CN116851696A - 一种基于压铸机的压射系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于压铸机的压射系统，涉及压铸机技术领域，系统包括：第一动力单元、第二动力单元、第一溢流阀、第一液控单向阀、蓄能器、第二液控单向阀、第二溢流阀、第三溢流阀、第一压力传感器、第二压力传感器、压射油缸组件、模具、控制组件以及上位机；系统实现了动力单元与压射油缸组件直接相连，采用静压传动，解决了目前能耗高的问题。动力单元通过变排量装置调节，在相同输入转矩的情况下，动力单元排量与油缸压力呈反比例关系，通过减小动力单元的排量，可以控制压射油缸组件增压比，从而解决目前增压比小、不可调的问题。压射系统可以具有多个压射油缸，大大缩短了金属液在型腔中的流动时间，提高了产品质量。
Description
技术领域
本发明涉及压铸机技术领域，尤其涉及一种基于压铸机的压射系统。
背景技术
众所周知，压射系统是压铸机的重要组件。压射是指将熔融状态下的金属熔液压射入模具型腔，并给予一定的压力使其成型的过程。压射系统即为控制这一压射过程中压力、速度随时间变化的关系。使压铸机按照理想中的压铸工艺曲线进行压射，以获得尽可能高质量的压铸产品，尽可能的减少压铸过程中卷气的携带量。
压铸的经典三段压射工艺，有慢速压射、快速压射、增压压射三个阶段。其中，慢速和快速压射阶段要求系统对速度进行准确调控，对压力的要求不高，而在增压压射阶段，压射速度几乎为零，但对压力的要求却很高，故而希望压射系统能够对压射速度进行良好的调控，并具备大幅的增压压力。此外，通常采用节流的方式控制压射油缸的速度，在节流过程中，液压能转换为热能，致使油温升高、能源浪费。目前使用的压铸机压射系统普遍存在着压射增压比较小及能耗较大的缺点。
一般而言，金属液温度越高，流动性越好，越容易充填。但温度过高会引起金属液及其元素烧损，模具寿命缩短等，在保证填充成型和达到质量要求的前提下，可采用较低温度。压铸时，金属液铸入模具，与模具的接触面积急速扩大的时候，由于温度的降低，熔液会迅速丧失流动性。压铸由于其具有高速、高压及充填时间短的特点，造成压铸件易发生填充不良、气孔起泡、凹陷、热裂等缺陷。对于超大型铸件的高压铸造，金属液的体积大，在型腔中流动的时间增加，致使良品率进一步下降。
其中，如专利EP3554745B1的压铸机注射系统，该技术方案是通过缓冲缸解决了由于冲击所产生的气蚀现象。其不足之处在于：采用液压阀控制压射油缸，由于节流作用会产生较大的能量损耗。
其中，如专利CN1857831A的压铸机的压射装置及控制方法，该技术方案是通过节流阀对压射油缸进行闭环控制，以进油口节流与出油口节流相结合的方式对压射过程的速度进行实时控制，可实现闭环实时控制匀加速慢压射、多段压射、防飞溅减速等功能。其不足之处在于：采用液压阀控制油缸，由于节流作用会产生较大的能量损耗。
其中，如专利CN112524106 A的压铸机伺服液压泵系统，该技术方案是通过转速控制闭环和压力控制闭环能够实现对伺服电机转速及油泵输出压力的自动调节。其不足之处在于：液压泵在低转速时较难控制，并且液压泵与油缸之间使用了换向阀，由于节流作用会产生较大的能量损耗。
发明内容
本发明提供一种基于压铸机的压射系统，系统具备更大的压射增压比、更小的能耗，并且它的压射速度还具有较好的可控性，提高了大型压铸件的良品率，改善了现有压射系统的缺点。
基于压铸机的压射系统包括：第一动力单元、第二动力单元、第一溢流阀、第一液控单向阀、蓄能器、第二液控单向阀、第二溢流阀、第三溢流阀、第一压力传感器、第二压力传感器、压射油缸组件、模具、控制组件以及上位机；
上位机通过控制组件分别连接第一压力传感器、第二压力传感器、第一动力单元和第二动力单元，分别控制第一动力单元和第二动力单元运行；
第一动力单元的第一动力输出端和第二动力单元的动力输出端分别通过第一管路连接至第二溢流阀第一端、第一液控单向阀第一端、第一压力传感器以及压射油缸组件第一端；
第一动力单元的第二动力输出端通过第二管路分别与第二液控单向阀第二端、第二溢流阀第二端、第三溢流阀第二端、第二压力传感器以及压射油缸组件第二端连接；
