ES2902348T3 - Conjunto de inyección con un sistema para autorregulación de válvulas de inyección para una máquina de colada en molde - Google Patents
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Abstract
Un conjunto (1) de inyección para una máquina de colada en molde, que comprende: - un pistón (20) de inyección controlable en traslación para funcionar con metal fundido en un molde de máquina para el cual se define una velocidad deseada (Vest) durante el paso de inyección de metal; - una cámara principal (26) de presión, aguas arriba del pistón (20) de inyección, para contener y presurizar el fluido destinado a la traslación hacia afuera del pistón (20) de inyección, en el que dicha cámara principal (26) de presión está conectada adicionalmente a un drenaje (29) de inyección conectado al drenaje, a lo largo del cual funciona una válvula (105) de drenaje de retorno de inyección; - una válvula (104) de entrega de inyección proporcional para alimentar el fluido a una entrada principal (28), y, desde dicha entrada principal (28), a la cámara principal (26) de presión como resultado de la apertura de una válvula principal ( 102) de cierre; - una cámara principal (32) de contrapresión, aguas abajo del extremo (24) de cola del pistón (20) de inyección, conectada a una entrada (34) de retorno para suministrar fluido presurizado para la traslación de retorno del pistón (20) de inyección, en el que la entrada (34) de retorno está conectada aguas arriba a un entrega (36) de bomba, aguas arriba de la cual está ubicada una bomba (38); - una válvula (106) de retorno de inyección dispuesta entre la bomba (36) de entrega y la entrada (34) de retorno; - una válvula (112) de drenaje de inyección proporcional para drenar el fluido de la cámara principal (32) de contrapresión, de modo que la acción del fluido de la cámara principal (26) de presión y la acción opuesta del fluido en la cámara principal (32) de contrapresión generen un empuje hacia afuera para la actuación en traslación del pistón (20) de inyección, controlado en apertura de acuerdo con una velocidad de sintonización (Vreg); - un sistema de apertura de válvula (104) de inyección de autorregulación configurado de modo que la apertura de la válvula (104) de inyección durante un ciclo de colada en molde predeterminado se sintonice de acuerdo con la velocidad de sintonización (Vreg), determinada en función de la diferencia entre dicha velocidad deseada predeterminada (Vest) del pistón de inyección y la velocidad efectiva (Vefe) de dicho pistón de inyección detectada para el ciclo anterior de colada en molde.
Description
DESCRIPCIÓN
Conjunto de inyección con un sistema para autorregulación de válvulas de inyección para una máquina de colada en molde
La presente invención se refiere a una máquina de colada en molde actuada hidráulicamente, en particular para la colada en molde de aleaciones ligeras. En particular, el objeto de la presente invención es un conjunto de inyección por máquina, equipado con válvulas para la gestión del proceso de inyección, provisto de un sistema de autorregulación para la apertura de las válvulas de inyección, es decir, para la válvula de entrega de inyección y/o la válvula de drenaje de inyección.
Como es sabido, tales máquinas funcionan sobre un molde que consta de dos mitades de acoplamiento que forman la cavidad correspondiente para la pieza a fabricar, y que consta de un conjunto de cierre de molde y de un conjunto de inyección provisto de un pistón de inyección para presurizar el metal fundido vertido en el molde.
Durante la inyección del metal fundido en el molde por el pistón de inyección, hay un primer paso de inyección a baja velocidad, necesario para llenar los canales de colada, y un segundo paso a alta velocidad, necesario para llenar adecuadamente la cavidad.
Para hacer funcionar el pistón de inyección, se proporcionan una válvula de entrega de inyección y una válvula de drenaje de inyección, cuya apertura debe controlarse cuidadosamente para realizar correctamente el paso de baja velocidad y luego el paso de alta velocidad.
Durante el paso de baja velocidad, las válvulas de inyección se controlan típicamente en un circuito cerrado, que tiene una excelente respuesta, ya que la velocidad y los tiempos de apertura son relativamente bajos (generalmente, velocidad < 1 metro/segundo).
