摘 要：以#常見(jiàn)三模板冷式臥室壓鑄機(jī)為例，鎖模時(shí)壓鑄機(jī)依靠拉伸 4 根鎖模哥林柱，直至曲肘伸直達(dá)到#大鎖模力。每一模次壓鑄循環(huán)中，壓鑄機(jī)開(kāi)合模各一次，哥林柱被拉伸 2 次。鎖模力的大小是通過(guò)特殊的檢測(cè)裝置，檢測(cè) 4 根哥林柱開(kāi)鎖模過(guò)程中的形變量，轉(zhuǎn)化成一定的模擬量輸出，#后將輸出按比例換算的拉伸力通過(guò)顯示器讀取，以顯示鎖模力的大小，是相對(duì)較準(zhǔn)確的一種衡量鎖模力變化的生產(chǎn)指導(dǎo)方式。可實(shí)際生產(chǎn)中，往往因機(jī)器配置低,或者原配檢測(cè)裝置性能不穩(wěn)定的原因，使所測(cè)鎖模力不穩(wěn)定。本文提供了一種以檢測(cè)鎖模油缸后腔壓力的方式，通過(guò)變送器裝置轉(zhuǎn)化為模擬量輸入給壓鑄機(jī) PLC 系統(tǒng)，達(dá)到較為準(zhǔn)確的顯示鎖模力大小的效果，從而有效指導(dǎo)生產(chǎn)。
壓鑄機(jī)是在壓力作用下把熔融金屬壓射到模具中冷卻成型，開(kāi)模后得到固體金屬鑄件的一系列工業(yè)鑄造機(jī)械，包含各種不同型號(hào)規(guī)格的冷式和熱式壓鑄機(jī)。本文講述的三模板冷室臥式壓鑄機(jī)，采用了國(guó)內(nèi)外普遍推廣的液壓驅(qū)動(dòng)—曲肘機(jī)械擴(kuò)力式合模機(jī)構(gòu)，具有運(yùn)動(dòng)合理、鎖模可靠、結(jié)構(gòu)緊湊、節(jié)省能耗和便于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，而被廣泛使用。機(jī)器鎖模力的產(chǎn)生，依賴(lài)曲肘擴(kuò)張時(shí)拉伸 4 根哥林柱，達(dá)到#大拉伸力度，從而保證模具表面貼合后，能承受住金屬液壓射過(guò)程中產(chǎn)生的沖擊，不被脹開(kāi)的#大抱緊力，是壓鑄機(jī)選型及生產(chǎn)中#重要的參數(shù)之一，是決定機(jī)器性能的關(guān)鍵。
實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常由于模具熱膨脹、機(jī)器位置發(fā)生變化或者模具夾鋁皮鋁渣原因，導(dǎo)致機(jī)器無(wú)法鎖緊，同時(shí)鎖模力出現(xiàn)偏差，繼而出現(xiàn)飛料現(xiàn)象。多次強(qiáng)行合模生產(chǎn)時(shí)，會(huì)損害模具，影響產(chǎn)品質(zhì)量，耽誤生產(chǎn)進(jìn)度，甚至出現(xiàn)飛鋁傷人等安全事故。沒(méi)有鎖模力指導(dǎo)或者鎖模力偏差，由此而付出的代價(jià)，只會(huì)變得更大。必須時(shí)刻關(guān)注壓鑄機(jī)生產(chǎn)中的鎖模力，保證鎖模力達(dá)到機(jī)器配置的鎖模大小，這樣才能發(fā)揮#佳性能。同時(shí)，擁有準(zhǔn)確的鎖模力顯示，對(duì)更換模具前后，調(diào)整機(jī)器參數(shù)也是很重要的指導(dǎo)。我車(chē)間從 2009 年起使用深圳某公司生產(chǎn)的三模板壓鑄機(jī)，機(jī)器原配時(shí)自帶鎖模力檢測(cè)裝置還有屏幕顯示，而且這是購(gòu)機(jī)時(shí)的一個(gè)選配項(xiàng)。該檢測(cè)裝置通過(guò)套在一根哥林柱上的應(yīng)力環(huán)，檢測(cè)一根哥林柱拉伸時(shí)形變量，換算成整機(jī)的鎖模力大小。由于頻繁的開(kāi)合模生產(chǎn)，使用時(shí)間在 2 年左右就出現(xiàn)偏差，無(wú)法達(dá)到正常精度指示，采購(gòu)新配件，代價(jià)大，且使用中偏差率較大，不能很好地起到指示意義。現(xiàn)提供一種簡(jiǎn)便有效、價(jià)格合理的檢測(cè)方法，用于壓鑄機(jī)單元的鎖模力指示實(shí)踐。
1 可行性分析
1.1 雙曲肘合模機(jī)構(gòu)的工作特點(diǎn)
