專利名稱：一種高真空壓鑄用真空裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高真空壓力鑄造用的真空控制裝置。
背景技術(shù)：
壓力鑄造是一種高速高效的液態(tài)金屬精密成形方法，主要用于鋁、鎂合金零件的 鑄造成形。由于壓鑄時(shí)金屬液以高速噴射狀態(tài)充填型腔，型腔中的大部分氣體來不及排出 而被卷入到金屬液中，最后以氣孔形式留在鑄件內(nèi)。因此壓鑄件的力學(xué)性能不高，不能進(jìn)行 熱處理和焊接加工。因此，業(yè)內(nèi)采用了高真空壓鑄法，高真空壓鑄法則是將型腔中的氣體 快速抽出，金屬液在壓鑄模具型腔中的真空壓力保持在5KPa以下的高真空狀態(tài)下充填型 腔的一種先進(jìn)的特種壓鑄工藝。高真空壓鑄件的氣體含量?jī)H為1 3ml/100g，可進(jìn)行熱處 理強(qiáng)化和后續(xù)的焊接加工。而且高真空壓鑄和普通壓鑄方法一樣，操作方便，不降低生產(chǎn)效 率。高真空壓鑄的關(guān)鍵技術(shù)是真空控制裝置及其控制方法，即如何快速將型腔中的氣體抽 至預(yù)定的真空度以及確保壓鑄時(shí)型腔中的金屬液不進(jìn)入真空裝置，防止堵塞真空管道。中國專利ZL200510083765. 7名稱為壓鑄機(jī)的真空控制裝置及真空壓鑄方法，所 發(fā)明的方法是采用相對(duì)壓力真空計(jì)檢測(cè)型腔中的壓力，并以此為基準(zhǔn)控制真空系統(tǒng)和型腔 的壓力即真空度的大小，而真空閥的驅(qū)動(dòng)則采用電磁力驅(qū)動(dòng)。這種方法因?qū)⑾鄬?duì)壓力真空 計(jì)置于高溫型腔中，真空計(jì)存在壽命短、可靠性差；而且電磁驅(qū)動(dòng)力過小，閥芯易卡住的缺 點(diǎn)ο專利WO 00/59658發(fā)明的高真空壓鑄技術(shù)是在壓射室的分流錐處設(shè)置一移動(dòng)式 的活塞桿。活塞桿首先封閉內(nèi)澆口，當(dāng)壓射沖頭推動(dòng)金屬液前進(jìn)直至金屬液充滿壓射室，金 屬液體的壓力升高能推動(dòng)活塞桿后移，打開內(nèi)澆口時(shí)金屬液方能進(jìn)入型腔。此時(shí)活塞桿的 移動(dòng)信號(hào)就是真空閥的關(guān)閉信號(hào)。歐洲專利EP15M048A1發(fā)明了一種高真空壓鑄的控制 技術(shù)，它是在模具型腔的某一位置設(shè)置一移動(dòng)式活塞。當(dāng)金屬液充填到此位置時(shí)，金屬液 的壓力推動(dòng)活塞后移，從而引起活塞后面的傳感器發(fā)出信號(hào)，控制真空閥的關(guān)閉。美國專利 US2005/0126740A1發(fā)明的真空壓鑄設(shè)備及真空閥的控制方法則在專利EP1524048A1的基 礎(chǔ)上更進(jìn)一步改進(jìn)，它由型腔中的充填位置傳感器和壓射沖頭的位置傳感器組成一個(gè)閉環(huán) 的反饋信號(hào)來驅(qū)動(dòng)真空閥的關(guān)閉。日本專利2007-268550A發(fā)明的高真空壓鑄方法是在內(nèi) 澆口前沿料餅側(cè)設(shè)置金屬液傳感器，當(dāng)傳感器檢測(cè)到金屬液時(shí)便發(fā)出信號(hào)控制真空閥的關(guān) 閉。上述四個(gè)專利均采用移動(dòng)活塞式結(jié)構(gòu)，利用金屬液的壓力來驅(qū)動(dòng)，存在著1)在模具中 設(shè)置不方便；幻活塞移動(dòng)阻力大，易磨損；幻鋁液易進(jìn)入配合間隙卡死活塞的缺點(diǎn)。因此可 靠性低，維護(hù)成本高。日本專利2004-344910發(fā)明的真空壓鑄裝置及方法，它是將影響金屬液充填的多 個(gè)因素如沖頭位移、速度等輸入計(jì)算機(jī)，通過數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到金屬液充填到型腔指定位 置處的時(shí)間，根據(jù)計(jì)算到達(dá)的時(shí)間來控制真空閥的關(guān)閉。