第二动力单元的动力输出端还分别与蓄能器、第一溢流阀、第一液控单向阀第二端以及第二液控单向阀第一端连接；压射油缸组件输出端与模具连接，压射油缸组件将液态金属注入模具；
第二动力单元、第一溢流阀和蓄能器构成补油机构；
第一液控单向阀和第二液控单向阀用于控制压射油缸组件的流量；第二溢流阀和第三溢流阀用于限制系统压力阈值。
进一步需要说明的是，第一动力单元包括：相互连接的第一电动机和第一传动机构。
进一步需要说明的是，第二动力单元包括：相互连接的第二电动机和第二传动机构。
进一步需要说明的是，第一传动机构连接有变排量装置，变排量装置通过控制组件与上位机连接，变排量装置获取上位机发送的控制指令，控制第一传动机构运行。
进一步需要说明的是，控制组件包括：第一运动控制器、第二运动控制器、伺服驱动器、编码器；压射油缸组件设置有第一压射油缸和第一位移传感器；
上位机分别与第一运动控制器和第二运动控制器连接，分别向第一运动控制器和第二运动控制器发送压射工况指令，第一运动控制器根据第一预设曲线控制变排量装置来调节第一传动机构的排量；
第二运动控制器根据第二预设曲线，并通过伺服驱动器来控制第一电动机的转速，编码器用于向第二运动控制器反馈第一电动机的转速；
第一传动机构根据控制的排量和转速将油液输出至第一压射油缸，第一位移传感器用于感应第一压射油缸的位移，并将感应的位移发送至第二运动控制器。
进一步需要说明的是，第一压力传感器和第二压力传感器分别与第二运动控制器连接，向第二运动控制器反馈压射油缸组件的压力信息。
进一步需要说明的是，压射油缸组件还设置有第二压射油缸；
第一压力传感器与第一压射油缸连接；
第二压力传感器与第二压射油缸连接。
第二压射油缸上连接有第二位移传感器。
进一步需要说明的是，系统中并联设置多个第一动力单元；第一动力单元采用非对称液压泵。
进一步需要说明的是，第一压射油缸的杆腔的端部安装有第一冲头；第二压射油缸的杆腔的端部安装有第二冲头；第一压射油缸基于第一冲头以及第二压射油缸基于第二冲头将金属液注入模具。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
基于本发明提供的基于压铸机的压射系统实现了动力单元与压射油缸组件直接相连，采用静压传动，没有阀件节流损耗，从而解决了目前能耗高的问题。
动力单元通过变排量装置调节，在相同输入转矩的情况下，动力单元排量与油缸压力呈反比例关系，通过减小动力单元的排量，可以控制压射油缸组件增压比，从而解决目前增压比小、不可调的问题。
压射系统可以具有多个压射油缸，大大缩短了金属液在型腔中的流动时间，同时可以实现多点增压及补缩，提高了产品质量，还可以实现超大型铸件的高压铸造的问题。
此外，本发明的压射系统还具有响应速度快、回路简化、能量利用率高等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为基于压铸机的压射系统示例图；
图2为基于压铸机的压射系统实施例示意图；
图3为压射系统速度控制实施例示意图；
图4为压射系统压力控制实施例示意图；
图5为基于压铸机的压射系统另一示例图；
图6为基于压铸机的压射系统压力控制控制另一示例图；
图7为基于压铸机的压射系统的又一示例图；
图8为基于压铸机的压射系统的另一实施例图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示，本发明提供的基于压铸机的压射系统包括：第一动力单元、第二动力单元、第一溢流阀113、第一液控单向阀120a、蓄能器114、第二液控单向阀120b、第二溢流阀131、第三溢流阀132、第一压力传感器140a、第二压力传感器140b、压射油缸组件、模具161、控制组件以及上位机171。
本发明涉及的上位机171可以包括网络设备和/或用户设备。其中，上位机171包括，但不限于单个网络服务器、多个网络服务器组成的服务器组或基于云计算(CloudComputing)的由大量主机或网络服务器构成的云。
上位机171可以通过网络与系统中的被控元件进行通信，进而获取系统运行信息，还可以远程控制系统运行。网络包括但不限于互联网、广域网、城域网、局域网、虚拟专用网络(Virtual Private Network，VPN)等。