El paso de alta velocidad (habitualmente, 2-7 metros/segundo) es problemático, porque los controles de bucle cerrado que se utilizan actualmente y, especialmente, las válvulas en su dinámica no son capaces de reaccionar y de compensar la apertura necesaria de las válvulas dentro del tiempo establecido. Como resultado, durante el paso de alta velocidad, el pistón de inyección puede tener una velocidad menor que la deseada.
Se divulgan ejemplos de conjuntos de inyección de la técnica anterior en los documentos GB 2 138 174 A, US 2001/044671 A, US 5870305 A y US 4881 186 A.
El fin de la presente invención es crear una máquina de colada en molde equipada con un sistema de autorregulación que tenga al menos una de las válvulas de inyección capaz de superar los problemas mencionados anteriormente y, al mismo tiempo, satisfaga las necesidades del sector.
Tal objeto se consigue mediante una máquina de colada en molde fabricada de acuerdo con la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes definen realizaciones adicionales de la invención.
Las características y ventajas de la máquina de colada en molde de acuerdo con la presente invención quedarán claras a partir de la descripción dada más adelante, proporcionada a modo de ejemplo no limitante y de acuerdo con las figuras que se acompañan, en las que:
- la figura 1 muestra un diagrama funcional de un conjunto de inyección de una máquina de colada en molde, equipada con válvulas para gestionar el proceso, de acuerdo con una realización de la presente invención;
- la figura 2 es un gráfico que ilustra la tendencia de la velocidad del pistón de inyección, durante los pasos primero y segundo de inyección, en función de la carrera de dicho pistón;
- La figura 3 es un diagrama de flujo que ilustra el funcionamiento del sistema para autorregular la apertura de la válvula de entrega de inyección de acuerdo con la presente invención.
Con referencia a la figura 1, el conjunto de inyección de una máquina de colada en molde que se hace funcionar hidráulicamente se indica colectivamente con el número 1.
El conjunto 1 de inyección comprende un pistón 20 de inyección que se extiende a lo largo de un eje X de traslación entre un extremo 22 de cabeza y un extremo 24 de cola opuesto. El pistón 20 de inyección se puede trasladar cuando se le ordene a lo largo de dicho eje X de traslación por medio de un accionamiento hidráulico.
El conjunto 1 de inyección tiene también una cámara principal 26 de presión, aguas arriba del pistón 20 de inyección, es decir, aguas arriba del extremo 24 de cola del mismo, para contener y presurizar el fluido destinado a la traslación hacia afuera del pistón 20 de inyección.
Además, el conjunto 1 de inyección comprende una entrada 28 de fluido principal y una válvula 102 de cierre, colocada entre la entrada principal 28 y la cámara principal 26, y adecuada para impedir el retorno de fluido desde la cámara principal 26 hasta la entrada principal 28.
Dicha válvula 102 de cierre se fabrica de acuerdo, por ejemplo, con las enseñanzas contenidas en el documento EP-A1-2942127 a nombre del solicitante.
La máquina comprende adicionalmente un primer acumulador 30 (que puede cargarse desde un cilindro relevante, que contenga, por ejemplo, nitrógeno presurizado) para el circuito 20 de movimiento del pistón de inyección. Dicho primer acumulador 30 está conectado aguas arriba de la entrada principal 28, y, entre dicho acumulador 30 y dicha entrada principal 28, funciona una válvula 104 de entrega de inyección proporcional.
Dicha válvula 104 de entrega de inyección se controla electrónicamente, y es accionada por retroalimentación por medio de un transductor de posición 204 adecuado para detectar una señal en función de la apertura de la válvula. La cámara principal 26 de presión está conectada adicionalmente a un drenaje 29 de inyección conectado al drenaje, a lo largo del cual funciona una válvula 105 de drenaje de retorno de inyección.
El conjunto 1 de inyección comprende adicionalmente una cámara principal 32 de contrapresión, aguas abajo del extremo 24 de cola del pistón 20 de inyección, conectada a una entrada 34 de retorno para suministrar fluido presurizado para la traslación de retorno del pistón 20 de inyección.
