原標(biāo)題：廣東鴻圖：一體化壓鑄模具液壓真空閥極速響應(yīng)控制方案設(shè)計(jì)與應(yīng)用

一體化壓鑄技術(shù)的發(fā)明與應(yīng)用改變了汽車(chē)的生產(chǎn)模式，促進(jìn)了汽車(chē)輕量化的發(fā)展。目前較先進(jìn)的新能源汽車(chē)下車(chē)身方案，主要由前艙、后地板和電池托盤(pán)3個(gè)一體化壓鑄件連接而成。與傳統(tǒng)的汽車(chē)下車(chē)身相比，應(yīng)用一體化壓鑄技術(shù)的汽車(chē)下車(chē)身可減少生產(chǎn)的零部件數(shù)量和焊接點(diǎn)數(shù)量，實(shí)現(xiàn)減重和增加續(xù)航的效果。

一體化壓鑄件的生產(chǎn)需要使用大型模具和料筒以及真空壓鑄工藝，而真空工藝需要使用模具液壓真空閥。模具液壓真空閥的響應(yīng)時(shí)間是指射桿行程到達(dá)設(shè)定的真空關(guān)閉位置開(kāi)始，到模具液壓真空閥完全關(guān)閉時(shí)的時(shí)間，普遍在80～250 ms，響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。當(dāng)模具液壓真空閥關(guān)閉不及時(shí)，容易出現(xiàn)進(jìn)料情況。另外，料筒的加料口至高速起點(diǎn)位置之間的距離較短，射桿壓射時(shí)運(yùn)動(dòng)的時(shí)間只有3.0～3.5 s，在設(shè)置2.5倍安全關(guān)閥時(shí)間的情況下，實(shí)際抽真空時(shí)間僅有2.5～3.0 s，抽真空時(shí)間縮短，可能會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)真空度不足，影響產(chǎn)品質(zhì)量。此外，模具液壓真空閥油缸距離電磁換向閥之間的油管長(zhǎng)度為4～5 m，連接油管過(guò)長(zhǎng)會(huì)對(duì)模具液壓真空閥的響應(yīng)時(shí)間造成影響。一體化壓鑄件具有投影面積大和壁厚較薄等特點(diǎn)，其生產(chǎn)需要使用大型的模具以及真空壓鑄工藝，因此需要配置多個(gè)油缸驅(qū)動(dòng)的模具液壓真空閥。目前模具液壓真空閥的關(guān)閉動(dòng)作響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，而關(guān)閉不及時(shí)易發(fā)生模具液壓真空閥進(jìn)料，導(dǎo)致模具故障；預(yù)留充足的安全關(guān)閥時(shí)間則會(huì)縮短抽真空時(shí)間，導(dǎo)致真空度不足，影響產(chǎn)品品質(zhì)。因此，改善模具液壓真空閥的響應(yīng)時(shí)間，可以減少模具故障，有利于生產(chǎn)。

圖文結(jié)果

圖1 壓鑄機(jī)控制模具液壓真空閥方式電控和液控原理

在射桿位置達(dá)到設(shè)定位置時(shí)，壓鑄機(jī)PLC輸出中子液壓閥控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)輸出隔離中繼控制壓鑄機(jī)中子液壓閥動(dòng)作，壓鑄機(jī)中子液壓閥通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)模具液壓真空閥的油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)模具液壓真空閥的開(kāi)啟和關(guān)閉。該方式的電控特點(diǎn)是射桿位置信號(hào)直接由壓鑄機(jī)PLC進(jìn)行采集，壓鑄機(jī)電控輸出響應(yīng)時(shí)間短。壓鑄機(jī)中子液壓閥電磁線圈需要提供0.5~1.5 A的直流電，由于壓鑄機(jī)PLC輸出端額定電流較小，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)壓鑄機(jī)中子液壓閥，因此需要設(shè)置隔離中繼，導(dǎo)致壓鑄機(jī)電控輸出響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。該方式的液控特點(diǎn)是壓鑄機(jī)中子液壓閥主要采用先導(dǎo)式電磁換向閥，其響應(yīng)時(shí)間一般為130～160 ms，響應(yīng)性能差。此外，該方式的液壓源為壓鑄機(jī)液壓源，容易受到壓鑄機(jī)液壓系統(tǒng)壓力波動(dòng)影響。油路設(shè)計(jì)普通，無(wú)法消除模具液壓真空閥油缸的油管長(zhǎng)度影響。該方式的模具液壓真空閥的響應(yīng)時(shí)間為150～250 ms，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。

