基于壓力變送器的壓鑄機(jī)鎖模力顯示改造

寧耀剛

（陜西法士特集團(tuán)鑄造分公司壓鑄車間，陜西寶雞 722409）

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)，采用了國內(nèi)外普遍推廣的液壓驅(qū)動—曲肘機(jī)械擴(kuò)力式合模機(jī)構(gòu)，具有運(yùn)動合理、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，而被廣泛使用。機(jī)器鎖模力的產(chǎn)生，依賴曲肘擴(kuò)張時拉伸4根哥林柱，達(dá)到最大拉伸力度，從而保證模具表面貼合后，能承受住金屬液壓射過程中產(chǎn)生的沖擊，不被脹開的最大抱緊力，是壓鑄機(jī)選型及生產(chǎn)中最重要的參數(shù)之一，是決定機(jī)器性能的關(guān)鍵。

實際生產(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)器無法鎖緊，同時鎖模力出現(xiàn)偏差，繼而出現(xiàn)飛料現(xiàn)象。多次強(qiáng)行合模生產(chǎn)時，會損害模具，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。沒有鎖模力指導(dǎo)或者鎖模力偏差，由此而付出的代價，只會變得更大。必須時刻關(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)揮最佳性能。同時，擁有準(zhǔn)確的鎖模力顯示，對更換模具前后，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)器原配時自帶鎖模力檢測裝置還有屏幕顯示，而且這是購機(jī)時的一個選配項。該檢測裝置通過套在一根哥林柱上的應(yīng)力環(huán)，檢測一根哥林柱拉伸時形變量，換算成整機(jī)的鎖模力大小。由于頻繁的開合模生產(chǎn)，使用時間在2年左右就出現(xiàn)偏差，無法達(dá)到正常精度指示，采購新配件，代價大，且使用中偏差率較大，不能很好地起到指示意義。現(xiàn)提供一種簡便有效、價格合理的檢測方法，用于壓鑄機(jī)單元的鎖模力指示實踐。

1 可行性分析

1.1 雙曲肘合模機(jī)構(gòu)的工作特點

1）合模機(jī)構(gòu)有增力作用。圖1為合模裝置結(jié)構(gòu)圖，開合模液壓缸動作，推動曲肘組件的連桿中心，作用在連桿的多關(guān)節(jié)鑄板上，通過力矩放大，將最終的作用力傳遞到圖中的動模板，在合模后期模具表面貼合后，持續(xù)擠壓動模板，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，直到最后曲肘伸直，哥林柱拉力達(dá)到最大，此時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)）。由于曲肘伸直長度一定，安裝不同的模具時，通過圖1中的調(diào)模大齒輪使尾板向前向后移動，保證最終合模時曲肘能伸直，鎖模力能達(dá)到最合理狀態(tài)。

圖1 合模裝置結(jié)構(gòu)簡圖

2）當(dāng)肘桿伸直成一直線時，此時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，可以撤去合模液壓缸的推力，合模系統(tǒng)仍然會處于合緊狀態(tài)，而且鎖緊力不會變化。

1.2 液壓鎖模中液壓油路特點

圖2所示為整個鎖模油缸動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，控制著開合模的整個過程，包含慢速、快速、低壓以及高壓幾個階段。

圖3是高壓鎖模過程時，高壓油及控制油流向圖，高壓鎖模作用在鎖模動作的后段位置，由于關(guān)斷卸荷作用，此時后腔供給的油壓達(dá)到系統(tǒng)最大，前腔無阻力直接排回油箱。

圖2 開鎖模液壓油路圖

圖3 高壓鎖模液壓油路圖

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，此時肘桿持續(xù)作用力直到伸直，通過曲肘的各關(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)生鎖模力過程時，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，油壓放大倍數(shù)在肘桿伸直位置處應(yīng)是一個基本恒定的倍數(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)生推力的動力源。此時壓鑄機(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)推動過程中，遇到模具模面接觸時，活塞產(chǎn)生很大的背壓，此時鎖模后腔形成一個建壓過程，持續(xù)推動曲肘移動放大作用力，擠壓動模產(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)到最大，此時模具抱緊也達(dá)到最大值。鎖模機(jī)構(gòu)在完成以上動作后，會觸碰到一個鎖模到位限位開關(guān)，油泵泄壓，卸掉油缸推力。

