IP 系列压铸机压射机构和液压系统

IP 系列压铸机是意大利ITALPRESSE 公司产品主系列之一, 在汽车以及其它有色金属铸造行业已有广泛使用。按照GB10921589 标准参数对比, IP-1250 型这种液压曲肘合型卧式冷室压铸机主要参数有以下几个特点(见表1) :

a. 允许所用模具厚度大。

b. 拉杆间内尺寸小。

c. 压射水平中心调整间隔大。

d. 压室容积大。

e. 液压顶出器的顶力和行程均大。

f. 空循环一次时间短。

根据现场情况, IP-1250 型压铸机压射机构紧凑, 三级压射切换准确可靠; 液压系统线路简洁, 锥阀控制稳定。本文就IP-1250 型压铸机(以下简称IP机) 压射机构和液压系统简析如下。

1、压射机构

1.1　结构组成　图1是IP 机的压射机构简图, 它是IP系列中与IP1000、IP1500 同组, 除尺寸外, 机构组成相同。主要由以下四部分组成: 压射油缸5;增压缸11; 阀板9; 辅助装置(快卸阀2, 伸缩套管14和举升油缸13)。

压射油缸5是一个由前盖、活塞及活塞杆(带终端缓冲头)、缸筒组成的单出杆油缸。活塞与活塞杆直径比为115∶1。

增压缸11由前盖、缸筒、空心的整体活塞及活塞杆、活塞端装有单向阀8的单出杆油缸。活塞与活塞杆直径比为1187∶1。

阀板9是一个外形尺寸(长×宽×高, 图1剖面为宽) 560mm×540mm×320mm集约了压射机构的液压系统所有液压元件的部件。

辅助装置首先有快卸阀2, 此阀实为一个内插锥阀, 由阀芯、弹簧及本体组成; 其次为伸缩套管14, 此套管由上、下两套, 中间一管芯相连, 此结构缩短了截面积较细的管芯长度, 增加了刚性; 再就是举升油缸13, 此为单出杆油缸, 装于压射机构的重心处附近。

从图1可知, 压射油缸、增压缸和阀板三者之间结构关系实为整体关系。增压缸前盖既是压射油缸5 的活塞腔端盖, 又是终端缓冲套; 阀板既是增压缸后盖, 又是锥阀10的阀体。这种紧凑的结构是压力油快速进入(进油时间以毫秒计) 必不可少的。

1.2　压射过程　Ip机压射工艺基于广泛采用的三级压射: 第一级压射(慢速喂料)、第二级压射(快速充型)、第三级压射(加压凝固)。

第一级压射, 常称一级压射。压射时活塞杆4驱动压室内冲头(图中未示) 水平移动, 事先浇入圆环截面压室内的金属的液面随之平稳地上升, 当移过压室浇口使金属液充满压室空间(此时金属液前端已进入压型浇口) , 即结束一级压射。显然冲头移动速度(即压射速度) 大小决定了经过浇口时金属液是否飞溅, 以及室内液上的空间排气是否平稳。移动速度通常在0.25- 0.5m/s之间。

由图1可知, 一级压射时, 活塞杆4向图左运动, 此时压力油由b道(工艺需要还可同时由a道)进入A腔, 经单向阀8进入B、C腔, 实现一级压射。在这以前压射机构必须保证具有以下状态: g孔开放快卸; C腔e孔单向阀关闭; E腔c孔进入减压后的压力油。

第二级压射, 常称二级压射。一级压射结束后(压射行程到位) 接着开始二级压射, 后者在前者流量基础上再打开a道进油, 已进入浇道的金属液立即快速充满整个压型, 此时速度约4.5m/s (空载时7.5m /s ) , 压射速度大小根据铸件重量、复杂程度和金属液温度等因素来选取, 但是压射速度必须保证金属液充型完满, 充型时呛入到金属液内的气体控制在工艺范围内。

从图1可知, 此级压射随着a道进油而开始, 压力油由a进入经8与b道进油合二为一进入B、C腔, 其他“腔”、“口”状态同前。

第三级压射, 常称三级压射。二级压射过程中, 冲头所遇到的阻力随着金属液逐渐充型而逐渐增大, 移动速度随之减小, 当冲头减速到某一位置(此时压室内尚余有金属液) , 随着E 腔切换到可排油状态而开始增压, 此时C腔压力比原来(二级压射结束) 骤增3.5倍, 把压室内余液向已充满压型内压射, 增压过程只在0.01-0.012s内完成。由于三级压射弥补了二级压射过程中各种因素引起的铸件体积收缩, 可见三级压射是获得外形轮廓清晰、截面致密的铸件不可缺少的一次压射。

三级压射时只有a、b两道进油, 进油状态与二级压射完全相同。A、B、C腔在整个二级压射过程中压力油逐渐上升到额定值12.7M Pa, 单向阀8 逐渐关闭, 此时就是增压开始之时, 也即E 腔接通有背压控制的排油锥阀(背压阀功能) 之时, 于是增压活塞7 向图左方向移动, 封闭的B、C 腔液油受到大、小端直径比为1.87∶1的连体活塞7 压力而实现增压, 再次使压射油缸5的活杆4向图左方向移动实现第三级压射, 显然对图1 压射机构来说, 增压过程受到E 腔接通背压回油时刻和背压大小的影响。

