策略。即，一旦压力传感器检测到保温炉腔室内的气体压力已经接近甚至高于预先设定的结壳压力时，现控制装置31将提前切入结壳压力控制指令并强制使结壳速度控制终止，即提前使电气比例流量阀24的开度为零。

具体应用时，针对结晶步骤，现场控制装置31先根据预先设定的结晶速度，生成结晶流量控制指令，并发送给电气比例流量阀24。电气比例流量阀24根据该结晶流量控制指令，允许与该结晶流量控制指令成比例的体积流量的压缩气体进入缓冲罐23。缓冲罐23内的压缩气体在压力作用下经缓冲罐23进入保温炉11内金属液液面上方与炉盖之间的腔室内，使得该腔室内的压力升高，并经升液管内的金属液面传递至模具型腔内。在结晶速度控制结束后，电气比例流量阀24根据结晶流量控制指令调节其开度为零。现场控制装置31继续根据预先设定的结晶压力及压力传感器51反馈的压力值，生成结晶压力控制指令；在不设置压力传感器时，则现场控制装置31采用开环控制模式生成结晶压力控制指令；该结晶压力控制指令被发送至电气比例压力阀25；电气比例压力阀25则根据该压力控制指令，调节阀芯开度，使得保温炉11内金属液液面上方与炉盖之间的腔室内的压力升高，并经升液管内的金属液面传递至模具型腔内。在结晶压力控制结束后，现场控制装置31继续根据预先设定的结晶压力、压力传感器5反馈的压力值及预先设定的结晶时间，生成结晶压力保持指令；在不设置压力传感器时，现场控制装置31采用开环控制模式生成结晶压力保持指令；该结晶压力保持指令被发送至电气比例压力阀25；电气比例压力阀25则根据该压力保持指令，调节阀芯开度，使得模具型腔内的压力保持在结晶压力上。

需要说明的是，上述步骤中默认预先设定的结晶速度与预先设定的结晶压力相匹配，即结晶速度控制结束时，保温炉腔室内的气体压力低于预先设定的结晶压力。若在确定工艺参数的阶段，若出现结晶速度控制尚未结束，但保温炉腔室内的气体压力已经接近甚至高于预先设定的结晶压力的情况，则采用结晶压力控制优先的策略。即，一旦压力传感器检测到保温炉腔室内的气体压力已经接近甚至高于预先设定的结晶压力时，现控制装置31将提前切入结晶压力控制指令并强制使结晶速度控制终止，即提前使电气比例流量阀24的开度为零。

具体应用时，针对悬浮步骤，在结壳步骤结束之后，现场控制装置31根据预先设定的液面悬浮高度和压力传感器51反馈的压力值，生成悬浮压力控制指令；在不设置压力传感器时，现场控制装置31采用开环控制模式生成悬浮压力控制指令；该悬浮压力控制指令被发送至电气比例压力阀25；电气比例压力阀25则根据该压力控制指令，调节阀芯开度，使得保温炉11内金属液液面上方与炉盖之间的腔室内的压缩气体排出，从而腔室内的压力下降，使得升液管内的金属液面下降并及保持在先设定的液面悬浮高度。

升液管内金属液的液面下降至预先设定的液面悬浮高度时，保温炉内气体压力也下降到卸模安全范围内，从而为卸模步骤准备安全的操作条件，以防止在卸模步骤和放模步骤中金属液喷溅而出，造成伤害。

在放模步骤之后，悬浮步骤依然使得金属液面保持在预先设定的液面悬浮高度。启动放模步骤，并直到充型步骤启动悬浮步骤才结束。在这个过程中，保温炉内因为密封性不够好等原因，需要电气比例压力阀25继续根据压力控制指令，调节阀芯开度，使得压缩气体经缓冲罐23充入保温炉11内金属液液面上方与炉盖之间的腔室内，使得腔室内的压力上升，从而使得升液管内的金属液面上升及保持在预先设定的液面悬浮高度。

现有的低压铸造技术中，通常在保温炉顶盖上安装液位传感器，通过测量液面高度来实现液面悬浮高度控制。在保温炉顶盖上开孔安装传感器存在下列问题：需要选择适合在高温环境下工作的传感器，费用昂贵；高温环境下，传感器的维修和更换程序繁琐。

