熔模铸造液压压蜡机合模部分液压系统改进

2013年10月第41卷第20期机床与液压MACHINETOOLHYDRAULICSOET2013VO141NO20DOI103969JISSN10013881201320046熔模铸造液压压蜡机合模部分液压系统改进张齐生，聂文磊一，王双，1燕山大学河北省重型机械流体动力传输与控制实验室，河北秦皇岛066004；2先进锻压成形技术与科学教育部重点实验室燕山大学，河北秦皇岛066004摘要对熔模铸造用液压压蜡机的合模部分的液压系统进行了改进，将电液比例技术应用到此系统当中，应用比例变量泵以及比例溢流阀调节合模力，使其合模力能随压型不同而作出相应调整。阐述了该系统的工作原理，并对其进行了仿真分析，仿真结果验证了该合模部分的液压系统的合理性。关键词熔模铸造；压蜡机；液压系统；合模中图分类号TH137文献标识码B文章编号100138812013201403压蜡机是在熔模精密铸造生产中制作蜡型的关键设备，压蜡机的工作过程一般包括合模、锁紧、注射装置前移、注蜡、压实、保压、熔模冷却、注蜡装置回退、开模取蜡型等基本工序。其合模部分主要用来完成模具的快速闭合、开启等功能，同时在合模板闭合时为压型提供足够的锁模力，以抵抗膏状蜡料高压快速进入压型模腔成型时产生的模腔压力，防止压型压不紧、涨开造成飞边等残次制品，是压蜡机重要的机构之一。1合模部分液压系统改进在压蜡机合模部分中，合模力是一个重要的工作参数，在一定程度上反映了压蜡机加工蜡型能力的大小。合模力不足会导致压型离缝、发生溢料，导致蜡型有飞边等缺陷。合模力太大会使压型变形，并使蜡型产生内应力和不必要的能量消耗。合模力的计算方法为FAP式中F为合模力；P为注蜡压力；A为蜡模与合模板平行的投影面积。在加工蜡型的过程中，不同的压型，不同的注蜡压力实际所需的合模力都会发生变化。现有的国内或是国外生产的压蜡机给出的合模力有50，80，100，120，200，300，500，1000KN等，用户可根据需要选择。当用户选定一种合模力的压蜡机之后，系统给出的合模力即为定值，如果更换压型，或者是改变注蜡压力，实际所需的合模力就会改变。若系统提供的合模力大于实际所需合模力，则会造成功率浪费，若小于实际所需，在压蜡过程中压型就会涨开，造成蜡型有飞边等缺陷。提出一种改进的液压系统，将电液比例技术应用到系统中，将原有的普通变量泵换成恒压比例变量泵，用比例溢流阀调节系统压力。改进合模部分的液压系统之后，用户可以在PLC触摸屏上输入蜡模与合模板平行的投影面积和注蜡压力，PLC可编程控制器计算出实际所需的合模力，根据此指令，恒压比例变量泵系统就会提供与实际合模力相符的系统压力。改变压型或是改变注蜡压力，恒压比例变量泵提供的系统压力就会相应地改变。液压系统原理图如图1所示。合模部分工作过程4DT得电，电机11启动后油液通过电磁换向阀82回油箱，泵处在卸载状态。泵空载运行几分钟后，4DT断电，同时2DT、3DT得电，电磁换向阀5右位工作，电磁换向阀81右位工作，实现差动连接，压力油进入合模缸的无杆腔，活塞杆伸出，合模缸实现快速合模。当合模板接触到行程开关，发出电信号使3DT断电，压力油继续进入合模缸无杆腔，实现慢速合模，当合模板接触到压型后，继续供油，合模缸无杆腔压力上升，当压力传感器检测的压力达到设定的合模压力值时，发出电信号使2DT断电，由液压锁7锁死合模缸的无杆腔油路并保压。注蜡完成后，蜡模经过保压冷却之后，发出电信号使1DT得电，电磁换向阀5左位工作，压力油进入合模缸有杆腔，合模缸开始慢速开模，当动模板接触到行程开关以后发出电信号使3DT得电，合模缸实现快速开模，合模部分工作完成。在此比例变量泵系统中，输入蜡模与合模板平行的投影面积、注蜡压力、合模缸活塞直径，经PLC数据处理，得出适合的合模压力，此合模压力转化成电信号输入给比例溢流阀3，比例溢流阀3调定出所收稿日期20120814作者简介张齐生1954一，男，硕士，教授，主要从事重型机械液压传动与伺服系统方面的科研和教学工作。EMAILQSZHANG5411YAHOOEOMEN。第2O期张齐生等熔模铸造液压压蜡机合模部分液压系统改进141需要的系统压力。当压型改变，或是注蜡压力改变，给定的控制信号就会相应地改变，比例溢流阀3设定的系统压力也会相应地改变。