該方法的控制精度直接取決于其 建立的數(shù)學(xué)模型，因影響充填的因素多，且壓鑄充填的時(shí)間極短，所以精確的數(shù)學(xué)模型很難 建立，采用該方法容易導(dǎo)致真空閥的堵塞。日本專利2007-190584發(fā)明的一種高真空壓鑄方法是在壓射室前端即在分流錐處設(shè)置一壓力傳感器，當(dāng)檢測(cè)到金屬液充滿壓射室，金屬 液壓力上升到某一數(shù)值時(shí)，打開真空閥開始抽真空。這種方法雖然解決了抽真空過程中沖 頭處氣體泄漏的問題，但在非常短的高速壓射階段，型腔中的真空度無法滿足高真空的要 求，而且真空閥的關(guān)閉是靠金屬液的慣性沖擊力來完成，極易發(fā)生堵塞故障。另外壓力傳感 器在鋁液的高溫作用下，可靠性、精度、使用壽命均會(huì)變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述高真空壓鑄方法存在的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種高真 空壓鑄用真空裝置，采用直接利用壓射油缸中的壓力變化信號(hào)來驅(qū)動(dòng)真空閥的關(guān)閉及控制 快速壓射動(dòng)作。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的一種高真空壓鑄用真空裝置，包括壓鑄模具；包含 有真空罐、真空泵、真空閥和微機(jī)控制單元在內(nèi)的抽真空回路，其特征在于還包含有使前述 真空泵啟動(dòng)/停止、前述真空閥關(guān)閉、檢測(cè)前述真空閥是否堵塞的驅(qū)動(dòng)回路；包含有控制前 述真空閥與前述真空罐之間是否連通的電磁閥；前述真空閥的關(guān)閉由電磁閥控制壓縮空氣 驅(qū)動(dòng)；含有檢測(cè)前述真空罐真空壓力、型腔真空壓力、前述真空閥是否堵塞的傳感器及其控 制回路。在上述高真空壓鑄用真空裝置中設(shè)置包含有與壓鑄機(jī)傳遞開模、壓射信號(hào)、抽真 空啟動(dòng)的通信回路。在上述高真空壓鑄用真空裝置中還設(shè)置包含有發(fā)生前述型腔、前述真空罐真空壓 力不足、前述真空閥堵塞等故障信號(hào)的報(bào)警回路。本發(fā)明提供的高真空壓鑄用真空裝置微機(jī)控制單元包含有微型計(jì)算機(jī)、信號(hào)輸入 回路、信號(hào)輸出回路、數(shù)據(jù)輸入和顯示回路在內(nèi)的控制回路。在使用本發(fā)明時(shí)，首先將金屬液澆入到壓射室，壓鑄機(jī)啟動(dòng)壓射沖頭。當(dāng)前述壓射 沖頭前移并封閉前述壓射室的澆注口時(shí)，設(shè)置在前述澆注口處的接近開關(guān)閉合向真空控制 單元發(fā)出真空啟動(dòng)信號(hào)，前述真空控制單元接受到上述真空啟動(dòng)信號(hào)后開始對(duì)密封良好的 模具型腔抽真空。以此同時(shí)，前述壓射沖頭繼續(xù)前移推動(dòng)金屬液直至金屬液充滿壓射室并 封閉模具內(nèi)澆口。因內(nèi)澆口的阻力，金屬液壓力升高導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)壓射沖頭的壓射油缸中的油 壓同步升高。當(dāng)前述壓射油缸中的油壓升高到設(shè)定值時(shí)，前述真空控制單元發(fā)出關(guān)閉真空 閥信號(hào)，真空閥關(guān)閉，真空通道截止，型腔中的抽真空停止。真空控制單元接受到真空閥已 關(guān)閉信號(hào)后隨即向壓鑄機(jī)發(fā)出壓射信號(hào)。壓鑄機(jī)控制系統(tǒng)接受到此信號(hào)后。即刻啟動(dòng)前述 壓射沖頭由慢壓射切換到高速壓射階段，向處于高真空狀態(tài)的模具型腔中充填金屬液，完 成壓射動(dòng)作。