具体的讲，上位机171通过控制组件分别连接第一压力传感器140a、第二压力传感器140b、第一动力单元和第二动力单元，分别控制第一动力单元和第二动力单元运行。
其中，第一动力单元可以包括：相互连接的第一电动机101a和第一传动机构102a。当然不局限于应用上述方式，系统中并联设置多个第一动力单元；第一动力单元采用非对称液压泵。
第二动力单元可以包括：相互连接的第二电动机111和第二传动机构112。
示例性的讲，本发明的压射油缸组件设置有第一压射油缸151a、第一位移传感器152a、第二压射油缸151b、第二位移传感器152b。
第一位移传感器152a与第一压射油缸151a连接，感应第一压射油缸151a的位置信息。第二位移传感器152b与第二压射油缸151b连接，感应第二压射油缸151b的位置信息。上位机171分别与第一位移传感器152a和第二位移传感器152b连接，可以获悉到相关位置信息，并根据位置信息，发出控制指令，控制系统运行。
本发明中，压射油缸组件起到了向模具161注入金属液的作用，其中，第一压射油缸151a的杆腔的端部安装有第一冲头；第二压射油缸151b的杆腔的端部安装有第二冲头；第一压射油缸151a基于第一冲头以及第二压射油缸151b基于第二冲头将金属液注入模具161。第一压射油缸151a和第二压射油缸151b可以基于动力单元的驱动来进行金属液注入动作。
本发明的实施例中，第一动力单元的第一动力输出端和第二动力单元的动力输出端分别通过第一管路301连接至第二溢流阀131第一端、第一液控单向阀120a第一端、第一压力传感器140a以及压射油缸组件第一端。第一动力单元的第二动力输出端通过第二管路302分别与第二液控单向阀120b第二端、第二溢流阀131第二端、第三溢流阀132第二端、第二压力传感器140b以及压射油缸组件第二端连接。
第二动力单元的动力输出端还分别与蓄能器114、第一溢流阀113、第一液控单向阀120a第二端以及第二液控单向阀120b第一端连接；压射油缸组件输出端与模具161连接，压射油缸组件将液态金属注入模具161；这样，构成了第一动力单元、第二动力单元、第一管路301、第二管路302、压射油缸组件、模具161构成了一个驱动控制回路，上位机171可以根据工艺需要控制各个元件，执行相应的工艺。
本发明中的第二动力单元、第一溢流阀113和蓄能器114构成补油机构，系统在油量不足时，可以进行补油。
第一液控单向阀120a和第二液控单向阀120b用于控制压射油缸组件的流量；第二溢流阀131和第三溢流阀132用于限制系统压力阈值，防止系统管路的压力超阈值，而造成故障，保证系统稳定运行。
可选的，第一传动机构102a连接有变排量装置103a，变排量装置103a通过控制组件与上位机171连接，变排量装置103a获取上位机171发送的控制指令，控制第一传动机构102a运行。
根据本申请的实施例，控制组件包括：第一运动控制器172、第二运动控制器173、伺服驱动器174、编码器175；压射油缸组件设置有第一压射油缸151a和第一位移传感器152a。
上位机171分别与第一运动控制器172和第二运动控制器173连接，分别向第一运动控制器172和第二运动控制器173发送压射工况指令，第一运动控制器172根据第一预设曲线控制变排量装置103a来调节第一传动机构102a的排量。
第二运动控制器173根据第二预设曲线，并通过伺服驱动器174来控制第一电动机101a的转速，编码器175用于向第二运动控制器173反馈第一电动机101a的转速。第一传动机构102a根据控制的排量和转速将油液输出至第一压射油缸151a，第一位移传感器152a用于感应第一压射油缸151a的位移，并将感应的位移发送至第二运动控制器173。第一压力传感器140a和第二压力传感器140b分别与第二运动控制器173连接，向第二运动控制器173反馈压射油缸组件的压力信息。
在一个示例性实施例中，基于压铸机的压射系统的液压原理为如图2是表示本发明的压射系统液压原理图的一种实施方式。第一电动机101a和第一传动机构102a组成了第一动力单元，变排量装置103a可以改变第一传动机构102a输出。第一压射油缸151a为执行机构，将液态金属注入模具161。第二动力单元、第一溢流阀113、蓄能器114组成了补油系统，用于提高系统的流量，进而提高压射油缸的速度，并且维持系统的最低工作压力，进而提升系统的响应速度。