La entrada 34 de retorno está conectada aguas arriba con una bomba 36 de entrega, aguas arriba de la cual está ubicada una bomba 38, típicamente actuada por un motor eléctrico.
Una válvula 106 de retorno de inyección se encuentra dispuesta entre la bomba 36 de entrega y la entrada 34 de retorno.
Lo que es más, como un ramal de la entrega 36 de bomba y conectada al drenaje, se encuentra dispuesta una válvula 108 de presión de bomba máxima proporcional para regular la presión en la salida 38 de bomba.
Además, la cámara principal 32 de contrapresión está conectada a un drenaje 40 de retorno, conectado al drenaje, a lo largo del cual está dispuesta una válvula 112 de drenaje de inyección proporcional, que se controla electrónicamente y que está provista de un transductor 212 de posición, adecuado para emitir una señal en función de la apertura de dicha válvula.
Además, el conjunto 1 de inyección comprende medios multiplicadores de presión adecuados para aumentar la presión del fluido contenido en la cámara principal 26, por encima de la presión suministrada por el acumulador 30. Dichos medios multiplicadores comprenden un pistón multiplicador 42, que se extiende a lo largo de un eje Y de multiplicación, coincidiendo con el eje X de traslación del pistón 20 de inyección, por ejemplo, entre un extremo 44 de cabeza, apto para funcionar en compresión en la cámara principal. 26, y un extremo 46 de cola opuesto.
El pistón multiplicador 42 se puede trasladar cuando se le ordene a lo largo del eje Y de multiplicación.
Los medios multiplicadores de presión comprenden adicionalmente una cámara secundaria 48 de presión, corriente arriba del pistón multiplicador 42, y una entrada secundaria 50 de fluido, corriente arriba de la cámara secundaria 100, para suministrar fluido presurizado.
La máquina comprende adicionalmente un segundo acumulador 52 (con el cilindro de recarga correspondiente) que está conectado a la entrada secundaria 50, y entre el segundo acumulador 52 y la entrada secundaria 50 está colocada una válvula multiplicadora 114 de liberación.
La cámara secundaria 48 de presión está conectada adicionalmente a un drenaje multiplicador 54 de retorno conectado al drenaje, a lo largo del cual está dispuesta una válvula multiplicadora 116 de drenaje de retorno.
Además, los medios multiplicadores comprenden una cámara secundaria 56 de contrapresión, aguas abajo del extremo 46 de cola del pistón multiplicador 42, conectada al segundo acumulador 52 mediante una entrada secundaria 58 de retorno.
A lo largo de dicha entrada secundaria 58 de retorno, entre el segundo acumulador 52 y la cámara secundaria 56 de contrapresión, está operativa una válvula multiplicadora principal 118, que es proporcional, controlable electrónicamente, y que está provista de un transductor 218 de posición, adecuado para emitir una señal de acuerdo con la apertura de la válvula.
Finalmente, una primera porción auxiliar 60 conecta la válvula multiplicadora 116 de drenaje de retorno con la válvula multiplicadora principal 118, y está configurada para drenar, y una segunda porción 62 conecta la válvula multiplicadora 116 de drenaje de retorno con la válvula 105 de drenaje de retorno de inyección.
Además, el conjunto 1 de inyección comprende:
- un sensor 220 de posición del pistón de inyección, como, por ejemplo, un codificador, para detectar la posición del pistón 20 de inyección;
- un transductor 232 de presión de la cámara principal de contrapresión, para detectar la presión en la cámara principal 32 de contrapresión;
- un transductor 226 de presión de la cámara principal de presión, para detectar la presión en la cámara principal 26 de presión;
- un transductor 256 de presión de la cámara secundaria de contrapresión, para detectar la presión en la cámara secundaria 56 de contrapresión.
Como se ilustra en la figura 2, el método de colada en molde comprende un primer paso de inyección, en el que el pistón 20 de inyección avanza a una velocidad reducida, para permitir que el metal fundido llene los canales de colada dispuestos en el molde.
