垂直增壓壓射系統的制作方法

專利名稱：垂直增壓壓射系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種全新的壓鑄機的壓射系統，特別適用于鎖模力大于1000TON (10000KN)的壓鑄機。
技術背景現代壓鑄是一種在高速、高壓環境下而又能生產精密、美觀、穩定的 鑄造產品的模具鑄造熔融金屬的成形方法。與鍛造、擠壓等塑性加工或切 削加工以及低壓鑄造相比，壓鑄具有在一道耗時較短的工序中形成復雜形 狀的成品件的顯著優點。因此，壓鑄機適用于以低廉的價格生產各種形狀 復雜的構成部件，特別是需要一定機械強度的零、部件。如各種五金產品、 玩具、摩配件、汽車配件、汽車發動機等。壓射是壓鑄機的核心技術，快壓射+增壓是壓射的關鍵。壓射+增壓過 程極短，500TON以下約0.1秒，500-2000TON約0.2秒，2000TON以上 約0.3-0.4秒。壓鑄件的品質大多數是以1/10秒位決定的。在此之前，國內的壓鑄機普遍采用的是水平增壓壓射系統，無論是一 般速度稍低、增壓建壓時間稍長的壓鑄機，還是速度稍高、增壓建壓時間 稍短可以用于鎂合金壓鑄的壓鑄機均采用水平增壓壓射系統。水平增壓壓 射系統構造，見圖l，機座18上設置有定模座板1和壓射部裝固定板3， 在這兩者之間設有拉桿2和壓射沖頭組件4。從壓射沖頭組件4開始，水 平方向依次設置有壓射油缸，油路中板13，油路尾板14。該壓射油缸包 括壓射活塞桿7和壓射油缸缸筒8。在油路中板13內部設有孔碟9和浮動 活塞10。相互固定連接的增壓活塞桿11和增壓活塞12穿過油路中板13 和油路尾板14，油路尾板14兼作增壓油缸缸套。與油路尾板14垂直配接 有增壓儲能器組件17;與油路中板13垂直配接有二速儲能器組件16，兩者之間還設置有油路上板15。 二速儲能器組件16和增壓儲能器組件17出 油都會流經孔碟9和浮動活塞10。在壓射油缸缸筒8外表面還設置有壓射 位移檢測用接近開關5和快排組件6。這種壓射系統的一個顯著特征是壓射油缸于增壓油缸均位于一條水 平線上，另一個顯著特征是增壓油缸小直徑活塞亦伸入壓射油缸缸筒內， 是浮動的，習慣稱之為浮動活塞。其工作原理結合圖2說明如下壓射之 前系統壓力油有兩路， 一路經過V1， V2， V4給二速儲能器ACC1儲備壓 力油，習慣稱之儲能。其中V1、 V4是單向閥，V2是減壓閥、用來調節二 速儲能器儲能壓力。另一路經過Vll， V12給增壓儲能器儲能，其中V12 是單向閥，Vll是減壓闊、用來調節增壓儲能器儲能壓力。壓射單元接到 壓射指令后，控制慢壓射的V3方向閥的S1電磁鐵得電，壓射油缸活塞桿 緩慢推動壓射頭，將金屬液體推至模具澆口位。而后控制快壓射的V7閥 的安全電磁鐵S4得電，允許V7閥打開，同時可以控制開口大小的比例電 磁鐵SS1得電。二速儲能器高壓油經過V7、浮動活塞與增壓活塞桿之間 的間隙進入壓射缸后腔，壓射缸推動金屬液快速充填模具型腔，隨著充型 逐漸完滿，壓射缸后腔壓力迅速上升，當壓力上升至設定值后，控制增壓 的V10閥的安全電磁鐵S5得電，允許V10閥打開，同時可以控制開口大 小的比例電磁鐵SS2得電，增儲能器高壓油經過V10進入增壓缸后腔，增 壓缸大直徑活塞，即增壓活塞，與增壓活塞桿機械連接，壓力油推動增壓 活塞及增壓活塞桿向前移動，關閉增壓活塞桿與浮動活塞間圓錐面間隙， 增壓開始。該水平增壓壓射系統結構簡單，動作可靠，增壓油缸內置于油路控制 板，制造成本較低，因此被國內絕大多數壓鑄機所采用。但是該系統亦存 在諸多不足之處1、 二速壓力油須經浮動活塞與增壓活塞桿之間的間隙進入壓射缸后 腔，由于受制于壓射油缸直徑，浮動活塞、增壓活塞桿及孔碟三個零件的強度，二速壓力油過油面積存在瓶頸，該機構不利于快壓射的瞬間提速。