原標題：廣東鴻圖：一體化壓鑄模具液壓真空閥極速響應控制方案設計與應用

一體化壓鑄技術的發明與應用改變了汽車的生產模式，促進了汽車輕量化的發展。目前較先進的新能源汽車下車身方案，主要由前艙、后地板和電池托盤3個一體化壓鑄件連接而成。與傳統的汽車下車身相比，應用一體化壓鑄技術的汽車下車身可減少生產的零部件數量和焊接點數量，實現減重和增加續航的效果。

一體化壓鑄件的生產需要使用大型模具和料筒以及真空壓鑄工藝，而真空工藝需要使用模具液壓真空閥。模具液壓真空閥的響應時間是指射桿行程到達設定的真空關閉位置開始，到模具液壓真空閥完全關閉時的時間，普遍在80～250 ms，響應時間較長。當模具液壓真空閥關閉不及時，容易出現進料情況。另外，料筒的加料口至高速起點位置之間的距離較短，射桿壓射時運動的時間只有3.0～3.5 s，在設置2.5倍安全關閥時間的情況下，實際抽真空時間僅有2.5～3.0 s，抽真空時間縮短，可能會導致生產真空度不足，影響產品質量。此外，模具液壓真空閥油缸距離電磁換向閥之間的油管長度為4～5 m，連接油管過長會對模具液壓真空閥的響應時間造成影響。一體化壓鑄件具有投影面積大和壁厚較薄等特點，其生產需要使用大型的模具以及真空壓鑄工藝，因此需要配置多個油缸驅動的模具液壓真空閥。目前模具液壓真空閥的關閉動作響應時間較長，而關閉不及時易發生模具液壓真空閥進料，導致模具故障；預留充足的安全關閥時間則會縮短抽真空時間，導致真空度不足，影響產品品質。因此，改善模具液壓真空閥的響應時間，可以減少模具故障，有利于生產。

圖文結果

圖1 壓鑄機控制模具液壓真空閥方式電控和液控原理

在射桿位置達到設定位置時，壓鑄機PLC輸出中子液壓閥控制信號，經過輸出隔離中繼控制壓鑄機中子液壓閥動作，壓鑄機中子液壓閥通過液壓驅動模具液壓真空閥的油缸動作，實現模具液壓真空閥的開啟和關閉。該方式的電控特點是射桿位置信號直接由壓鑄機PLC進行采集，壓鑄機電控輸出響應時間短。壓鑄機中子液壓閥電磁線圈需要提供0.5~1.5 A的直流電，由于壓鑄機PLC輸出端額定電流較小，無法直接驅動壓鑄機中子液壓閥，因此需要設置隔離中繼，導致壓鑄機電控輸出響應時間長。該方式的液控特點是壓鑄機中子液壓閥主要采用先導式電磁換向閥，其響應時間一般為130～160 ms，響應性能差。此外，該方式的液壓源為壓鑄機液壓源，容易受到壓鑄機液壓系統壓力波動影響。油路設計普通，無法消除模具液壓真空閥油缸的油管長度影響。該方式的模具液壓真空閥的響應時間為150～250 ms，響應時間長。

圖2 真空機控制模具液壓真空閥方式電控和液控原理

真空機控制模具液壓真空閥方式的電控和液控原理見圖2。壓鑄機采集射桿編碼器的射桿位置數據，在射桿位置達到設定位置時，壓鑄機PLC輸出射桿位置信號，經過輸出隔離中繼后輸出至真空機PLC，真空機PLC隨后輸出液壓閥控制信號，經過輸出隔離中繼控制真空液壓集成塊的液壓閥動作，液壓閥通過液壓驅動模具液壓真空閥的油缸動作，實現模具液壓真空閥的開啟和關閉。該方式的電控特點是射桿位置信號需要經過壓鑄機PLC采集，以及經過隔離中繼才輸出至真空機PLC，導致真空機電控輸入的響應時間長。真空液壓集成塊的液壓閥電磁線圈需要提供0.5～1.5 A的直流電。由于壓鑄機PLC輸出端額定電流較小，無法直接驅動壓鑄機中子液壓閥，因此需要設置隔離中繼，導致真空機電控輸出響應時間長。該方式的液控特點是真空液壓集成塊的液壓閥較多采用普通型直動式液壓換向閥，其響應時間一般為6～80 ms，換向閥的響應性能較差。真空液壓集成塊配置有儲能器，可以消除液壓源壓力波動影響。油路設計普通，無法消除模具液壓真空閥油缸的油管長度影響。該方式的模具液壓真空閥的響應時間為80～150ms，響應時間長。

圖3 模具液壓真空閥極速響控制方案電控原理

真空機PLC的CPU應選擇高速型CPU，如選擇基本運算處理速度（LD指令）達到1.9 ns，掃描周期達到0.19 ms的CPU型號；輸入模塊選擇響應時間為1 ms的型號；輸出模塊選擇輸出響應時間為1 ms的晶體管輸出型；配合壓鑄機射桿位置信號直接采集方式，可實現真空機PLC的1 ms高速電控輸出。

液壓電磁閥選擇帶內置驅動回路的直動式電磁換向閥，液壓電磁閥內置有驅動回路，其控制觸點的電流僅為10 mA，可實現真空機PLC輸出端的直接控制。此外，液壓電磁閥應選擇置位響應性能為30 ms，復位響應性能為15 ms的型號，使用液壓電磁閥的復位動作控制模具液壓真空閥關閉，理論上可以實現模具液壓真空閥關閉動作不大于15 ms的高速動作響應。

圖4 模具液壓真空閥極速響應控制方案液控原理

1.V2儲能閥 2.V11單向閥 3.A1儲能器 4.V6減壓閥 5.模具液壓真空閥油缸 6.模具液壓真空閥閥體 7.壓鑄模具 8.V1換向閥 9.V4高速預關閥 10.V3泄壓閥 11.V5高速關閉閥

液壓控制方式采用真空液壓集成塊的方式，配置儲能器，穩定液壓系統壓力和流量輸出。對液壓油路進行特殊設計，在實現模具液壓真空閥關閉動作快速響應的同時，可以消除模具液壓真空閥油缸油管長度對響應時間的影響。

真空液壓集成塊配置有儲能閥、單向閥、儲能器、減壓閥、換向閥、泄壓閥、高速預關閉閥和高速關閉閥；儲能閥、單向閥、儲能器和減壓閥負責穩定液壓系統的壓力和流量，換向閥負責模具液壓真空閥開啟和關閉動作切換，泄壓閥負責急停狀態下的系統壓力泄壓，高速預關閉閥負責模具液壓真空閥油缸回油油路的慢速回油和快速回油切換，高速關閉閥負責模具液壓真空閥高速關閉動作的實現。

圖5 模具液壓真空閥極速響應控制方案模擬測試原理

表1 極速響應控制方案測試結果

一體化壓鑄模具液壓真空閥極速響應控制方案可以實現模具液壓真空閥35 ms的極速響應控制，使模具液壓真空閥響應時間縮短了70%左右，減少模具液壓真空閥的進料風險，降低模具故障率，并消除模具液壓真空閥連接油管長度對響應時間的影響，有利于一體化壓鑄件生產。

作者

但昭學 聶俊毅 萬里 黃志垣 林韻
廣東鴻圖科技股份有限公司

本文來自：《特種鑄造及有色合金》雜志，《壓鑄周刊》戰略合作伙伴