本發(fā)明的效果說明如下1、本發(fā)明的真空裝置，在獲得真空啟動(dòng)信號(hào)后，高真空的真空罐可以快速將型腔 中的氣體抽出。2、本發(fā)明的微機(jī)控制單元，可以方便地對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸入、顯示、保存，可以監(jiān) 測(cè)型腔中的真空度，當(dāng)型腔中的真空度低于設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，提示工作人員需檢查、維 修，可以檢測(cè)真空罐中的真空度，當(dāng)真空罐中的真空壓力過低時(shí)，報(bào)警提示。3、本發(fā)明因是在高速壓射前利用氣壓可靠地關(guān)閉了真空閥中的排氣通道，所以完全避免了真空閥因關(guān)閉不及時(shí)，導(dǎo)致金屬液進(jìn)入而引起的排氣通道堵塞問題，大大提高了 真空閥的工作可靠性。4、本發(fā)明的真空控制系統(tǒng)，在模具打開期間，自動(dòng)對(duì)真空閥進(jìn)行檢測(cè)是否有金屬 液進(jìn)入真空閥內(nèi)堵塞真空管道，當(dāng)檢測(cè)到有堵塞時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)報(bào)警。5、本發(fā)明因采用了壓鑄機(jī)壓射油缸壓力變化作為控制信號(hào)，避免了在模具中設(shè)置 金屬液檢測(cè)機(jī)構(gòu)或裝置，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)工序和模具結(jié)構(gòu)。總體來說相比于現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明具有控制精度高、設(shè)置維護(hù)簡(jiǎn)便、故障率低、使用 壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)顯意圖；圖2所示為作為對(duì)比的普通壓鑄ZLlOl合金的組織，左為鑄態(tài)下的組織，右為T6 熱處理后的組織。符號(hào)說明1-動(dòng)模 2-真空壓力傳感器 3-真空閥 4-二位二通電磁閥 5-真空罐 6-真空壓力傳感器7-真空泵 8-微機(jī)控制系統(tǒng) 9-壓力傳感器 10-壓射油缸 11_接近開關(guān) 12-壓射沖頭13-澆注口 14-壓射室 15-金屬液 16-定模 17-內(nèi)澆口 18-型腔 19-二 位三通電磁閥20-二位三通電磁閥21-微型計(jì)算機(jī)22-信號(hào)輸入模塊23-信號(hào)輸出模塊24-輸入及顯示 25-報(bào)警燈及喇叭 26-頂桿 27-排氣通道 28-壓射桿
四-真空管具體實(shí)施案例下面將參照附圖1對(duì)本發(fā)明的一種高真空壓鑄用真空裝置作進(jìn)行步詳細(xì)描述在圖1所示的一種高真空壓鑄用真空裝置，其壓鑄模具包含有動(dòng)模1、定模16、頂 桿沈及由動(dòng)模1和定模16及頂桿形成的型腔18，型腔18通過下端的內(nèi)澆口 17與壓射室 14連接，壓射室14的末端裝設(shè)有與壓射油缸10中的壓射活塞IOb連接的壓射沖頭12，壓射 油缸10的無桿腔IOa中裝設(shè)一壓力傳感器9，壓射桿觀附近裝有感受其移動(dòng)變化的接近開 關(guān)11，型腔18的頂部安裝有真空閥3，排氣通道27將真空閥3和型腔18連通，排氣通道27 上連有測(cè)試型腔真空度的真空壓力傳感器2 ；抽真空回路包含有真空泵7、真空罐5及其相 應(yīng)的連接部件真空管和微機(jī)控制單元8，真空罐5上設(shè)有一真空壓力傳感器6，真空罐5與 真空閥3之間由真空管四及二位二通電磁閥4連接，電磁閥4的通/斷狀態(tài)決定了真空閥 3與真空罐7之間是否連通；真空閥3外接有一檢測(cè)是否真空閥堵塞的氣動(dòng)回路，該氣動(dòng)回 路由氣管及二位三通電磁閥20組成，另外真空閥3外接有驅(qū)動(dòng)閥芯關(guān)閉的氣動(dòng)回路，該氣 