2、液压系统

IP 机液压系统主要参数见表2。

液压系统主要由四大部分组成: 泵站、合(开) 型系统、压射系统和液压顶杆(抽芯) 系统。为叙述方便, 用假想坐标轴把图2 分成四个“象限”,横轴由锥阀VR252至VR194连“线”,纵轴由锥阀VR194转至VR152连“线”。图2 中“象限Ⅰ ”为定型上液压顶杆(抽芯) 系统;“象限Ⅱ ”为动型上液压顶杆(抽芯)系统(其中只有一个为双出杆油缸) ; “ 象限Ⅲ”为合(开) 型系统; “象限Ⅳ”为压射系统。

2.1　泵站系统

图3所示泵站分为两部分: 图中以单向阀VR206～209 为界, 上为压力调整系统, 下为油泵油箱。

压力调整系统主要功能:

a. 高低压隔离是锥阀VR210。

b. 系统高低压输出切换: 低压时, 电磁阀EV 25原位状态, 压力由VM24与VS2212联合限压, 此时VR210开启向系统低压输出; 高压时, EV25换位状态, 高压泵输出有效, 关闭了VS2212, 开启了VS2212使低压泵卸荷。

c. 系统紧急卸荷由EV2500换向。

2.2　合(开) 型系统

该系统由蓄能回路、合(开) 型回路、油路开关回路组成。见图2。蓄能回路是先导电磁阀的稳压回路, 保证锥阀开关稳定性和可靠性。蓄能器充油在整个循环中都在进行, 即开机、合型和开型时各自分别通过VR250、VR249和VR251三个单向阀充油。

合(开) 型回路实为一个单出杆油缸的回油节流调速回路。合型时,VN244开启进油, 与此相应的VN246开启, 有杆腔排油, 调整VN246开启间隙大小实施调速; 开型时VN245 开启进油,与此相应的VN243开启, 活塞腔排油, 调整VN243开启间隙大小, 实施调速。

油路开关回路主要是考虑安全操作。合(开) 型油路上串联一个可通过微型的双出杆油缸(与锥阀一体) 来控制的锥阀VR241。当EV242原位时, 双出杆两侧杆腔负荷, 垂直安装此油缸活杆顶住阀芯无法开启, 只有当EV242换位后, 油缸两腔卸荷浮动,方可开启。

2.3　压射系统

由图2 知, 该系统由一级压射回路、二级压射回路、增压缸有杆腔回路(即三级压射回路)、压射机构复位回路和辅助回路组成。

一级压射回路有两条, 一条来自伸缩油管出口f 的压力油路, 经VN151→VR453→b道→A腔→B、C腔, 此直接来自泵站,VR453可调速, 属于进口节流调速; 另一条, 即工艺要求调速更准确时与前一条同时使用, 此油路利用并联在二级压射稳压油路的锥阀VSR185, 来自稳压油路经V SR185→a道→A腔→B、C腔, 由于并联在稳压回路上的VSR185装有单向节流阀控制装置调速平稳准确。与上述相对应, 一级压射时下面四条油路状态:

a. 压射油缸活杆腔D经快速卸荷阀2的g口卸荷。

b. D 腔另一个h口由锥阀VN150关闭。

c. 压射油缸活塞腔C之e口由VN197单向阀关闭。

d. 增压缸有杆腔E 接通压力可调、定差减压和蓄能器稳压的VN159锥阀。

二级压射回路只有一条, 其上并联了两个流量不同的锥阀。流量小的锥阀V SR185主要用于一级压射时调速, 也参于二级压射增加流量。流量大的锥阀VSR303是二级压射以及以后三级压射的主阀。由于二级压射对速度要求更高, 所以二级压射时, 一级压射的主阀也在参与工作, 此时压力油从a、b两道同时进入。与一级压射主阀所不同的是二级压射主阀VSR303 为了缩短切换时间, 采用了两级先导控制: 先用EV438电磁阀控制锥阀VN304、VN 455, 再由它们控制主阀V SR303 开关; 另外, 就是V SR303 接于蓄能器的稳压回路上; 还有, 就是V SR303 直接装在压射机构增压缸的后端, 缩短了沿程。

总之, 二级压射是包含了一级压射在内的叠加压射。从图2 中也可看出这点, 压射油缸a、b道的卸油只有一个阀(VN153)控制, 而且与一级压射主阀(VN151) 是“或”门控制, 也就是说二级压射时,VN151必须处在开启状态, 否则, 二级压射也建立不起来。不言而喻, 二级压射所要求其他通路状态也与一级时状态相同。