1）合模機(jī)構(gòu)有增力作用。圖 1 為合模裝置結(jié)構(gòu)圖，開(kāi)合模液壓缸動(dòng)作，推動(dòng)曲肘組件的連桿中心，作用在連桿的多關(guān)節(jié)鑄板上，通過(guò)力矩放大，將#終的作用力傳遞到圖中的動(dòng)模板，在合模后期模具表面貼合后，持續(xù)擠壓動(dòng)模板，由于頭板螺母及尾板螺母都抱緊哥林柱，所以擠壓力反作用傳遞給了4 根哥林柱，依靠拉伸哥林柱，將模具表面貼合嚴(yán)緊，直到#后曲肘伸直，哥林柱拉力達(dá)到#大，此時(shí)的模具貼合力就是機(jī)器拉伸哥林柱的鎖模力大小，理論上可以將動(dòng)力源—合模液壓缸的推力放大16～26 倍（設(shè)備性能參數(shù)）。由于曲肘伸直長(zhǎng)度一定，安裝不同的模具時(shí)，通過(guò)圖 1 中的調(diào)模大齒輪使尾板向前向后移動(dòng)，保證#終合模時(shí)曲肘能伸直，鎖模力能達(dá)到#合理狀態(tài)。
2）當(dāng)肘桿伸直成一直線時(shí)，此時(shí)曲肘組件徑向不存在夾角，這樣的機(jī)構(gòu)就處于自鎖狀態(tài)，此時(shí)，可以撤去合模液壓缸的推力，合模系統(tǒng)仍然會(huì)處于合緊狀態(tài)，而且鎖緊力不會(huì)變化。
1.2 液壓鎖模中液壓油路特點(diǎn)
圖 2 所示為整個(gè)鎖模油缸動(dòng)作的所有油閥和壓力油流向圖，圖中在前后腔下方油路中都有溢流閥、電磁換向閥、插裝閥等，這些油閥相互配合作用，控制著開(kāi)合模的整個(gè)過(guò)程，包含慢速、快速、低壓以及高壓幾個(gè)階段。
圖 3 是高壓鎖模過(guò)程時(shí)，高壓油及控制油流向圖，高壓鎖模作用在鎖模動(dòng)作的后段位置，由于關(guān)斷卸荷作用，此時(shí)后腔供給的油壓達(dá)到系統(tǒng)#大，前腔無(wú)阻力直接排回油箱。
1.3 鎖模力產(chǎn)生分析
1）由曲肘增力特性可知，鎖模力產(chǎn)生在模具合緊，模面貼合的位置處，此時(shí)肘桿持續(xù)作用力直到伸直，通過(guò)曲肘的各關(guān)節(jié)鑄板作用在模具上的力矩放大，將鎖模油缸向前的推力放大 16~26 倍。在產(chǎn)生鎖模力過(guò)程時(shí)，如果鎖模油缸給定的油壓值不變，肘桿連接的壓鑄機(jī)尾板位置不變化，即就是曲肘能完全達(dá)到鎖緊伸直狀態(tài)時(shí)，油壓放大倍數(shù)在肘桿伸直位置處應(yīng)是一個(gè)基本恒定的倍數(shù)值。
2）結(jié)合壓鑄機(jī)油路圖（圖 3），高壓鎖緊液壓油路產(chǎn)生在曲肘即將伸直的后期，是鎖模油缸產(chǎn)生推力的動(dòng)力源。此時(shí)壓鑄機(jī)系統(tǒng)高壓油直接作用于后腔，產(chǎn)生大的向前推力，持續(xù)推動(dòng)過(guò)程中，遇到模具模面接觸時(shí)，活塞產(chǎn)生很大的背壓，此時(shí)鎖模后腔形成一個(gè)建壓過(guò)程，持續(xù)推動(dòng)曲肘移動(dòng)放大作用力，擠壓動(dòng)模產(chǎn)生形變量，使模具的貼合力變大，直至曲肘伸直，反作用在哥林柱上使形變量達(dá)到#大，此時(shí)模具抱緊也達(dá)到#大值。鎖模機(jī)構(gòu)在完成以上動(dòng)作后，會(huì)觸碰到一個(gè)鎖模到位限位開(kāi)關(guān)，油泵泄壓，卸掉油缸推力。
3）壓鑄機(jī)模具鎖模整個(gè)過(guò)程中，液壓缸的推力是一個(gè)變化的量值，但只在#終高壓鎖模位置時(shí)，產(chǎn)生推動(dòng)曲肘放大的動(dòng)力。選取鎖模油缸后腔油壓壓力值，通過(guò)一個(gè)壓力變送裝置，將油壓值轉(zhuǎn)化成模擬量輸入信號(hào)，通過(guò)一定的公式比例換算，在#終鎖模位置處，采集建壓過(guò)程中所產(chǎn)生的#大輸入量，轉(zhuǎn)換為壓鑄機(jī)曲肘伸直狀態(tài)下的大杠應(yīng)力值，也就是壓鑄機(jī)的#大鎖模力。通過(guò)以上分析，方案可行。
2 方案實(shí)施
2.1 實(shí)施過(guò)程流程
實(shí)施過(guò)程流程如圖 4 所示。
2.2 具體實(shí)施過(guò)程
1）采集鎖模油缸后腔壓力，輸入一個(gè)量程 250bar的壓力變送器單元（圖 5、圖 6、圖 7、圖 8）.