2、 為加大二速過油面積，必須加大增壓活塞桿與浮動活塞之間的間 隙，該機構增壓先決條件是增壓活塞與浮動活塞可靠關閉，這個間隙越大， 浮動活塞關閉的時間就越長，勢必拉長了增壓建壓時間。因此，該機構不 利于同時兼顧較快的二速速度和較短的增壓建壓時間。3、 孔碟長期經受高壓油及高速運動的浮動活塞沖擊，極易發生斷裂 和脫落的現象，存在安全隱患。4、 難以觀察增壓行程的運行狀況。5、 增壓行程較短，增壓活塞置于油路控制板內，不便在充型階段提前啟動增壓缸來實現高能充型。隨著汽車工業的發展，大型壓鑄件需求越來越大，對壓鑄產品的要求 也越來越高，為提高大型壓鑄機的壓射性能，針對常規水平增壓壓射機構 的上述不足，研發新型的壓射系統迫在眉睫。發明內容本實用新型的目的在于解決常規水平增壓壓射機構的上述不足，提供 一種使壓鑄機壓射性能、穩定性和安全性都得到顯著提高的壓射系統。本實用新型的目的通過以下技術方案來實現-垂直增壓壓射系統，包括水平設置在機座上的壓射油缸，所述的壓射 油缸包括壓射活塞桿和壓射油缸缸筒，與所述的壓射油缸配接有快排組件 和油路板，在油路板上還設置有二速儲能器組件，且該二速儲能器組件與 壓射油缸缸筒相接通，相對于壓射油缸垂直配接有增壓油缸，所述的增壓 油缸包括有增壓活塞桿和增壓活塞。所述的油路板內設置有一個單向閥，包括單向閥座，設置在其內且可 相對軸向移動的單向閥芯，以及與單向閥座固定連接的彈簧座套，所述的 單向閥座與彈簧座套之間設置有壓簧。所述的增壓油缸位于該單向閥與壓 射活塞桿之間。所述的增壓油缸垂直設置在壓射油缸的水平之上或水平之下。所述的 增壓油缸上配接有增壓儲能器組件。壓射壓力調整是通過調整增壓油缸有桿腔壓力來實現的，增壓缸有桿 腔液壓油克服與增壓缸背壓調節溢流插裝閥相連的背壓儲能器的壓力，才 能經增壓缸背壓調節溢流插裝閥溢流回油箱，以此來達到控制增壓缸有桿 腔背壓，進而達到控制壓射壓力的作用。增壓啟動方式包括壓射油缸后腔壓力反饋或壓射油缸位移反饋。所述的壓射油缸缸筒上還設置有壓射位移檢測系統，該壓射位移檢測 系統采用齒輪轉速記數器或磁柵尺。所述的增壓油缸上還配接有一個直接連接于增壓活塞、且露于增壓油 缸外用來觀察增壓行程的鍍鉻圓棒。所述的垂直增壓壓射系統與壓鑄機的合模機構采用C型架連接。垂直增壓油缸與單向閥是垂直增壓壓射系統的基本特點，壓射系統動作由液壓元件執行，PLC控制，液壓元件包括油閥、油缸、儲能器等。PLC 或工控機接受到反饋信號后，增壓閥打開，增壓油缸工作，壓射油缸后腔 壓力迅速增加，同時單向閥關閉，完成增壓功能。本實用新型的有益效果體現在該系統配有垂直增壓缸的壓射系統，采用c形架連接，配備大容量活塞式儲能器，大通徑比例流量閥，大流量高壓快閉單向閥，使得壓射系統關鍵參數遠高于中華人民共和國機械行業標準JB/T8084.2-2000要求。標準要求鎖模力大于16000TON (16000kN)壓鑄機，最大空壓射速度^4m/s，建壓時間《40ms，而采用本實用新型的 壓鑄機則可達到最大空壓射速度^9m/s，建壓時間《18ms。同時引入高能 充型技術，即在快壓射還沒結束時提前打開增壓，提高金屬熔液的充型能 量進而提高壓鑄產品的質量。垂直增壓結構中增壓缸行程較長，是國內水 平增壓方式的2倍，增壓活塞外接一只肉眼可見鍍鉻圓棒，可以非常直觀 的觀察到增壓缸運動情況，特別有利于用戶高能充型工藝調試。該系統具有快壓射及增壓流道大且短，壓射速度快，建壓時間短，增壓行程長可以 實現高能充型等優點。