本实施例低压铸造方法不需要设置液面传感器，通过电气比例压力阀来控制悬浮步骤中的金属液液面的液面悬浮高度，简单、方便，精度也能满足需求。

与现有的低压铸造方法中复杂的流量、压力控制方式不同，本实施例低压铸造方法利用电气比例压力阀、电气比例流量阀和缓冲罐，提高了各工艺步骤中压缩气体的流量控制精度和压力控制精度，并可较长时间保持压力稳定，从而减少了铸件组织的缺陷，提高了成品率。

具体应用时，本实施例低压铸造方法的悬浮步骤还可以包括：该现场控制装置根据接收的该液面悬浮高度和/或该初始悬浮压力，确定当前悬浮压力，及生成悬浮压力控制指令并发送到该电气比例压力阀；对应地，该电气比例压力阀根据该液面悬浮控制指令控制该保温炉腔室内的气体压力保持在该当前悬浮压力上。

为保持充型压力、结晶结壳及增压压力的参数一致性，且在同一液面悬浮高度开始充型可以保证工件质量的一致性，因此需要将使用同一炉金属液铸造的同一批铸件的多个铸造循环中的液面悬浮高度保持在同一个设定值上。

将悬浮阶段保温炉腔室内的气体压力称为悬浮压力。随着铸造过程的推进，保温炉内金属液的液面逐步下降，保温炉内金属液的液面高度与液面悬浮高度之间的落差逐步增加，因此在升液管内的金属面达到同一个设定的液面悬浮高度时，当前悬浮压力是逐步增加的。

具体地，该悬浮压力控制指令控制该电气比例压力阀调节阀芯开度和气流方向，通过充入或排出压缩气体，使得金属液沿该升液管上升或下降，从而使得金属液的液面保持在预先设定的液面悬浮高度上，及保温炉腔室内的气体压力保持在该当前悬浮压力上。

具体应用时，如图3所示，本实施例低压铸造方法，确定当前悬浮压力的步骤，包括：

步骤S01：根据铸件的物理参数和累计铸件数，确定保温炉内的金属液液面高度；

步骤S02：根据该液面悬浮高度和该金属液液面高度得到液面悬浮高度差；

步骤S03：根据该初始悬浮压力与该液面悬浮高度差，确定当前悬浮压力；其中，在使用同一炉金属液铸造同一批铸件的多个铸造循环中，该累计铸件数是逐渐增加的。

本实施例低压铸造方法利用铸件固有的物理参数间接得到悬浮压力设定值，利用电气比例压力阀和压力传感器构成压力闭环反馈，在结壳步骤后或放模步骤前或充型步骤前，使悬浮液面高度和保温炉内的气体压力达到设定的工艺参数，为放模步骤、卸模步骤和充型步骤准备了稳定、可靠的操作条件。

具体应用时，本实施例低压铸造方法中的低压铸造工艺参数是由该远程监控装置获取并发送到该现场控制装置中的。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。

Claims (9)

1.一种低压铸造设备，包括保温炉、升液管、气压回路和控制系统；所述升液管设置在所述保温炉内，并从所述保温炉中伸出；所述气压回路包括储气罐和控制阀，其特征在于，

所述气压回路还包括缓冲罐；

所述控制阀包括电气比例压力阀和电气比例流量阀；

所述电气比例压力阀分别与所述储气罐和所述缓冲罐连接；

所述电气比例流量阀分别与所述储气罐和所述缓冲罐连接；

所述缓冲罐还与所述保温炉连接；

所述控制系统包括现场控制装置，所述现场控制装置包括压力控制单元和流量控制单元；

所述压力控制单元与所述电气比例压力阀连接，所述压力控制单元用于生成压力调节指令，并将所述压力调节指令发送给所述电气比例压力阀；

所述电气比例压力阀用于根据所述压力调节指令，调整阀芯开度和气流方向，以使得所述缓冲罐内的压力变化；

所述流量控制单元与所述电气比例流量阀连接，所述流量控制单元用于生成流量调节指令，并将所述流量调节指令发送给所述电气比例流量阀；

所述电气比例流量阀用于根据所述流量调节指令，调整阀芯开度，以使得压缩气体从所述储气罐内进入所述缓冲罐内。

2.根据权利要求1所述的低压铸造设备，其特征在于，所述现场控制装置还包括压力传感器，所述压力传感器设置在所述缓冲罐上；

所述压力控制单元还与所述压力传感器连接，所述压力控制单元还用于根据所述压力传感器反馈的压力值，生成压力闭环控制指令；

所述压力控制单元还与所述电气比例流量阀连接，所述压力控制单元还用于在根据所述压力传感器反馈的压力值判断需要关闭所述电气比例流量阀时，生成优先流量控制指令，并将所述优先流量控制指令发送给所述电气比例流量阀，以使得所述电气比例流量阀关闭；