圖2 真空機(jī)控制模具液壓真空閥方式電控和液控原理

真空機(jī)控制模具液壓真空閥方式的電控和液控原理見(jiàn)圖2。壓鑄機(jī)采集射桿編碼器的射桿位置數(shù)據(jù)，在射桿位置達(dá)到設(shè)定位置時(shí)，壓鑄機(jī)PLC輸出射桿位置信號(hào)，經(jīng)過(guò)輸出隔離中繼后輸出至真空機(jī)PLC，真空機(jī)PLC隨后輸出液壓閥控制信號(hào)，經(jīng)過(guò)輸出隔離中繼控制真空液壓集成塊的液壓閥動(dòng)作，液壓閥通過(guò)液壓驅(qū)動(dòng)模具液壓真空閥的油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)模具液壓真空閥的開(kāi)啟和關(guān)閉。該方式的電控特點(diǎn)是射桿位置信號(hào)需要經(jīng)過(guò)壓鑄機(jī)PLC采集，以及經(jīng)過(guò)隔離中繼才輸出至真空機(jī)PLC，導(dǎo)致真空機(jī)電控輸入的響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。真空液壓集成塊的液壓閥電磁線圈需要提供0.5～1.5 A的直流電。由于壓鑄機(jī)PLC輸出端額定電流較小，無(wú)法直接驅(qū)動(dòng)壓鑄機(jī)中子液壓閥，因此需要設(shè)置隔離中繼，導(dǎo)致真空機(jī)電控輸出響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。該方式的液控特點(diǎn)是真空液壓集成塊的液壓閥較多采用普通型直動(dòng)式液壓換向閥，其響應(yīng)時(shí)間一般為6～80 ms，換向閥的響應(yīng)性能較差。真空液壓集成塊配置有儲(chǔ)能器，可以消除液壓源壓力波動(dòng)影響。油路設(shè)計(jì)普通，無(wú)法消除模具液壓真空閥油缸的油管長(zhǎng)度影響。該方式的模具液壓真空閥的響應(yīng)時(shí)間為80～150ms，響應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)。

圖3 模具液壓真空閥極速響控制方案電控原理

真空機(jī)PLC的CPU應(yīng)選擇高速型CPU，如選擇基本運(yùn)算處理速度（LD指令）達(dá)到1.9 ns，掃描周期達(dá)到0.19 ms的CPU型號(hào)；輸入模塊選擇響應(yīng)時(shí)間為1 ms的型號(hào)；輸出模塊選擇輸出響應(yīng)時(shí)間為1 ms的晶體管輸出型；配合壓鑄機(jī)射桿位置信號(hào)直接采集方式，可實(shí)現(xiàn)真空機(jī)PLC的1 ms高速電控輸出。

液壓電磁閥選擇帶內(nèi)置驅(qū)動(dòng)回路的直動(dòng)式電磁換向閥，液壓電磁閥內(nèi)置有驅(qū)動(dòng)回路，其控制觸點(diǎn)的電流僅為10 mA，可實(shí)現(xiàn)真空機(jī)PLC輸出端的直接控制。此外，液壓電磁閥應(yīng)選擇置位響應(yīng)性能為30 ms，復(fù)位響應(yīng)性能為15 ms的型號(hào)，使用液壓電磁閥的復(fù)位動(dòng)作控制模具液壓真空閥關(guān)閉，理論上可以實(shí)現(xiàn)模具液壓真空閥關(guān)閉動(dòng)作不大于15 ms的高速動(dòng)作響應(yīng)。

圖4 模具液壓真空閥極速響應(yīng)控制方案液控原理

1.V2儲(chǔ)能閥 2.V11單向閥 3.A1儲(chǔ)能器 4.V6減壓閥 5.模具液壓真空閥油缸 6.模具液壓真空閥閥體 7.壓鑄模具 8.V1換向閥 9.V4高速預(yù)關(guān)閥 10.V3泄壓閥 11.V5高速關(guān)閉閥

液壓控制方式采用真空液壓集成塊的方式，配置儲(chǔ)能器，穩(wěn)定液壓系統(tǒng)壓力和流量輸出。對(duì)液壓油路進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)模具液壓真空閥關(guān)閉動(dòng)作快速響應(yīng)的同時(shí)，可以消除模具液壓真空閥油缸油管長(zhǎng)度對(duì)響應(yīng)時(shí)間的影響。

真空液壓集成塊配置有儲(chǔ)能閥、單向閥、儲(chǔ)能器、減壓閥、換向閥、泄壓閥、高速預(yù)關(guān)閉閥和高速關(guān)閉閥；儲(chǔ)能閥、單向閥、儲(chǔ)能器和減壓閥負(fù)責(zé)穩(wěn)定液壓系統(tǒng)的壓力和流量，換向閥負(fù)責(zé)模具液壓真空閥開(kāi)啟和關(guān)閉動(dòng)作切換，泄壓閥負(fù)責(zé)急停狀態(tài)下的系統(tǒng)壓力泄壓，高速預(yù)關(guān)閉閥負(fù)責(zé)模具液壓真空閥油缸回油油路的慢速回油和快速回油切換，高速關(guān)閉閥負(fù)責(zé)模具液壓真空閥高速關(guān)閉動(dòng)作的實(shí)現(xiàn)。

圖5 模具液壓真空閥極速響應(yīng)控制方案模擬測(cè)試原理

表1 極速響應(yīng)控制方案測(cè)試結(jié)果

一體化壓鑄模具液壓真空閥極速響應(yīng)控制方案可以實(shí)現(xiàn)模具液壓真空閥35 ms的極速響應(yīng)控制，使模具液壓真空閥響應(yīng)時(shí)間縮短了70%左右，減少模具液壓真空閥的進(jìn)料風(fēng)險(xiǎn)，降低模具故障率，并消除模具液壓真空閥連接油管長(zhǎng)度對(duì)響應(yīng)時(shí)間的影響，有利于一體化壓鑄件生產(chǎn)。

作者

但昭學(xué) 聶俊毅 萬(wàn)里 黃志垣 林韻
廣東鴻圖科技股份有限公司

本文來(lái)自：《特種鑄造及有色合金》雜志，《壓鑄周刊》戰(zhàn)略合作伙伴