2)將輸出（0 V~10V）模擬量信號(hào)輸入壓鑄機(jī)主機(jī) PLC 模擬量模塊的備用空點(diǎn)處，編輯并確認(rèn)模擬量模塊輸入地址值。編輯 PLC 程序，在特定程序功能中編輯程序段，采集模擬量模塊輸入數(shù)據(jù)，通過(guò)專(zhuān)用的鎖模力檢測(cè)儀器（圖 9）配合進(jìn)行調(diào)校數(shù)據(jù)，獲得在鎖模到位時(shí)，采集的#大油壓轉(zhuǎn)換值（圖 10、圖 11），再將該轉(zhuǎn)換值通過(guò)比例換算，得到與檢測(cè)儀器基本一致的數(shù)據(jù)輸出（圖 12），將輸出結(jié)果傳送到工控畫(huà)面中其中一項(xiàng)輸出地址處輸出（圖 13）.實(shí)際操作中，編輯如下程序段：
L PIW520
ITD
L250
*D
L L#**** (* 處取 27648 為調(diào)校取值 )
/D
L0
- D
T DB100.DBD4
設(shè)置合適的位置數(shù)據(jù)，將油壓轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳送給比例特定輸出，暫存于臨時(shí)變量。
LDBD100.DBD0
L1000
*D
L15000
+D
L10
/D
T#TEMPO
將該傳送輸出的臨時(shí)變量，賦給工控機(jī)某輸出畫(huà)面的一個(gè)地址值，輸出顯示的就是該機(jī)器鎖模力數(shù)據(jù)。
3)調(diào)試完成后，需要在后續(xù)多模次生產(chǎn)中進(jìn)行效果驗(yàn)證，通過(guò)機(jī)器屏幕上顯示數(shù)值與鎖模力測(cè)試儀檢測(cè)數(shù)值比對(duì)，測(cè)試開(kāi)合模及正常生產(chǎn)超過(guò) 200模次，屏幕顯示數(shù)據(jù)基本與檢測(cè)儀器測(cè)量數(shù)據(jù)基本一致（圖 14、圖 15），表 1 為屏幕顯示數(shù)據(jù)與檢測(cè)儀器測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)比情況統(tǒng)計(jì)，從表 1 可以看出偏差率小于 2%，達(dá)到顯示實(shí)際壓鑄機(jī)鎖模力的目的，改造完成。
鎖模力是壓鑄機(jī)選型的關(guān)鍵參數(shù)，壓鑄機(jī)的鎖模力在實(shí)際生產(chǎn)中需要根據(jù)模具的情況進(jìn)行調(diào)整，鎖模力的大小直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量與模具的壽命，所以鎖模力的正確顯示就非常重要。如果設(shè)備所顯示的鎖模力與實(shí)際鎖模力偏差太大，就可能無(wú)法使機(jī)器發(fā)揮出自身#大的性能，要么鎖模力調(diào)整太大，損傷模具，長(zhǎng)期如此可能壓塌模具或者出現(xiàn)局部飛料，同時(shí)加速曲肘磨損，損害 4 根哥林柱（哥林柱是根據(jù)機(jī)器#大鎖模力進(jìn)行配置的）；要么太小，模具鎖不緊，出現(xiàn)飛料、充填不到位等情況，影響生產(chǎn)的順利進(jìn)行。
3 結(jié) 論
經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐證明通過(guò)壓力變送器輸出油壓值等效轉(zhuǎn)化為壓鑄機(jī)鎖模力來(lái)測(cè)量鎖模力大小的方法，重復(fù)測(cè)試符合率超過(guò) 99%，完全能夠用于指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)際，可向工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中的相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行推廣。
相關(guān)產(chǎn)品tuijian：LH3851GP3STM2 0-10MPa壓力變送器、小型壓力變送器
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