以下結合附圖對本實用新型技術方案作進一歩說明圖l:水平增壓壓射系統裝配示意圖。圖2:水平增壓壓射系統液壓原理簡圖。圖3:本實用新型垂直增壓壓射機構裝配示意圖。圖4:圖3中垂直增壓壓射系統液壓原理簡圖。圖5:圖3中垂直增壓壓射系統液壓設計圖。圖6:圖3中大通徑單向閥示意圖。其中1:定模座板；2:拉桿；3:壓射部裝固定板；4:壓射沖頭組件；5: 壓射位移檢測系統；6:快排組件；7:壓射活塞桿；8:壓射油缸缸筒；9: 孔碟；10:浮動活塞；11:增壓活塞桿；12:增壓活塞；13:油路中板； 14:油路尾板；15:油路上板；16: 二速儲能器組件；17:增壓儲能器組 件；18:機座；19:壓射油路板；20:單向閥；201:單向閥芯；202:單 向閥座；203:彈簧座套；204: 0型圈；205:背環；206:壓簧；207:內 六角螺絲；21: C型架；22:增壓油缸；23:鍍鉻圓棒；P:高壓油管路； T:回油管路；V:油閥；S:開關量電磁鐵；SS:比例型電磁鐵。
具體實施方式
本實用新型揭示了一種垂直增壓壓射系統，與現有技術一樣，包括一個落地的機座18和固定在其上的作為壓鑄機的合模機構部分的定模座板 1。有一壓射油缸水平設置在與定模座板1相對的機座18上，所述的壓射 油缸包括壓射活塞桿7和壓射油缸缸筒8。在壓射油缸的壓射活塞桿7與 定模座板1之間配接有壓射沖頭組件4，且壓射油缸與定模座板1之間采 用C型架21連接。與所述的壓射油缸配接有快排組件6和油路中板13、油路尾板14。在油路中板13上設置有壓射油路板19;在油路尾板14上設置有二速儲能器組件16，且該二速儲能器組件16與壓射油缸缸筒8相 接通。相對于壓射油缸垂直配接有增壓油缸22，所述的增壓油缸22包括有 增壓活塞桿11和增壓活塞12。所述的油路中板13內設置有一個單向閥20， 其結構如圖6所示，包括單向閥座202，設置在其內且可相對軸向移動的 單向閥芯201，以及依靠內六角螺絲207與單向閥座202固定連接的彈簧 座套203，所述的單向閥座202與彈簧座套203之間設置有壓簧206。所 述的單向閥座202地外周環設有O型圈204，其內安置有背環205。所述的增壓油缸22位于該單向閥20與壓射活塞桿7之間。所述的增 壓油缸22可垂直設置在壓射油缸的水平之上或水平之下。所述的增壓油缸22單獨配接有一個增壓儲能器組件17，兩者之間由 油路上板15接通。所述的增壓油缸22有桿腔背壓調節功能，壓射壓力調 整通過調整增壓油缸22有桿腔壓力來實現。本優選實施例的增壓啟動方 式包括壓射油缸后腔壓力反饋或壓射油缸位移反饋。所述的壓射油缸缸筒8上還設置有壓射位移檢測系統5，該壓射位移 檢測系統5采用齒輪轉速記數器或磁柵尺。所述的增壓油缸22上還配接有一個直接連接于增壓活塞12、且露于 增壓油缸22外用來觀察增壓行程的鍍鉻圓棒23。該系統的工作原理結合圖4來加以說明，VI為錘頭向前/錘頭向后換 向油路簡化畫法，Sl、 S2是其控制電磁鐵。油路出油口工作油經單向閥 V2、 V3進入壓射缸的有桿腔和無桿腔。插裝閥V5及先導閥V4構成壓射 缸有桿腔排油油路，習慣稱之快排油路；插裝閥Vll及先導閥VlO、 V12 構成壓射缸無桿腔排油油路，習慣稱之壓射腔卸荷油路。快排油路是一個 常閉油路，即其控制閥電磁鐵S3不得電時快排油路常閉，S3得電，快排 油路打開。壓射腔卸荷油路是一個常開油路，即其控制閥電磁鐵S5不得電時壓射腔卸荷油路常開，S5得電，壓射腔卸荷油路關閉。這樣設計可以 防止由于油閥內泄露而造成壓射活塞前移現象，使得壓鑄油缸活塞在待機 狀態始終處于后退到位限位置(工作待機位)，既保證了安全又有利于提 高效率。壓射缸卸荷油路控制增加V12(—只面積比為1: 6的液控單向閥)來控制，只要控制油路油壓不低于主油路1/6，就可以實現對主油路的控制。