Para el primer paso de inyección, para una apertura parcial controlada de la válvula 104 de entrega de inyección, el fluido presurizado se alimenta a la entrada principal 28, por ejemplo a una presión nominal de 150 bar, y, desde ésta, a la cámara principal 26, como resultado de la apertura de la válvula principal 102 de cierre.
Por medio de la apertura controlada de la válvula 112 de drenaje de inyección, la cámara principal 32 de contrapresión se establece para drenar, de modo que la acción del fluido, en la cámara principal 26 de presión, y la acción opuesta del fluido, en la cámara principal 32 de contrapresión generen un empuje hacia fuera sobre el pistón 20 de inyección, a la velocidad deseada.
Subsiguientemente, preferiblemente sin interrupción con el paso anterior, el método proporciona un segundo paso de inyección, en el que el pistón 20 de inyección avanza a una velocidad más alta. Por ejemplo, se pretende que el pistón 20 de inyección se mueva a una velocidad Vest que pueda alcanzar hasta 7 metros/segundo.
Para el segundo paso de inyección, para una apertura controlada adicional de la válvula 104 de entrega de inyección, por ejemplo total, el fluido presurizado se alimenta a la entrada principal 28 con un caudal mayor, y, desde ésta, a la cámara principal 26 de presión como resultado de la apertura de la válvula 102 de cierre.
Lo que es más, preferiblemente, para la apertura controlada adicional de la válvula 112 de drenaje de inyección, la cámara principal 32 de contrapresión está configurada para drenar, de modo que la acción del fluido en la cámara principal 26 y la acción opuesta del fluido en la cámara principal 32 de contrapresión generen un empuje hacia fuera sobre el pistón 20 de inyección, a la velocidad alta deseada.
Más tarde aún, preferiblemente sin interrupción con el paso anterior, el método prevé un tercer paso de inyección, en el que el pistón de inyección actúa a una velocidad casi cero, pero ejerce sobre el metal fundido un alto empuje, para forzar el metal fundido, ahora en solidificación, y compensar la contracción causada por el enfriamiento.
Para el tercer paso de inyección, se activan los medios multiplicadores de presión.
En particular, el fluido presurizado se alimenta a la entrada secundaria 50 y, desde allí, a la cámara secundaria 48 de presión seguido de la apertura controlada de la válvula multiplicadora 114 de liberación. La cámara secundaria 56 de contrapresión se alimenta con fluido presurizado de una manera controlada, a través de la válvula multiplicadora principal 118, de modo que el pistón multiplicador 42 ejerce una acción de empuje sobre el fluido presente en la cámara principal 26 de presión, aumentando la presión del mismo, por ejemplo hasta 500 bar.
Como resultado, la válvula 102 de cierre, sensible a la diferencia de presión entre la entrada principal 40 y la cámara principal 26 de presión, pasa a la configuración cerrada, separando la entrada principal 40 y la cámara principal 26 de presión de manera fluida.
El fluido en la cámara principal 26 de presión, llevado a alta presión, funciona, de este modo, sobre el pistón 20 de inyección, de modo que dicho pistón ejerce sobre el metal en el molde la acción deseada para compensar la contracción.
Después de completar el tercer paso de inyección, los medios multiplicadores se desactivan; en particular, el pistón multiplicador 42 realiza una carrera de retorno en virtud del fluido presurizado alimentado a la cámara secundaria 56
de contrapresión y a la conexión al drenaje de la cámara secundaria 48 de presión debida a la apertura de la válvula multiplicadora 116 de drenaje de retorno.
Además, el pistón 20 de inyección realiza una carrera de retorno, en virtud del fluido presurizado alimentado a la cámara principal 32 de contrapresión a través de la entrada 34 de retorno y de la bomba de entrega 36 que abre la válvula 106 de retorno de inyección, y por la conexión al drenaje de la cámara principal 26 de presión que abre la válvula 105 de drenaje de retorno de inyección.