動(dòng)回路由氣管及二位三通電磁閥19組成；微機(jī)控制單元8包含有可編程控制器即PLC21、 信號(hào)輸入回路22、信號(hào)輸出回路23及數(shù)據(jù)輸入/顯示用觸摸屏M和報(bào)警25，來自于壓鑄 機(jī)開模信號(hào)22a、真空閥3堵塞信號(hào)22b、真空閥3已關(guān)閉信號(hào)22c、真空罐5上真空壓力傳 感器6的壓力信號(hào)6a、型腔18上的真空壓力傳感器2的壓力信號(hào)加、接近開關(guān)11的信號(hào)11a、壓射油缸10上的壓力傳感器9的壓力信號(hào)9a通過輸入回路22進(jìn)入到PLC21，PLC21 的輸出信號(hào)通過輸出回路23到達(dá)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)元件，驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括真空泵的啟/停信號(hào)7a， 真空回路連通信號(hào)如，堵塞檢測(cè)信號(hào)20a，真空閥關(guān)閉信號(hào)19a，壓鑄機(jī)高速壓射信號(hào)23a及 故障報(bào)警信號(hào)^b。根據(jù)前述的高真空壓鑄用真空裝置，本發(fā)明的高真空壓鑄技術(shù)過程為首先，壓鑄機(jī)帶動(dòng)動(dòng)模1、定模16合模，動(dòng)、定模1和16同步帶動(dòng)真空閥3也閉合， 形成一個(gè)密封良好的包含型腔18、排氣通道27、內(nèi)澆口 17的一個(gè)空間。隨后將溫度合適的 金屬液15通過壓射室14上的澆注口 13澆入由壓射室14和沖頭12組成的內(nèi)腔中。壓鑄 機(jī)啟動(dòng)壓射桿觀帶動(dòng)壓射沖頭12慢速前移，推動(dòng)金屬液前進(jìn)。當(dāng)壓射沖頭剛好走過澆注 口 13時(shí)，接近開關(guān)11閉合發(fā)出一個(gè)信號(hào)11a，該信號(hào)Ila被輸入回路22傳給PLC21。PLC21 接受到信號(hào)Ila后，通過輸出回路23發(fā)出一個(gè)真空連通信號(hào)如，信號(hào)如使電磁閥4導(dǎo)通， 于是真空閥3和真空罐5被接通，與模具型腔18相連的空間中的氣體通過排氣通道27、真 空閥3、真空管29、電磁閥4被抽入真空罐5，經(jīng)真空泵7抽出。同時(shí)，壓射沖頭12推動(dòng)金屬液15繼續(xù)前進(jìn)，當(dāng)金屬液15充滿壓射室14并封閉內(nèi) 澆口 17時(shí)，金屬液15受到內(nèi)澆口 17的阻礙，金屬液15的壓力上升，引起壓射油缸10的無 桿腔IOa中的油壓升高。壓射沖頭12持續(xù)慢速前進(jìn)，壓射油缸IOa中的油壓持續(xù)升高，當(dāng) PLC21檢測(cè)到壓力傳感器9的壓力升高到設(shè)定值時(shí)，PLC21通過輸出回路23發(fā)出真空閥3 關(guān)閉信號(hào)19a，信號(hào)19a驅(qū)動(dòng)電磁閥19打開，壓縮空氣于是進(jìn)入真空閥3，推動(dòng)真空閥3的 排氣通道關(guān)閉。真空閥3關(guān)閉后發(fā)出一信號(hào)22c給PLC21，PLC21接收到此信號(hào)22c后，向壓鑄機(jī) 發(fā)出一個(gè)高速壓射信號(hào)23a。壓鑄機(jī)接收到來自于真空控制單元8的信號(hào)23a后，即由慢 速壓射轉(zhuǎn)向快速壓射，完成金屬液15的充填過程。充填過程完畢，PLC21發(fā)出斷開電磁閥4 的信號(hào)，于是電磁閥4斷開，真空閥3與真空罐5處于不連通狀態(tài)。金屬液15凝固完畢，打開動(dòng)模1和定模16取鑄件，真空閥3隨之同步打開。