对于本发明的系统来讲，还涉及慢速压射、快速压射工作方式。如图3是表示本发明一种实施例的压射系统速度控制示意图。上位机171发送慢速压射工况指令，至第一运动控制器172和第二运动控制器173，第一运动控制器172根据预先设定的曲线控制变排量装置103a来改变第一动力单元的排量，第二运动控制器173根据预先设定的曲线，通过伺服驱动器174来控制第一电动机101a的转速，编码器175反馈第一电动机101a的转速至第二运动控制器173构成闭环回路。第一传动机构102a根据控制的排量和转速将油液输出至第一压射油缸151a，第一位移传感器152a反馈第一压射油缸151a的位移至第二运动控制器173，构成速度闭环回路。
本发明还涉及增压压射工作方式，如图4是表示本发明的压射系统压力控制示意图。上位机171发送增压压射工况指令，至第一运动控制器172和第二运动控制器173，第一运动控制器172根据预先设定的曲线控制变排量装置103a来改第一传动机构的排量，第二运动控制器173根据预先设定的曲线，通过伺服驱动器174来控制第一电动机101a的转矩，编码器175反馈第一电动机101a的转速至第二运动控制器173构成闭环回路。第一动力单元根据控制的排量和转速将油液输出至第一压射油缸151a，第一压力传感器140a和第二压力传感器140b反馈第一压射油缸151a两腔的压力至第二运动控制器173，构成压力闭环回路。
对于本发明的另一种实施例来讲，如图5和6所示，压射系统中动力单元采用非对称液压泵201a，并去除了变排量装置103a。对于速度控制来讲，去除了第一运动控制器172。压力控制控制方式，也同样采用非对称液压泵201a取代了液压泵，并去除了变排量装置103a和第一运动控制器172。
作为本发明的另一种示例，如图7所示采用多个第一动力单元并联，第一动力单元不仅包括第一电动机101a和第一传动机构102a。第一动力单元还包括：第三电动机101b和第三传动机构102b。电动机可以采用液压泵或马达。每个第一动力单元连接有变排量装置。
这样，多个第一动力单元带动多个冲头将金属液注入模具，大大缩短了金属液在型腔中的流动时间，同时可以实现多点增压及补缩。
作为本发明的另一种示例，如图8所示，基于图7基础之上，第一传动机构采用采用非对称液压泵201a，并去除了变排量装置103a。
基于本发明提供的基于压铸机的压射系统实现了动力单元与压射油缸组件直接相连，采用静压传动，没有阀件节流损耗，从而解决了目前能耗高的问题。
动力单元通过变排量装置调节，在相同输入转矩的情况下，动力单元排量与油缸压力呈反比例关系，通过减小动力单元的排量，可以控制压射油缸组件增压比，从而解决目前增压比小、不可调的问题。
压射系统可以具有多个压射油缸，大大缩短了金属液在型腔中的流动时间，同时可以实现多点增压及补缩，提高了产品质量，还可以实现超大型铸件的高压铸造的问题。
此外，本发明的压射系统还具有响应速度快、回路简化、能量利用率高等优点。
本发明涉及的基于压铸机的压射系统中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
本发明涉及的基于压铸机的压射系统中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口、装置或单元的间接耦合或通信连接，也可以是电的，机械的或其它的形式连接。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等如果存在是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种基于压铸机的压射系统，其特征在于，包括：第一动力单元、第二动力单元、第一溢流阀(113)、第一液控单向阀(120a)、蓄能器(114)、第二液控单向阀(120b)、第二溢流阀(131)、第三溢流阀(132)、第一压力传感器(140a)、第二压力传感器(140b)、压射油缸组件、模具(161)、控制组件以及上位机(171)；
