压铸机压射系统控制技术的发展(一)
压铸机压射系统控制技术的发展（一）
压力铸造作为一种终形和近终形的成形方法，具有生产效率高、经济指标优良、压铸件尺寸精度高和互换性好等特点，在制造业，尤其是规模化产业获得了广泛的应用和迅速的发展。压铸件已成为许多产品的重要组成部分，随着轿车、摩托车、内燃机、电子通讯、仪器仪表、家用电器、五金等行业的飞速发展，压铸件也趋于精密化、大形化、薄壁化、多样化，压铸件的功能和应用领域不断扩大，对压铸机的工作性能和可靠性方面的要求也越来越高。在市场要求及现代控制技术发展的背景下，压铸机压射系统控制技术，作为影响压铸机性能的主要因素，也得到了极大的发展。
一、压铸工艺对压射系统的要求
压射是压铸的关键步骤。为确保压铸件的质量，必须以足够高的压力使金属液高速填充型腔。压铸机的压射动作原理，大致可分三个阶段完成：第一阶段为慢速射料，使金属液缓慢地流到射咀附近，以便排除浇注系统内的部分空气；第二阶段为快速射料，将金属液在高压、高速下射入型腔：第三阶段为保压阶段，使铸件在冷却过程中保持压力，确保其密实度。
二、压铸机的先进性
先进性主要体现在生产过程中的稳定性和可再现性，即每次压射尽可能接近预先设定的理想的压射曲线。但在压铸过程中存在很多变量影响压铸过程的稳定性。液态金属压所考虑的压射工艺因素主要的是充型条件，因为在充型过程中，压室中的金属量、冲头运行时所受的阻力、模具温度等都会对施加于金属液上的压力和冲头的速度产生巨大的影响，而这两方面又是影响充型条件最为重要的参数。压铸机和模具的工作状态、储能器压力等静态因素在工艺设备选定之后是不可改变的。而一些动态因素和人为因素所引起的变量(如
每次压射的金属量及其温度、模具温度、液压油粘度、涂料的喷涂质量人为设定的参数等等)必须通过压射控制系统进
行修正。
自动补偿控制是目前微机控制压铸机中采用最多的一种
控制方式。如日本东芝公司的DC一T型压铸机、宇部公司
的UB-GC型压铸机、东洋公司的BD-V2C-P型压铸机等都属
于这一类型。所谓自动补偿控制，就是压铸机对一些重要参数项进行的非在线的反馈控制。具体地说就是在一个完整的压铸周期中，微机只对压铸机的各种参数进行检测和运算处理，而不对其进行实时反馈控制。当一些重要的工艺参数超出范围时，计算机通过运算后在两个压铸周期之间自动进行调整。（待续）
一般的压铸机自动补偿控制项包括：①压铸机：工艺参数自动补偿，包括压射低速、压射高速转、高低速转换位置、增压建压时间、铸造压力的自动补偿。②合型力自动补偿。
③浇注量、浇注周期自动补偿。由于压铸产品是将熔化的铝液高速填充进型腔后加压冷却形成的，因此压射工艺参数的自动补偿对压铸件质量的影响是最大的，也是最关键的。由于反馈调整和计算都是由微机自动完成的，因此自动补偿控制压铸机能有效地保持产品质量的连续性、，降低外部因素的干扰，保证产品质量的稳定性，并大大降低了操作工的劳动强度。
三、实时闭环控制
实时控制是近年来发展起来的一种压铸新工艺、新技术，并随着计算机运算速度的飞速增长和相应液压系统、液压元件、电子元件性能的不断提高而变得日臻完善。瑞士布勒公司的SC/D系列压铸机、美国Tymac公司的实时控制系统等
都是属于这一类产品。实时控制压铸机的特点就是在压射的全过程中对压射的速度进行连续不断的检测和修正，也就是说这种控制不像自动补偿控制是在两个压铸周期之间进行
反馈调整，而是随着压射过程的进行而连续不断地进行反馈控制。