從原理圖可以看出控制油來自二速儲能器，近似等于系統壓力。主油路壓射腔壓力最高時(即增壓后) 一般是系統壓力的2-3倍。使用V12的 好處在于無論什么時候均可以對壓射腔壓力油是保壓還是卸荷進行靈活 控制，特別是壓鑄機出現異常急停后，方向閥V10之S5失電，Vll插裝 閥打開，壓射腔壓力油迅速卸荷，降低壓射異常對操作者、模具造成傷害 的風險。系統壓力油經單向閥V15、 V16儲入活塞式儲能器ACC1[二速儲能 器]、ACC2[增壓儲能器]。V16、 V17是一快、二快比例插裝閥，其作用是 在需要時打開，將二速儲能器ACC1中壓力油按工藝要求以可控的分段變 化的流量經特制單向閥V13注入壓射缸后腔。實現壓射缸活塞由慢至快再 至減速停止這樣一個過程。V18是增壓比例插裝閥，其作用是壓射缸前進 至一定位置，當模具內金屬熔液基本充型完畢，V18打開，增壓儲能器 ACC2中壓力油以可控流量進入增壓缸無桿腔，實現增壓功能。V14是增 壓缸無桿腔卸荷控制油路，它是一個常開油路，即只在增壓時得電關閉， 其余時間失電打開(失電卸荷)。V6、 V7、 V8、 V9、 ACC3構成增壓背壓 控制油路。其工作原理是壓射之前，S4得電，系統壓力油經V6電比例 減壓閥減壓， 一路進入增壓缸有桿腔推動增壓活塞上升直至增壓缸后退限(此時V14處于失電卸荷狀態)，另一路給ACC3儲能，ACC3壓力油始 終通V9壓力型插裝閥控制腔。當增壓缸回退到位同時ACC3儲能到位(ACC3出口裝有壓力傳感器)，壓射準備工作完成，S4失電。增壓時， V14得電關閉，儲能器ACC2壓力油經V19流入增壓缸無桿腔，增壓缸下降，增壓缸有桿腔壓力油經V9流入油箱，此時V9作背壓溢流閥用，它可 以調節有桿腔油壓力。壓射壓力調整是通過調整增壓油缸有桿腔壓力來實現的(習慣稱背壓調節)。圖4中V9即為增壓缸背壓調節溢流插裝閥。增 壓缸有桿腔液壓油須克服與V9插裝閥相連的背壓儲能器ACC3的壓力， 才能經V9溢流回油箱，以次來達到控制增壓缸有桿腔背壓，進而達到控 制壓射壓力的作用。增壓缸啟動后、壓射缸后腔壓力急劇上升，特制單向閥V13關閉，阻 止增壓后高壓油回流至二速儲能器。增壓后壓射缸壓力計算公式如下增壓保壓階段，因Pi * Ap + Pb * (Ab-Ap)=Pa * Ab 所以Pi={Pa * Ab- Pb * (Ab-Ap) }/Ap式中Pi壓射缸后腔靜態壓力，Pa儲能器ACC2油壓，Pb增壓缸有 桿腔背壓(等于ACC3儲能壓力)，Ab增壓缸活塞面積，Ap增壓缸活 塞桿面積。以上是垂直增壓壓射系統的基本原理。實際生產用壓射系統見附圖5 作了以下改進錘頭向前、錘頭向后、增壓缸后腔卸荷因控制油缸較大， 實際是采用大通徑插裝閥實現的。快排油路主油路用了兩組大通徑插裝閥 V66、 V67，其控制油路則用了兩組小通徑插裝閥V69、 V70外加一只電磁 球閥V65來控制。V65通徑較小，作用是壓射起步(慢壓射)階段，緩慢 平穩打開快排油路，防止油缸起步抖動。V69通徑較大，作用是壓射進入 快壓射階段迅速打開，徹底消除壓射油缸有桿腔背壓，有利于快壓射的瞬 間提速。V70則是壓射到位后迅速將插裝閥關閉，實現精確定位。在儲能 器油路，增加了手動卸荷(V84、 V93)，異常超壓安全卸荷(V85、 V94)， 壓鑄機停機或異常斷電自動卸荷(V86， V96)三種安全防護措施。在儲能 器背壓控制油路，推動增壓缸后退及ACC3儲能液壓油分別來自不同的減 壓閥。推動增壓缸后退液壓油來自手動減壓閥V55,調試時，V55盡可能 低，剛好能推動增壓缸后退即可， 一般15-20Bar，調試好后鎖定不變。而ACC3液壓油來自電比例減壓閥V56，根據壓射工藝，提供相應壓力值的 壓力油，它可以在25-150Bar選取，在觸摸屏上設定。這樣設計的好處在 于在滿足工藝要求(增壓缸背壓可調)的同時，盡可能降低增壓缸啟動時的 背壓，有利于縮短增壓建壓時間。凡在相同的實用新型條件下所作有關本實用新型的任何修飾或變更， 皆乃應包括在本實用新型保護的范圍。
