文/王坚

摘要：通过对传统液压控制系统原理上的改进，引入比例控制技术使压铸机压射机构的性能得以大幅提高。

关键词：压射速度；比例节流；压力冲击

1.前言

随着压铸技术的不断发展，其应用的范围逐步扩大，生产的铸件种类也向多样化、复杂化方向发展，对压铸机的要求特别是
对压射机构的性能要求也越来越高。现代压铸工艺对压铸机的压射机构一般有下列要求。

(1) 压射速度和压射力可以在一定范围内进行调节；

(2) 压射头在越过压射室的浇注孔阶段，缓慢地移动以防止金属液从浇孔溅出；

(3) 在充型过程中，压射活塞高速移动；

(4) 从低速到高速充型，速度有一个较短的加速阶段，以便缩短充型时间；

(5) 在较短的时间内，压射力增加到最大；

(6) 液压冲击产生的压力峰值最小。

国内现在常用的压铸机的压射机构往往不能完全解决以上的问题，只能侧重其中的某一项或几项，而且效果并不理想。笔者在经过多年的探索和实践之后．得出了一种比较行之有效的方法— 出油口比例节流调速的方式控制压射速度。下面将通过对进油口节流调速和出油口比例节流调速的压射机构的比较，对出油口比例节流调速压射机构进行粗略的介绍。

2. 传统压射机构

国内目前应用比较普遍、结构比较典型的压射机构(以下简称传统压射机构)如图1所示。其工作原理是：在压射开始阶段，即起始及慢压射行程阶段，由三位四通电液换向阀DV3控制压射缸无杆腔(以下称压射腔)的进油和有杆腔(以下称回油腔)的回油；当慢压射行程结束时，由电磁换向阀DV2控制，将回油腔的快排阀HDV2打开，由电磁换向阀DV1控制将快压射阀HDV1随后打开，使快压射蓄能器ACC1内的高压油以大流量进入压射腔，此时回油腔主要通过HDV2阀快速回油(通常情况下处于HDV2阀完全打开的状态)，由此进入快压射阶段。

压射过程的速度控制绝大多数采用传统的进油口节流的方式来进行在慢压射行程阶段由节流阀FV控制；进入快压射行程阶段，压射速度主要由插装式节流阀HDV1进行控制，这种类型的压射机构主要特点是：

(1) 控制环节较多、结构较为复杂，但对液压元件的性能要求较低、液压缸回油腔背压低；

(2) 慢压射与快压射使用不同组的方向和流量阀进行控制，使得控制程序相当烦琐，客易产生故障；

(3) 慢压射主要由液压泵供油来实现，这使得压射缸的活塞在慢速移动过程中，其移动速度和产生的推力会受到泵供油压力和流量波动的影响，严重时，可以影响金属熔液流动的平稳性；

(4) 慢压射的起始、慢压射到快压射的切换这2个瞬间，压射腔的进油和回油腔的回油，其流量和压力都以阶跃方式增加，这使得压射缸的活塞所产生的推力及移动速度也必然以相应的方式变化。在这种情形下，压射室内的金属熔液很容易产生振荡甚至翻卷，使大量的气体、杂质夹杂其内，最后散布在铸件中。因此，可以推论：虽然进油节流调速的压射机构在快压射时．由于回油腔排空，可以获得较大的加速和较快的速度，但其可用率或者说是实用性可能并不与之成正比；

(5) 由于回油腔在快压射开始后一直处于排空状态．没有足够的阻尼，因此在快压射行程后的增压过程中．会产生峰值较大的液压冲击，瞬间的冲击力将完全作用于压射冲头前端的金属熔液上，使铸件产生飞边，使模具及压射机构的移动部件、压铸机的锁模机构使用寿命缩短，压铸机的锁模力利用率减少。

3. 新型压射机构

下面要介绍的是能有效解决本文开头所提问题的一种新型压射机构：出油口比例节流调速的压射机构(见图2)。其工作原理是：压射开始时，DV1阀换向将HDV阀打开，使高压蓄能器ACC1中的高压油直接进人压射腔，此时大口径比例节流阀DV2仍处于关闭状态，因此回油腔的压力也会逐渐上升，与压射腔的压力相平衡，活塞及压射冲头处于静态，这时只需按压铸工艺的需要，给比例节流阀DV2输入一个连续的控制变量．便可得到一个相应变化的压射速度，通常情况下，控制速度的变化模式为：慢速至压射冲头过浇口，然后快速填充，最后增压。其主要特点是：

(1) 结构简单、控制方便、精确 由于整个压射过程只打开HDV阀和控制比例节流阀DV2，因此，与传统的压射机构相比，结构大为减化。由于减少控制环节，并采用可连续精确控制的比例节流阀，使实际得到的压射速度更接近于设定值，压射参数的可设定性更接近于理想状态。

(2) 压射过程加速迅速、平稳、无冲击抖动这是因为：① 压射过程起始时，HDV阀就已全部打开，液压缸的压射腔与压射蓄能器ACC1直接相连接，整个压射过程，压射腔能够得到流量足够的、压力稳定的进油，不存在传统压射结构中压射腔供油渡动、阀的切换等不良因素的干扰；② 排油腔的排油由控制精度比普通换向阀和节流阀高的比例节流阀控制，且响应也快，其开启量可在0％ 一100％ 的范围内无级、连续控制；③ 在整个压射过程中，排油腔始终有一定的背压．这使得在起始、加速、负载突变及压射结束时可能产生的冲击可完全被背压平衡、吸收，对冲头前端的金属熔液的流动、填充不会产生不良影响。

(3) 压射结束及增压过程峰值低或无峰值 比例节流阀可连续控制、响应速度快，这使压射行程结束时压射活塞减速成为可能(只要所选用的比例节流阀性能足够好)，加上排油腔的背压对液压冲击的衰减吸收作用，这使出油口比例节流调速的压射机构，在工作时可以将压力冲击减少至最低限度，甚至完全消除。

(4) 更容易对压射过程采用计算机技术进行智能化控制。

笔者在进行J1120型20OO kN卧式冷室压铸机的设计中，采用了出口比例节流调速的压射结构，效果甚佳，空载测试时，在平均压射速度5.17m／s、增压建压时间在8-13m/s范围内的情况下，无压力冲击峰值。客户使用结果表明，其压射参数的可调性、稳定性均比传统压射结构有质的提高，每班的合格铸件产出件数、铸件合格率，远远高于使用传统压射机构的J1116型1600 kN压铸机；传统压射机构的2500 kN压铸机上所用模具在J1120型压铸机上的试压成功说明，压力冲击的减小和消除对提高锁模力的利用率意义重大。J1120型压铸机的使用结果还表明，在形状较复杂的铸件和致密度要求较高的铸件压铸上，采用了出油口比例节流调速的压射机构具有传统压射机构无法比拟的优越性。

总之，出油口比例节流调速的压射机构，与传统的压射机构相比较，在增加少量制造成本的情况下，使压射性能得到了质的提高，这是对传统的压射机构在压射原理及其控制理论上的突破，也为我们研发自己的伺服级压射机构奠定了理论与实践的基础。与传统的压射机构以及现有的伺服级压射机构相比较，出油口比例节流调速的压射机构的性能价格比更优、适用范围更广、更符合我国的国情，预期在不远的将来会得到大力的推广和广泛的应用。