La máquina comprende adicionalmente un medio 300 de gestión, que comprende, por ejemplo, una unidad de control electrónico, es decir, un PLC programable o un microprocesador, conectada operativamente con dichas válvulas y/o con dichos sensores y/o transductores, para controlar la apertura y cierre de dichas válvulas, en función de las señales emitidas por dichos sensores y/o dichos transductores y/o en función de un programa de gestión predeterminado.
De acuerdo con la invención, la máquina está equipada con un sistema de apertura de autorregulación de, al menos, la válvula 104 de entrega de inyección, y, opcionalmente, de la válvula 112 de drenaje de inyección, como se ilustra más adelante.
Para mayor claridad de la presentación, la descripción de más adelante se refiere a la válvula de entrega de inyección, pero el proceso también es aplicable, de la misma manera, a la válvula de drenaje de inyección.
Lo que es más, para mayor claridad de la presentación, se hace también referencia a continuación a una válvula de entrega de inyección; sin embargo, de acuerdo con las variantes de realización de la invención, se proporcionan varias válvulas de entrega de inyección, cada una en paralelo, y, opcionalmente, varias válvulas de drenaje de inyección, cada una en paralelo.
Finalmente, para mayor claridad de la presentación, se asume que, para la ejecución de un ciclo n-ésimo de colada en molde, se proporciona la consecución, durante el segundo paso de inyección, de una velocidad Vest de referencia; dicho valor Vest lo introduce manualmente el operador en el programa de gestión o lo proporciona el mismo programa de gestión.
El sistema de autorregulación calcula una velocidad de sintonización de acuerdo con la velocidad deseada Vest y una corrección DELTA: Vreg = f (Vest, DELTA).
Inicialmente, DELTA en el n-ésimo ciclo es nulo y Vreg = Vest.
La apertura de la válvula 104 de entrega de inyección en el n-ésimo ciclo se regula de acuerdo con la velocidad de sintonización Vreg (que, como se mencionó, en el n-ésimo ciclo, es igual a la velocidad deseada Vest).
La máquina realiza el n-ésimo ciclo de colada en molde, durante el cual, para el segundo paso de inyección, la válvula 104 de entrega de inyección se abre de acuerdo con la velocidad Vreg de sintonización. Durante el n-ésimo ciclo, se define la velocidad media efectiva Vefe alcanzada por el pistón 20 de inyección durante el segundo paso de inyección (para la detección por sensores o por cálculo en base a la posición detectada por el sensor 220 de posición del pistón de inyección).
El sistema de autorregulación determina la corrección DELTA de acuerdo con la diferencia encontrada en el n-ésimo ciclo entre la velocidad deseada y la velocidad media efectiva Vefe: DELTA = f (Vest, Vefe).
Por ejemplo, dicha corrección DELTA es igual a la diferencia en el n-ésimo ciclo entre la velocidad deseada Vest y la velocidad media efectiva Vefe: DELTA = Vest-Vefe.
La corrección DELTA se usa para recalcular la velocidad de sintonización Vreg = f (Vest, DELTA), que el sistema de autorregulación usará para el (n 1)-ésimo ciclo.
Por ejemplo, la velocidad de sintonización es Vreg = Vest DELTA.
En el (n 1)-ésimo ciclo, la apertura de la válvula 104 de entrega de inyección durante el segundo paso de inyección se ajusta de acuerdo con la nueva velocidad Vreg de sintonización, que, como puede verse en la descripción anterior, depende de la diferencia encontrada en el n-ésimo ciclo entre la velocidad deseada Vest y la velocidad media efectiva Vefe.
En última instancia, el sistema de autorregulación de acuerdo con esta invención proporciona el ajuste de la apertura de la válvula 104 de entrega de inyección durante el segundo paso de inyección de un ciclo de colada en molde predefinido, de acuerdo con una velocidad de sintonización, que depende de la diferencia entre la velocidad deseada y la velocidad efectiva medida para el ciclo de colada en molde anterior.