液态金属压铸所考虑的压射工艺因素主要的是充型条件，因为在充型过程中，压室中的金属量、冲头运行时所受的阻力、模具温度等都会对施加于金属液上的压力和冲头的速度产生巨大的影响，而这两方面又是影响充型条件最为重要的参数，还有对慢压射一快压射的转换时间、填充阶段的压力稳定以及增压建压的反应时间要求极短，而且压射力是
液态的二、三倍。一次压射时间平均需20～80 ms，薄壁铝
合金或镁合金件要求的充填时间更短，为5-12 ms，压射控
制系统必须能够以只相当于一次压射所用时间的10％左右，即2～8 ms的响应时间来控制压射曲线。这对电子线路系统就提出了严峻的要求，即电子线路控制系统必须在几微秒内作出反应。可再现性要求高，就要安装金属前沿传感器。在金属液封住传感器时，金属液的前沿被精确地辨认出，信息反馈到电子控制设备，电子仪器重新计算，可以得到稳定的最佳压射曲线。压铸件的组织和性能取决于压铸型腔内及其邻近区域的热物理条件，所以发展靠近型腔的热探测器和传感器有重要意义。电液伺服控制技术作为连接现代微电子技术、计算机技术和液压技术的桥梁，已经成为现代控制技术的重要构成，由于它具有线性好、死区小、灵敏度高、动态性能好、响应快、精度高等显著优点，因而能够应用在实时控制压铸系统中。
实时控制压铸机由于采用了高灵敏度和高稳定性的检测
元件、执行元件、液压元件以及独特的液压系统和高速的微机处理元件，使其闭环响应时间非常短，如布勒公司的实时控制系统和Tymac公司的实时控制系统的响应时间都达到了毫秒级。正因为实时控制的这些特点，使它的压射不同于传统压铸机的三段式压射，它可以根据实际需要进行多段压射。如Tymac公司的实时控制系统可以实现七段压射。这样就可以根据铸件的需要，灵活地调节压射过程。
压铸及其相关技术涉及机械制造、液压传动、材料、冶金、电气、传感器、检测、自动化、计算机和化工等许多学科领域，并向边缘学科渗透。采用电液比例及电液伺服控制技术、计算机控制技术，以及新型液压元器件和传感器等，对压铸过程实施实时闭环控制、工艺参数跟踪检测和自动反馈等，有利于提高压铸工艺优化水平和压铸机工作的可靠性，是压铸机压射系统控制技术的发展方向。（待续）
压铸机实时压射控制系统对铸件质量的影响
压铸机实时压射控制系统对铸件质量的影响 摘要：对当前众所关注的压铸机实时压射控制系统作了较为全面的阐述和介绍。从影响铸件质量的主要因素出发，提出实时压射控制思路的由来，进一步涉及到实时压射控制系统的实质性内容，及其时压铸优质铸件所带来的实效。阐述了组成该系统的关键之所在，结合生产现状提出应该注意的问题，还有如何认定系统本身应具有的精度和灵敏度指标，以及引进该设备中所要求提供的测试数据等。 关键词：伺服系统实时压射工艺参数压射曲线 压铸件的质量在很大程度上取决于压铸机压射性能的优劣。现代化的压铸机在压射控制方面对冲头速度和压力曲线能够做到精确编程，但是每一次压射过程都会与事先所设定的曲线产生无法避免的偏差，在压射过程中及时去修正这些偏差，纠正压射中的相应数据，并在极为短暂的时间内将其切换成修正后的数据，回到原来所设定的最小偏差范围之内，这就是实时压射控制。 1影响压铸件质量的主要因素 影响压铸件质量的因素是多方面的，其中最为主要的是充型条件，铸件中的气孔、尺寸精度及表面质量等这些均与充型条件有密切关系。充型过程中可变因素复杂多样，从总体上可以划分为静态的、人为的和动态的3个类别。静态方面包括：压铸机本身的性能、铸件结构、模具结构、储能器压力及增压压力。属于人为的有：阀、定时开关、行程开关、金属液的温度及液压油的粘度等。