在此比例变量泵系统中，当负载压力小于系统的设定压力时，泵处在流量控制状态，改变比例流量阀2的控制信号，可以改变泵的排量，从而可以改变合模缸快速合模的速度。当负载压力达到或超过比例溢流阀设定压力时，泵处在压力控制状态，系统压力由比例溢流阀决定，但泵的排量变化仍由比例流量阀控制。改变比例溢流阀的输入信号，可以提供不同的系统压力。2合模部分液压系统仿真为了验证设计的可行性和准确性，采用AMESIM液压仿真软件对比例变量泵部分建立仿真模型。在AMESIM液压仿真软件中建立的比例变量泵的模型如图2所示，在此模型中，使用一个电磁溢流阀模拟负载。图1合模部分液压原理图2负载压力为08MPA；图2比例变量泵仿真21流量控制仿真首先进行稳态流量控制仿真，方法是1比例溢流阀完全关闭100输入信号，使其溢流压力高于负载压力；3比例流量阀的输入信号由10逐渐增加至100最大控制信号，每增加10的。30控40制50信6号0，70。控制信号，记录一值图。霉嚣主誓控制到稳态流量一输入控制信号的仿真曲线如图3所示，负载流量在55最大输入电流时达到饱和，最大可控流量为675LRAIN，所选的柱塞泵的在T1500RRAIN时的理论流量是68LMIN，可见建立的泵的仿真模型基本正确，图中得到输出流量与控制信号成比例，且曲线线性度较好，仿真结果精确度高。22压力控制仿真OOOOOOO000_、嘲爆田裙142机床与液压第4L卷当负载压力达到或高于系统设定压力时，压力控制状态，该状态仿真方法为泵处在3结论1负载溢流阀开启压力设为20MPA；2比例流量阀的输入信号随系统设定压力和所需的流量而变化；3比例溢流阀的输入控制信号从0逐渐上升到100最大电流，记录不同设定值下的仿真系统状态。控制信号从0逐渐增加至100，故可得到该系统稳态的负载压力一比例溢流阀输入控制信号的关系曲线，如图4所示，由图可见，压力控制下，系统压力由比例溢流阀的溢流压力决定，且与其控制信OLO203040506O708090951OO比例溢流阀的控制信号，图4负载压力一比例溢流阀输入控制信号的关系曲线号成比例。当设定压力上升至92最大控制信号以后，比例溢流阀压力达到20MPA，高于负载溢流阀的压力，故负载溢流阀开始溢流，进入了流量控制状态，系统压力由负载溢流阀决定。压力控制线性度良好，比例溢流阀的输入电流可成比例得控制压力状态下的系统压力，稳定性及精确度较好。将原有系统中的普通电磁溢流阀换为比例溢流阀，并应用恒压比例变量泵。此系统能根据实际压型所需的合模力，通过比例变量泵系统实现合模力无级可调。通过对比例变量泵系统建立仿真模型，并进行仿真分析可知，负载压力与比例溢流阀的控制信号成比例，所建立的合模部分的液压系统能满足合模力随着压型变化而改变的要求，所以该合模部分的液压系统设计是正确的、合理的。参考文献【1】朱育权，高殿荣熔模精密铸造液压压蜡机液压系统原理分析J液压与气动，2004116061【2】刘忠奎熔模铸造常用压蜡机的特点及选型J特种铸造及有色合金，2002213【3】熊学慧，付海军熔模铸造用压蜡机研究现状及蜡模质量控制_J哈尔滨工业大学学报，20081118451848【4】姜不居熔模精密铸造M北京机械工业出版社，20043747【5】陈冰制模工艺参数及计算机控制J特种铸造及有色合金，20053172174【6】薛浩PLC在自动压蜡机上的应用J盐城工学院学报，200032830【7】张铭祥液压压蜡机J中国铸机，199042526【8】周泽衡，姜不居飞速发展中的中国精密铸造业J特种铸造及有色合金，2001534上接第133页表2应变测试实验数据3结论从表2可以看出，实验分析得到的结果与前面的理论计算值相比存在一定偏差，但已经具有足够高的精度。存在偏差的原因可能是1实验用调理电路元件精度不够高，导致结果存在一定误差；2未计算导线电阻和未进行温度补偿。经过以上的对比分析，可以得出如下结论该应变测试系统可以实现电阻一应变转换功能，且具有足够高的精度，基本可以实现预期功能，可应用于实验教学或现场测试中。参考文献【1】崔志尚温度计量与测试M北京中国计量出版社，1998115【2】宋文绪，杨帆传感器与检测技术M北京高等教育出版社，2004190243【3】曹玲芝现代测试技术及虚拟仪器M