三级压射回路, 严格来说是三级压射控制回路。因为三级压射时整个压射液压系统进油状态(包含其他状态) 完全等同二级压射状态, 只是控制增压活塞有杆腔E 的状态的液压回路进行了所需要切换而已。简言之, 三级压射是增压缸有杆腔E 腔压力由一个有背压的锥阀(VSR160) 卸荷之时而开始。正如前述,A、B、C腔压力随二级压射进行逐渐平衡,直到单向阀8关闭,才意味着二级压射结束。由EV 339、439先后控制VN159和VSR160,使E腔c

口接上VSR160的有背压卸荷回路, 此时增压活塞在前后压力差下向图1左向运动, 实施增压;VSR160控制油路上蓄能器AM157压力通常调在2154MPa上, 必要时还通过RI158调节。增压活塞移动快慢较大影响了增压过程建压的压力冲击,AM157使得IP机压力冲击低于20%。总之, 三级压射回路就是增压缸有杆腔的液压回路。

压射机构复位回路就是压射机构两个有杆腔

(D、E)和两个活塞腔(增压活塞空心B腔、C、A)分别进油和排油的回路。各腔、口功能情况如下:A腔a、b两道只有b道有排油功能;C腔e口接在可控单向阀上只有排油和截止的功能;D腔所并接g口在压射机构复位时可截止, h口具有进油和截止功能; E腔c口在压射机构复位时也有进油功能。其次, 各腔、口进排油开关情况如下:

a.压射结束后,VN151、VSR185和VSR303截止,VN182开启(g口关闭截止)。

b.由EV300、339、439分别控制VN150、159、160 使h、c两口进油。

c.b、e两口排油:由E154同时使VN151、153交换状态使b口排油: 上述h口进油时, EV300 已同时使VN197打开使e口排油。

辅助回路主要有稳压(含定差减压) 回路, 系统紧急卸荷回路, 举升缸手动回路, 压力显示回路等液压系统常规回路。

2.4　液压顶出(抽芯) 系统

从图2所示, 液压顶出(抽芯) 系统是若干个油缸回路单元组成(图中省略画法)。每个单元由先导定差减压阀RI与三位四通电液换向阀DE组合控制一个顶出(抽芯) 油缸, 油缸压力不受负载阻力变化而变化, 只受R I 定差减压阀调定。该部分各由VR252、194控制主进油路。最后, 从图2中还可看到用于压力隔离单向阀VR152把合(开) 型、压射两系统压力隔开, 不允许后者压力波动影响锁紧模具的合型液压系统。

3、结束语

以上对IP-1250型压铸机的压射机构和液压系统分析具有一定典型意义,可供使用和维修参考, 现归纳如下几点。

3.1 压射机构特点

a、压射油缸、增压缸和阀板一体化, 结构紧凑,有利于快速压射。

b、 压射油缸有杆腔采用并接可控快卸出油口,有利于快速压射。

c、 空心增压活塞与活塞杆以及其上安装单向阀, 并且靠流体自建压力打开。这种机械液压兼容设计的结构是实现快速压射的保证之一。

d、 伸缩油管分段设计改善了导管芯的受力状态, 增加伸缩可靠性。

e、增压活塞和压射活塞密封分别采用6道、8道活塞环密封, 密封可靠, 压射效率高。

f、 压射机构, 特别是油缸部位的维修保养要求较高。

3.2  液压泵站系统特点

a、 采用两台同类型油泵, 分散泵站安装空间,适应于IP 机现场情况。

b、 采用锥阀隔离高低压输出的方法较为简单。

c、 采用先导顺序阀联锁控制高低压, 组成简单, 溢流发热小。

3.3 液压其他系统特点

a、合(开) 型油缸进油除采用电信号联锁外还在锥阀体上设计了一个双出杆小油缸来确保合(开)型油缸动作安全性。

b、合(开) 型油缸排油节流, 有杆腔由一个锥阀卸荷, 活塞腔采用双锥阀并联卸荷。

c、合(开) 型液压系统所有电磁先导阀进油接在蓄能器的稳压回路上, 使锥阀开关稳定。

d、压射油缸活塞腔C由增压缸空心活塞杆的B腔供油, 然后再由A 腔和单向阀供给B腔, 这种机械2液压兼容设计是快速压射和及时增压压射重要措施之一。

e、压射时两条压射油路(一级和二级压射) 相互兼容的设计, 系统大为简化, 维修方便。

f、增压活塞有杆腔接在一个由先导定差可调减压阀的稳压回路上, 使得活塞行程不致于过长, 加之活塞为空心, 确保了增压时运动惯性不致过大, 有利于增压压射快速切换; 另外在背压控制下排油又使得增压建压时压力冲击小。

g、压射油缸h、e口的“或”门设计, 使活塞腔和有杆腔不会互相干扰。

h、由一个锥阀VR155隔离的压射系统稳压回路主要用来快速压射以及需要调速准确的慢速压射, 其次用来稳定所有先导控制阀的控制压力。在稳定回路中又并联一个先导定差可调减压稳压回路,主要用来控制增压过程。

I、压射液压系统与合型油缸液压系统压力隔离确保合(开) 型油路不受压射过程中系统压力变化的影响, 确保合型安全性。