动态方面的可变因素众多，也是最难以控制的，压室中的金属量、冲头运行时所受的阻力、模具温度以及采用真空压铸时的负压曲线等，都会对施加于金属液上的压力和冲头的速度产生巨大的影响，而这两方面又是影响充型条件最为重要的参数。 2实时压射控制的基本原理 严格的掌握压射中参数变化的规律，使其始终处于恒定状态，一直是压铸工作者努力的方向。从当前参数变化曲线的测定和监控中，我们可以得到很多的启发。由图1可知，理想的冲头速度，既是冲头所处位置的函数，也与冲头行程有关，在位置P,为慢速起始速度，在位置Pz为向前运行的速度，在位置Ps为充型阶段的速度以及在位置P9为瞬时实现制动到零的阶段。这是一条理想的速度曲线，而实际情况如图2所示。 利用现代化的测试手段，再加上设计出一种最佳控制系统，使每次压射过程中反映在曲线上的偏差最小，有其再现性，使铸件的前后质量都能有所保证。从铸件的实际需要出发，设置一种环绕着以速度曲线为底线的公差带，只要使每次压射时的速度处于公差带范围之内，就能生产出合格的铸件。在每次压射过程中，如果超出了公差带的范围，则必须通过质量复检才能确定铸件是否合格，如图3所示。
压铸工艺流程与压射压力
? ? 上海旭东压铸技术咨询培训资料压铸工艺参数 一、压铸工艺流程图示
上海旭东压铸技术咨询培训资料 压铸工艺参数 二、压射压力 压力
T1 t2 t3 t4 保压时间 升压充填增压 注：t1 金属液在压室中未承受压力的时间；P1为一级（慢速） t2 金属液于压室中在压射冲头的作用下，通过内浇口充填型腔的时间；P2为二级（快速） t3 充填刚刚结束时的舜间；P3为三级（增压） t4 最终静压力；P4为补充压实铸件 4P y P b= Лd2 式中：P b 比压（Mpa）; Py 机器的压射力（N）； （压射力=压射缸直径×蓄压器压射时间最小压力） d 压室（冲头）直径（MM） 选择比压考虑的的主要因素 上海旭东压铸技术咨询培训资料压铸工艺参数 比压 因素选择条件 高低 壁厚薄壁厚壁压铸件结构形状复杂简单 工艺性差些好些 结晶温度范围大小压铸合金特性流动性差好 密度大小
比强度大小 阻力大小浇注系统散热速度快慢 公布合理不太合理排溢系统截面积大小 内浇口速度快慢 温度合金与压铸模具温度大小 ●压铸各种合金常用比压表（Mpa） 铸件壁厚≤3(mm) 铸件壁厚>3(mm)合金结构简单结构复杂结构简单结构复杂 锌合金20-30 30-40 40-50 50-60 铝硅、铝铜合金25-35 35-45 45-60 60-70 铝、镁合金30-40 40-50 50-65 65-75 镁合金30-40 40-50 50-65 65-80 铜合金40-50 50-60 60-70 70-80 ●压力损失折算系数K 直浇道导入口截面F1，K值与内浇铸口截面F2之比>1 =1 <1 立式冷室压铸机0.66-0.70 0.72-0.74 0.76-0.78 卧式冷室压铸机0.88 上海旭东压铸技术咨询培训资料压铸工艺参数 ●压射速度 浇注金属液量占压室容积百分数(%) 压射速度(cm/s) ≤30 30-40 30-60 20-30 >60 10-20
压铸机工艺参数分析
?压铸工艺参数分析（一） ? ? 为了便于分析压铸工艺参数，下面示出如图5-1和图5-2所示的卧式冷室压铸机压射过程图以及压射曲 线图。压射过程按三个阶段进行分析。 第一阶段(图5-1b)：由0 -Ⅰ和Ⅰ-Ⅱ两段组成。0 -Ⅰ段是压射冲头以低速运动，封住浇料口，推动金属液在压射室内平稳上升，使压射室内空气慢慢排出，并防止金属液从浇口溅出；Ⅰ-Ⅱ段是压射冲头以较快的速度 运动，使金属液充满压射室前端并堆聚在内浇口前沿。 第二阶段(图5-1c)：Ⅱ-Ⅲ段，压射冲头快速运动阶段，使金属液充满整个型腔与浇注系统。 第三阶段(图5-1d)：Ⅲ-Ⅳ段，压射冲头终压阶段，压射冲头运动基本停止，速度逐渐降为0。 a) 图5-1 卧式冷室压铸机压射过程图