和/或所述压力控制单元42还与所述流量控制单元连接，所述压力控制单元还用于在根据所述压力传感器反馈的压力值判断需要关闭所述电气比例流量阀时，生成控制传递指令，并将所述控制传递指令发送给所述流量控制单元，以使得所述流量控制单元控制所述电气比例流量阀关闭。

3.根据权利要求2所述的低压铸造设备，其特征在于，所述气压回路还包括第一电磁截止阀，所述第一电磁截止阀与所述缓冲罐相连；

所述现场控制装置还包括紧急卸压控制单元，所述紧急卸压控制单元与所述第一电磁截止阀相连；

所述紧急卸压控制单元用于根据急停指令，为所述第一电磁截止阀通电，以使得所述第一电磁截止阀的阀芯打开，从而使得所述缓冲罐内的压缩气体排出。

4.根据权利要求3所述的低压铸造设备，其特征在于，所述气压回路还包括第二电磁截止阀和第三电磁截止阀；

所述第二电磁截止阀设置在所述电气比例流量阀与所述缓冲罐之间；

所述第三电磁截止阀设置在所述电气比例压力阀与所述缓冲罐之间；

所述现场控制装置还包括掉电保护控制单元；

所述掉电保护控制单元分别与所述第二电磁截止阀和所述第三电磁截止阀连接；

所述掉电保护控制单元用于在有电状态时，为所述第二电磁截止阀通电，以使得所述第二电磁截止阀的阀芯打开，从而使得压缩气体进入所述缓冲罐内；

所述掉电保护控制单元还用于在有电状态时，为所述第三电磁截止阀通电，以使得所述第三电磁截止阀的阀芯打开，从而使得压缩气体进入所述缓冲罐内或从所述缓冲罐内排出。

5.根据权利要求4所述的低压铸造设备，其特征在于，所述现场控制装置还包括模拟量输入单元、模拟量输出单元和开关量输出单元；

所述模拟量输入单元分别与所述压力传感器和所述压力控制单元连接；

所述模拟量输出单元分别与所述电气比例压力阀和所述电气比例流量阀连接；

所述开关量输出单元分别与所述第一电磁截止阀、所述第二电磁截止阀和所述第三电磁截止阀连接；

所述开关量输出单元还分别与所述掉电保护控制单元和所述紧急卸压控制单元连接。

6.根据权利要求1所述的低压铸造设备，其特征在于，所述控制系统还包括远程监测装置，所述远程监测装置与所述现场控制装置连接。

7.一种低压铸造方法，基于权利要求1至6中任一项所述的低压铸造设备，其特征在于，包括如下步骤：

所述现场控制装置根据低压铸造工艺参数，生成流量控制指令并发送到所述电气比例流量阀，及生成压力控制指令并发送到所述电气比例压力阀；所述低压铸造工艺参数包括液面悬浮高度、初始悬浮压力、充型速度、充型压力、结壳压力、结壳速度、结壳时间、结晶压力、结晶速度或结晶时间；

对应地，

所述电气比例压力阀根据所述压力控制指令，控制悬浮步骤、充型步骤、结壳步骤或结晶步骤中所述缓冲罐内压缩气体的压力；

所述电气比例流量阀根据所述流量控制指令，控制充型步骤、结壳步骤或结晶步骤中所述升液管内金属液的流量；

其中，所述悬浮步骤用于控制所述升液管内金属液的液面保持在设定的液面悬浮高度。

8.根据权利要求7所述的低压铸造方法，其特征在于，所述悬浮步骤包括：

所述现场控制装置根据接收的所述液面悬浮高度和/或所述初始悬浮压力，确定当前悬浮压力，及生成悬浮压力控制指令并发送到所述电气比例压力阀；

对应地，

所述电气比例压力阀根据所述悬浮压力控制指令，控制所述保温炉腔室内的气体压力保持在所述当前悬浮压力上。

9.根据权利要求8所述的低压铸造方法，其特征在于，所述确定当前悬浮压力的步骤，包括：

根据铸件的物理参数和累计铸件数，确定保温炉内的金属液液面高度；

根据所述液面悬浮高度和所述金属液液面高度得到液面悬浮高度差；

根据所述初始悬浮压力与所述液面悬浮高度差，确定当前悬浮压力值；

其中，在使用同一炉金属液铸造同一批铸件的多个铸造循环中，所述累计铸件数是逐渐增加的。