動(dòng)模 1和定模16打開后壓鑄機(jī)發(fā)出一開模信號(hào)2 給真空控制單元8，真空控制單元8收到此 信號(hào)2 后，即發(fā)出一檢測(cè)真空閥3是否堵塞的驅(qū)動(dòng)信號(hào)20a，進(jìn)行閥3的堵塞狀態(tài)檢測(cè)，檢 查完畢，即進(jìn)入下一壓射循環(huán)。以上所述為本發(fā)明實(shí)施例的詳細(xì)說明與附圖，并非用來限制本發(fā)明，本發(fā)明的所 有范圍應(yīng)以專利權(quán)利要求范圍為準(zhǔn)，凡專利范圍的精神與其類似變化的實(shí)施例與近似結(jié) 構(gòu)，皆應(yīng)包含于本發(fā)明中。對(duì)比例在沒有采用本發(fā)明的高真空裝置及高真空壓鑄方法，即采用普通壓鑄方法壓鑄 ZLlOl合金的鑄態(tài)及熱處理組織見圖2，由此可見，普通壓鑄件中含量大量的氣孔，熱處理 后氣體膨脹而引起鑄件表面鼓泡，因此采用本發(fā)明的高真空裝置及真空系統(tǒng)可以抽出型腔 中的氣體，減少了壓鑄過程中的卷氣現(xiàn)象，所獲得的鑄件組織致密，可進(jìn)行熱處理強(qiáng)化，鑄 件的力學(xué)性能提高，適合于高強(qiáng)度、高韌性鋁合金壓鑄件的制造。
權(quán)利要求
1.一種高真空壓鑄用真空裝置，包括壓鑄模具；包含有真空罐、真空泵、真空閥和微機(jī) 控制單元在內(nèi)的抽真空回路，其特征在于還包含有使前述真空泵啟動(dòng)/停止、前述真空閥 關(guān)閉、檢測(cè)前述真空閥是否堵塞的驅(qū)動(dòng)回路；包含有控制前述真空閥與前述真空罐之間是 否連通的電磁閥；前述真空閥的關(guān)閉由電磁閥或氣控閥控制壓縮空氣驅(qū)動(dòng)；含有檢測(cè)前述 真空罐真空壓力、型腔真空壓力、前述真空閥是否堵塞的傳感器及其控制回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高真空壓鑄用真空裝置，其特征在于在上述高真空壓鑄 用真空裝置中設(shè)置包含有與壓鑄機(jī)傳遞開/合模、壓射信號(hào)、抽真空啟動(dòng)/停止的通信回 路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高真空壓鑄用真空裝置，其特征在于在上述高真空壓鑄 用真空裝置中還設(shè)置包含有發(fā)生前述型腔、前述真空罐真空壓力不足、前述真空閥堵塞等 故障信號(hào)的報(bào)警回路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高真空壓鑄用真空裝置，其特征在于所述微機(jī)控制單元 包含有微型計(jì)算機(jī)、信號(hào)輸入回路、信號(hào)輸出回路、數(shù)據(jù)輸入和顯示回路在內(nèi)的控制回路。
全文摘要
本發(fā)明提供的一種高真空壓鑄用真空裝置，包括壓鑄模具；包含有真空罐、真空泵、真空閥和微機(jī)控制單元在內(nèi)的抽真空回路，其特征在于還包含有使前述真空泵啟動(dòng)/停止、前述真空閥關(guān)閉、檢測(cè)前述真空閥是否堵塞的驅(qū)動(dòng)回路；包含有控制前述真空閥與前述真空罐之間是否連通的電磁閥；前述真空閥的關(guān)閉由電磁閥控制壓縮空氣驅(qū)動(dòng)；含有檢測(cè)前述真空罐真空壓力、型腔真空壓力、前述真空閥是否堵塞的傳感器及其控制回路。相比于現(xiàn)有技術(shù)本發(fā)明具有控制精度高、設(shè)置維護(hù)簡(jiǎn)便、故障率低、使用壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B22D17/14GK102145381SQ20101011220
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者萬里, 嚴(yán)卓榮, 劉后堯, 吳樹森, 康頌標(biāo), 張?jiān)⒊? 林海 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué), 廣東鴻泰科技股份有限公司