图5-2 卧式冷室压铸机压射曲线图 s--冲头位移曲线P0--压力曲线v--速度曲线 1、压力参数 （1）压射力压射冲头在0-Ⅰ段，压射力是为了克服压射室与压射冲头和液压缸与活塞之间的摩擦阻力；Ⅰ-Ⅱ段，压射力上升，产生第一个压力峰，足以能达到突破内浇口阻力为止；Ⅱ-Ⅲ段，压射力继续上升，产生第二个压力峰；Ⅲ-Ⅳ段，压射力作用于正在凝固的金属液上，使之压实，此阶段有增压机构才能实现， 此阶段压射力也叫增压压射力。 （2）比压比压可分为压射比压和增压比压。 在压射运动过程中0-Ⅲ段，压射室内金属液单位面积上所受的压射力称为压射比压；在Ⅲ-Ⅳ段，压射室内金属液单位面积上所受的增压压射力称为增压比压。比压是确保铸件质量的重要参数之一，推荐选用的增 压比压如表5-1所示。 表5-1 增压比压选用值（单位：MPa） （3）胀型力压铸过程中，充填型腔的金属液将压射活塞的比压传递至型（模）具型腔壁面上的力称为胀型力。主胀型力的大小等于铸件在分型面上的投影面积（多腔模则为各腔投影面积之和），浇注系统、溢流、排气系统的面积（一般取总面积的30%）乘以比压，其计算公式如下 F主＝APb/10 式中F主-主胀型力(KN)； A-铸件在分型面上的投影面积（cm2）； Pb-压射比压（MPa）。 分胀型力（F分）的大小是作用在斜销抽芯、斜滑块抽芯、液压抽芯锁紧面上的分力引起的胀型力之和。
压铸机压射系统控制技术的发展(一)
压铸机压射系统控制技术的发展（一） 压力铸造作为一种终形和近终形的成形方法，具有生产效率高、经济指标优良、压铸件尺寸精度高和互换性好等特点，在制造业，尤其是规模化产业获得了广泛的应用和迅速的发展。压铸件已成为许多产品的重要组成部分，随着轿车、摩托车、内燃机、电子通讯、仪器仪表、家用电器、五金等行业的飞速发展，压铸件也趋于精密化、大形化、薄壁化、多样化，压铸件的功能和应用领域不断扩大，对压铸机的工作性能和可靠性方面的要求也越来越高。在市场要求及现代控制技术发展的背景下，压铸机压射系统控制技术，作为影响压铸机性能的主要因素，也得到了极大的发展。 一、压铸工艺对压射系统的要求 压射是压铸的关键步骤。为确保压铸件的质量，必须以足够高的压力使金属液高速填充型腔。压铸机的压射动作原理，大致可分三个阶段完成：第一阶段为慢速射料，使金属液缓慢地流到射咀附近，以便排除浇注系统内的部分空气；第二阶段为快速射料，将金属液在高压、高速下射入型腔：第三阶段为保压阶段，使铸件在冷却过程中保持压力，确保其密实度。 二、压铸机的先进性 先进性主要体现在生产过程中的稳定性和可再现性，即每次压射尽可能接近预先设定的理想的压射曲线。但在压铸过程中存在很多变量影响压铸过程的稳定性。液态金属压所考虑的压射工艺因素主要的是充型条件，因为在充型过程中，压室中的金属量、冲头运行时所受的阻力、模具温度等都会对施加于金属液上的压力和冲头的速度产生巨大的影响，而这两方面又是影响充型条件最为重要的参数。压铸机和模具的工作状态、储能器压力等静态因素在工艺设备选定之后是不可改变的。而一些动态因素和人为因素所引起的变量(如 每次压射的金属量及其温度、模具温度、液压油粘度、涂料的喷涂质量人为设定的参数等等)必须通过压射控制系统进 行修正。 自动补偿控制是目前微机控制压铸机中采用最多的一种