熔模铸造液压压蜡机合模部分液压系统改进.pdf

2 0 1 3年 1 0 月 第4 1 卷 第 2 0期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAULI C S Oe t ． 2 01 3 Vo 1 ． 41 No ． 2 0 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 2 0 ． 0 4 6 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0 6 6 0 0 4 ； 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0 6 6 0 0 4 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 T H1 3 7 文献标 识码 B 文章 编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 2 01 4 0 3 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 Fa p 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 5 0 ，8 0 ，1 0 0 ， 1 2 0 ，2 0 0 ，3 0 0 ，5 0 0 ，1 0 0 0 k N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 P L C触 摸屏 上输 入蜡 模 与 合模板平行的投影面积和注蜡压力，P L C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4 D T得电，电机 1 1启动后 油液通过 电磁换 向 阀 8 - 2回油箱 ，泵 处在卸 载状 态。 泵空载运行几分钟后 ，4 D T断 电，同时 2 D T、3 D T得 电，电磁换向阀5右位工作，电磁换向阀8 - 1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 3 D T 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2 D T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 1 D T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 3 D T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 P L C 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 2 0 1 2 0 81 4 作者简介张齐生 1 9 5 4 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。Em a i l qs z h a ng 5 41 1 y a ho o ．e o m． e n。 第 2 o期 张齐生 等 熔模铸造液压压蜡机合模部分液压系统改进 1 4 1 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 A M E S i m液压 仿真 软 件对 比例 变 量 泵 部 分建 立仿真模 型。在 A ME S i m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 0 ． 8 M P a ； 图 2比例变量泵仿真 2 ． 1 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 1 0 0 ％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 1 0 ％ 逐 渐 增 加 至 1 0 0 ％ 最 大 控 制 信 号 ，每增 加 1 0 ％ 的 。 。 。 3 0 控4 0 制 5 0信6号 0 ， ％ 7 0。。 。 。 。 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 5 5 ％ 最大输入 电流时达到饱和 ，最大可控流量 为 6 7 ． 5 L ／ ra i n ，所选 的柱 塞泵 的在 ／ t 1 5 0 0 r ／ ra i n时 的理论 流量是 6 8 L ／ m i n ，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 。 2 ． 2压 力控 制仿 真 O OO O O O O 0 0 0 『 _ 、 嘲 爆田裙 1 4 2 机床与液压 第 4 l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2 0 M P a ； 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 1 0 0 ％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 1 0 0 ％ ， 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 o l O 2 03 0 4 0 5 0 6 O 7 0 8 0 9 0 9 5 1 o o 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 9 2 ％最大控制信号以 后 ，比例溢 流 阀压 力达 到 2 0 M P a ，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， 2 0 0 4 1 1 6 0 6 1 ． 【 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 ， 2 0 0 2 2 1 3 ． 【 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 ， 2 0 0 8 1 1 1 8 4 5 1 8 48 ． 【 4 】姜不居． 熔模精密铸造 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 00 4 3 747． 【 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， 2 0 0 5 3 1 7 21 7 4 ． 【 6 】薛浩． P L C在 自动压蜡机上的应用[ J ] ． 盐城工学院学 报 ， 2 0 0 0 3 2 8 3 0 ． 【 7 】张铭祥． 液压压蜡机[ J ] ． 中国铸机， 1 9 9 0 4 2 5 2 6 ． 【 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 ， 2 0 0 1 5 3 4 ． 上接第 1 3 3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， 1 99 8 11 5． 【 2 】宋文绪， 杨帆． 传感器与检测技术 [ M ] ． 北京 高等教育 出版社 ， 2 0 0 4 1 9 0 2 4 3 ． 【 3 】曹玲芝． 现代测试技术及虚拟仪器[ M ] ． 北京 北京航空 航天大学 出版社 ， 2 0 0 4 1 5 81 6 7 ． 【 4 】黄长艺， 卢文祥， 熊诗波． 机械工程测量与实验技术 [ M] ． 北京 机 械工业 出版社， 2 0 0 1 1 ， 6 87 0 ， 1 1 2 1 1 3． 【 5 】刘君华， 郭会军， 赵向阳， 等． 基于 L a b V I E W的虚拟仪器 设计 [ M] ． 北 京 电子工业出版社 ， 2 0 0 3 8 9 ． 【 6 】顾鼎明， 陆文华， 袁兆荣， 等． 虚拟仪器及其在机械工程 测试技术中的应用 [ J ] ． 上海工程技术大学学报， 2 0 0 2 ， l 6 2 1 1 01 1 3 ．