權利要求1.垂直增壓壓射系統，包括水平設置在機座(18)上的壓射油缸，所述的壓射油缸包括壓射活塞桿(7)和壓射油缸缸筒(8)，與所述的壓射油缸配接有快排組件(6)和油路板(13、14、15)，在油路板上還設置有二速儲能器組件(16)，且該二速儲能器組件(16)與壓射油缸缸筒(8)相接通，其特征在于相對于壓射油缸垂直配接有增壓油缸(22)，所述的增壓油缸(22)包括有增壓活塞桿(11)和增壓活塞(12)。
2. 根據權利要求1所述的垂直增壓壓射系統，其特征在于所述的 油路板(13)內設置有一個單向閥(20)，所述的增壓油缸(22)位于該 單向閥(20)與壓射活塞桿(7)之間。
3. 根據權利要求2所述的垂直增壓壓射系統，其特征在于所述的 單向閥(20)包括單向閥座(202)，設置在其內且可相對軸向移動的單向 閥芯(201)，以及與單向閥座(202)固定連接的彈簧座套(203),所述 的單向閥座(202)與彈簧座套(203)之間設置有壓簧(206)。
4. 根據權利要求3所述的垂直增壓壓射系統，其特征在于所述的 增壓油缸(22)垂直設置在壓射油缸的水平之上或水平之下。
5. 根據權利要求4所述的垂直增壓壓射系統，其特征在于所述的 增壓油缸(22)上配接有增壓儲能器組件(17)。
6. 根據權利要求1所述的垂直增壓壓射系統，其特征在于壓射壓 力調整是通過調整增壓油缸有桿腔壓力來實現的，增壓缸有桿腔液壓油克 服與增壓缸背壓調節溢流插裝閥相連的背壓儲能器的壓力，才能經增壓缸 背壓調節溢流插裝閥溢流回油箱，以此來達到控制增壓缸有桿腔背壓，進 而達到控制壓射壓力的作用。
7.根據權利要求1所述的垂直增壓壓射系統，其特征在于增壓啟動方式包括壓射油缸后腔壓力反饋或壓射油缸位移反饋。
8. 根據權利要求1所述的垂直增壓壓射系統，其特征在于所述的 壓射油缸缸筒(8)上還設置有壓射位移檢測系統(5)。
9. 根據權利要求8所述的垂直增壓壓射系統，其特征在于所述的 壓射位移檢測系統(5)采用齒輪轉速記數器或磁柵尺。
10. 根據權利要求1所述的垂直增壓壓射系統，其特征在于所述的增壓油缸(22)上還配接有一個直接連接于增壓活塞(12)、且露于增壓 油缸(22)外用來觀察增壓行程的鍍鉻圓棒(23)。
11. 根據權利要求1所述的垂直增壓壓射系統，其特征在于所述的垂直增壓壓射系統與壓鑄機的合模機構采用C型架(21)連接。
專利摘要本實用新型提供了一種能夠提高壓鑄機壓射性能、穩定性和安全性的垂直增壓壓射系統，采用增壓油缸垂直于壓射油缸的結構形式。慢壓射、快壓射液壓油經過一只大通徑單向閥進入壓射油缸后腔。增壓油缸垂直于壓射油缸，可以置于上部或下部，位于單向閥與壓射活塞之間。增壓啟動方式有兩種，一種靠壓射油缸后腔壓力反饋，一種靠壓射油缸位移反饋。PLC或工控機接受到反饋信號后，增壓閥打開，增壓油缸工作，壓射油缸后腔壓力迅速增加，同時單向閥關閉，完成增壓功能。該系統具有快壓射及增壓流道大且短、壓射速度快、建壓時間短、增壓行程長，可以實現高能充型等優點。
文檔編號B22D17/08GK201168774SQ200820031928
公開日2008年12月24日 申請日期2008年3月4日 優先權日2008年3月4日
發明者萬水平, 袁耀原, 許善新 申請人:蘇州意特機械有限公司