上位机(171)通过控制组件分别连接第一压力传感器(140a)、第二压力传感器(140b)、第一动力单元和第二动力单元，分别控制第一动力单元和第二动力单元运行；
第一动力单元的第一动力输出端和第二动力单元的动力输出端分别通过第一管路(301)连接至第二溢流阀(131)第一端、第一液控单向阀(120a)第一端、第一压力传感器(140a)以及压射油缸组件第一端；
第一动力单元的第二动力输出端通过第二管路(302)分别与第二液控单向阀(120b)第二端、第二溢流阀(131)第二端、第三溢流阀(132)第二端、第二压力传感器(140b)以及压射油缸组件第二端连接；
第二动力单元的动力输出端还分别与蓄能器(114)、第一溢流阀(113)、第一液控单向阀(120a)第二端以及第二液控单向阀(120b)第一端连接；压射油缸组件输出端与模具(161)连接，压射油缸组件将液态金属注入模具(161)；
第二动力单元、第一溢流阀(113)和蓄能器(114)构成补油机构；
第一液控单向阀(120a)和第二液控单向阀(120b)用于控制压射油缸组件的流量；第二溢流阀(131)和第三溢流阀(132)用于限制系统压力阈值。
2.根据权利要求1所述的基于压铸机的压射系统，其特征在于，
第一动力单元包括：相互连接的第一电动机(101a)和第一传动机构(102a)。
3.根据权利要求1所述的基于压铸机的压射系统，其特征在于，
第二动力单元包括：相互连接的第二电动机(111)和第二传动机构(112)。
4.根据权利要求2所述的基于压铸机的压射系统，其特征在于，
第一传动机构(102a)连接有变排量装置(103a)，变排量装置(103a)通过控制组件与上位机(171)连接，变排量装置(103a)获取上位机(171)发送的控制指令，控制第一传动机构(102a)运行。
5.根据权利要求4所述的基于压铸机的压射系统，其特征在于，
控制组件包括：第一运动控制器(172)、第二运动控制器(173)、伺服驱动器(174)、编码器(175)；压射油缸组件设置有第一压射油缸(151a)和第一位移传感器(152a)；
上位机(171)分别与第一运动控制器(172)和第二运动控制器(173)连接，分别向第一运动控制器(172)和第二运动控制器(173)发送压射工况指令，第一运动控制器(172)根据第一预设曲线控制变排量装置(103a)来调节第一传动机构(102a)的排量；
第二运动控制器(173)根据第二预设曲线，并通过伺服驱动器(174)来控制第一电动机(101a)的转速，编码器(175)用于向第二运动控制器(173)反馈第一电动机(101a)的转速；
第一传动机构(102a)根据控制的排量和转速将油液输出至第一压射油缸(151a)，第一位移传感器(152a)用于感应第一压射油缸(151a)的位移，并将感应的位移发送至第二运动控制器(173)。
6.根据权利要求5所述的基于压铸机的压射系统，其特征在于，
第一压力传感器(140a)和第二压力传感器(140b)分别与第二运动控制器(173)连接，向第二运动控制器(173)反馈压射油缸组件的压力信息。
7.根据权利要求5所述的基于压铸机的压射系统，其特征在于，
压射油缸组件还设置有第二压射油缸(151b)；
第一压力传感器(140a)与第一压射油缸(151a)连接；
第二压力传感器(140b)与第二压射油缸(151b)连接。
8.根据权利要求7所述的基于压铸机的压射系统，其特征在于，
第二压射油缸(151b)上连接有第二位移传感器(152b)。
9.根据权利要求1或3所述的基于压铸机的压射系统，其特征在于，
系统中并联设置多个第一动力单元；第一动力单元采用非对称液压泵。
10.根据权利要求7所述的基于压铸机的压射系统，其特征在于，
第一压射油缸(151a)的杆腔的端部安装有第一冲头；第二压射油缸(151b)的杆腔的端部安装有第二冲头；第一压射油缸(151a)基于第一冲头以及第二压射油缸(151b)基于第二冲头将金属液注入模具(161)。
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