3）壓鑄機(jī)模具鎖模整個過程中，液壓缸的推力是一個變化的量值，但只在最終高壓鎖模位置時，產(chǎn)生推動曲肘放大的動力。選取鎖模油缸后腔油壓壓力值，通過一個壓力變送裝置，將油壓值轉(zhuǎn)化成模擬量輸入信號，通過一定的公式比例換算，在最終鎖模位置處，采集建壓過程中所產(chǎn)生的最大輸入量，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)的最大鎖模力。

通過以上分析，方案可行。

2 方案實施

2.1 實施過程流程

實施過程流程如圖4所示。

圖4 方案實施流程展示

2.2 具體實施過程

1）采集鎖模油缸后腔壓力，輸入一個量程250bar的壓力變送器單元（圖 5、圖 6、圖7、圖 8）.

圖5 高壓鎖模油缸壓力采集點

圖6 變送器接線

圖7 實際變送器采集油壓值

圖8 變送器輸入PLC

圖9 鎖模力校準(zhǔn)儀器

2）將輸出（0 V～10V）模擬量信號輸入壓鑄機(jī)主機(jī)PL C模擬量模塊的備用空點處，編輯并確認(rèn)模擬量模塊輸入地址值。編輯PL C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)，通過專用的鎖模力檢測儀器（圖9）配合進(jìn)行調(diào)校數(shù)據(jù)，獲得在鎖模到位時，采集的最大油壓轉(zhuǎn)換值（圖10、圖11），再將該轉(zhuǎn)換值通過比例換算，得到與檢測儀器基本一致的數(shù)據(jù)輸出（圖12），將輸出結(jié)果傳送到工控畫面中其中一項輸出地址處輸出（圖13）.實際操作中，編輯如下程序段：

L P I W 520

IT D

L 250

*D

L L#****（*處取27648為調(diào)校取值）

/D

L 0

-D

T DB100.DBD 4

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，暫存于臨時變量。

LDBD 100.DBD0

L 1000

*D

L15000

+D

L 10

/D

圖10 采集數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換

圖11 特定位置處輸出油壓轉(zhuǎn)換值

圖12 輸出的油壓轉(zhuǎn)換值特定比例換算

圖13 比例換算結(jié)果賦值給輸出地址

T#T E M P O

將該傳送輸出的臨時變量，賦給工控機(jī)某輸出畫面的一個地址值，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)行效果驗證，通過機(jī)器屏幕上顯示數(shù)值與鎖模力測試儀檢測數(shù)值比對，測試開合模及正常生產(chǎn)超過200模次，屏幕顯示數(shù)據(jù)基本與檢測儀器測量數(shù)據(jù)基本一致（圖14、圖15），表1為屏幕顯示數(shù)據(jù)與檢測儀器測量數(shù)據(jù)對比情況統(tǒng)計，從表1可以看出偏差率小于2%，達(dá)到顯示實際壓鑄機(jī)鎖模力的目的，改造完成。

圖14 檢測儀實際值

圖15 鎖模力現(xiàn)場顯示值

表1 檢測儀與鎖模力現(xiàn)場顯示對比

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際鎖模力偏差太大，就可能無法使機(jī)器發(fā)揮出自身最大的性能，要么鎖模力調(diào)整太大，損傷模具，長期如此可能壓塌模具或者出現(xiàn)局部飛料，同時加速曲肘磨損，損害4根哥林柱（哥林柱是根據(jù)機(jī)器最大鎖模力進(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)實踐證明通過壓力變送器輸出油壓值等效轉(zhuǎn)化為壓鑄機(jī)鎖模力來測量鎖模力大小的方法，重復(fù)測試符合率超過99%，完全能夠用于指導(dǎo)生產(chǎn)實際，可向工業(yè)實際生產(chǎn)中的相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行推廣。