De acuerdo con una realización de la invención, de acuerdo con la figura 3, el sistema de autorregulación prevé la ejecución de un número predefinido de ciclos N*, al final de los cuales se define una corrección media DELTAdef, utilizada para ajustar la apertura de la válvula 104 de entrega de inyección para los ciclos de producción.
Además, se puede asignar a un molde predefinido la corrección media DELTAdef definida de acuerdo con el proceso descrito anteriormente, de modo que se pueda utilizar dicha corrección media posteriormente, cuando el molde predefinido se reutilice después de un período de inactividad o sea sustituido por otro molde.
De manera innovadora, el sistema de autorregulación para abrir la válvula de entrega de inyección descrito anteriormente resuelve el problema descrito, y, en particular, permite obtener para el pistón de inyección una velocidad muy próxima a la deseada para el segundo paso de inyección.
Es evidente que el experto en la técnica, con el fin de satisfacer necesidades contingentes, puede realizar cambios en el sistema de autorregulación descrito anteriormente, dentro del alcance de protección definido por las siguientes reivindicaciones.
Claims (4)
1. Un conjunto (1) de inyección para una máquina de colada en molde, que comprende:
- un pistón (20) de inyección controlable en traslación para funcionar con metal fundido en un molde de máquina para el cual se define una velocidad deseada (Vest) durante el paso de inyección de metal;
- una cámara principal (26) de presión, aguas arriba del pistón (20) de inyección, para contener y presurizar el fluido destinado a la traslación hacia afuera del pistón (20) de inyección, en el que dicha cámara principal (26) de presión está conectada adicionalmente a un drenaje (29) de inyección conectado al drenaje, a lo largo del cual funciona una válvula (105) de drenaje de retorno de inyección;
- una válvula (104) de entrega de inyección proporcional para alimentar el fluido a una entrada principal (28), y, desde dicha entrada principal (28), a la cámara principal (26) de presión como resultado de la apertura de una válvula principal ( 102) de cierre;
- una cámara principal (32) de contrapresión, aguas abajo del extremo (24) de cola del pistón (20) de inyección, conectada a una entrada (34) de retorno para suministrar fluido presurizado para la traslación de retorno del pistón (20) de inyección, en el que la entrada (34) de retorno está conectada aguas arriba a un entrega (36) de bomba, aguas arriba de la cual está ubicada una bomba (38);
- una válvula (106) de retorno de inyección dispuesta entre la bomba (36) de entrega y la entrada (34) de retorno; - una válvula (112) de drenaje de inyección proporcional para drenar el fluido de la cámara principal (32) de contrapresión, de modo que la acción del fluido de la cámara principal (26) de presión y la acción opuesta del fluido en la cámara principal (32) de contrapresión generen un empuje hacia afuera para la actuación en traslación del pistón (20) de inyección, controlado en apertura de acuerdo con una velocidad de sintonización (Vreg);
- un sistema de apertura de válvula (104) de inyección de autorregulación configurado de modo que la apertura de la válvula (104) de inyección durante un ciclo de colada en molde predeterminado se sintonice de acuerdo con la velocidad de sintonización (Vreg), determinada en función de la diferencia entre dicha velocidad deseada predeterminada (Vest) del pistón de inyección y la velocidad efectiva (Vefe) de dicho pistón de inyección detectada para el ciclo anterior de colada en molde.
2. Conjunto de inyección de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la velocidad de sintonización para un ciclo determinado es igual a la diferencia entre dicha velocidad deseada predeterminada y la velocidad efectiva medida para el ciclo de colada en molde anterior: Vreg = Vest - Vefe.
3. Conjunto de inyección de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que dicho sistema de autorregulación está operativo únicamente durante un paso de inyección a alta velocidad.
4. Conjunto de inyección de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho sistema de autorregulación está configurado para funcionar sólo durante un número predeterminado de ciclos de colada en molde, después de lo cual se define una corrección media (DELTAdef) de la velocidad deseada (Vest) para obtener la velocidad (Vreg) de sintonización, estando asociada dicha corrección media a dicho molde.
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