熱室壓鑄機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

熱室壓鑄機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘 要：首先明確熱室壓鑄機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求，然后通過給定的技術(shù)參數(shù)表里的液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)，確定液壓執(zhí)行元件的載荷力、系統(tǒng)工作壓力以及液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸，制定系統(tǒng)方案，擬定液壓系統(tǒng)圖，然后進(jìn)行液壓元件的選擇，最后對(duì)系統(tǒng)性能進(jìn)行驗(yàn)算。在具體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要是針對(duì)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)，系統(tǒng)中涉及到的閥類元件的安裝，油路板的設(shè)計(jì)等。關(guān)鍵詞：液壓系統(tǒng)；工作壓力；液壓元件；液壓系統(tǒng)圖； Design of Hot Chamber Die-Casting Hydraulic System Student: Li YaxiongTutor: Chen Wenkai(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract:First make it clear the requirements of the hot chamber die-casting to hydraulic system,then according to the technical parameters of a given table of the hydraulic system design parameters and determine the loading force of Hydraulic actuators,working pressure of system and the size of the main structure of the hydraulic cylinder, and work out system solutions and study out the diagram of hydraulic system, then make the selection of hydraulic components. Finally,check the system performance, in the specific structural design, primarily for the design of hydraulic system , the installation of valve components which are involved in the system and the design of Principal board and so on. Key words:fluid department;working pressure;hydraulic element;hydraulic scheme1 前言 熱室壓鑄機(jī)液壓系統(tǒng)是一個(gè)壓力和流量都較大的負(fù)載，在合模、鎖模、射注、保壓、冷卻、開模、頂出等不同工作階段，其壓力和流量都要發(fā)生有規(guī)律的變化。熱室壓鑄機(jī)的工作原理與打針用的壓鑄器相似，它是借助柱塞的推力，將金屬融液壓鑄入閉合好的模腔內(nèi)，經(jīng)固化定型后取得制品的工藝過程。壓鑄成型是一個(gè)循環(huán)的過程，每一周期主要包括：合模施壓壓鑄充模冷卻啟模取件。取出塑件后又再合模，進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)。分別進(jìn)行壓鑄過程動(dòng)作、壓鑄壓力、壓鑄速度、頂出型式的選擇，各段溫度的監(jiān)控，壓鑄壓力和背壓壓力的調(diào)節(jié)等。熱室壓鑄機(jī)目前都是全液壓控制。其基本工作原理是：將融合金屬在高壓通過射料缸推進(jìn)到模型器中，在此之前，合模機(jī)構(gòu)已將模具閉合，當(dāng)物料在推進(jìn)過程中形成一定壓力時(shí)，壓鑄機(jī)開始將液狀料高壓快速壓鑄到模具型腔之中，經(jīng)一定時(shí)間的保壓冷卻后，開模將成型產(chǎn)品頂出，便完成了一個(gè)動(dòng)作循環(huán)。壓力鑄造簡稱壓鑄，它是將融合金屬在高壓、高速條件下充型并在高壓下冷卻凝結(jié)固成形的一種精密鑄造方法。熱壓室壓鑄機(jī)壓射部分與金屬融化部分連為一體，并浸在金屬液中，是發(fā)展較快的一種少無切削加工制造金屬制品的方法。同時(shí)，由于壓鑄壓力很高，相應(yīng)地在模腔中產(chǎn)生很高的壓力（模腔內(nèi)的平均壓力一般在2045MPa之間），因此必須有足夠大的合模力。由此可見，壓鑄裝置和合模裝置是壓鑄機(jī)的關(guān)鍵部件。對(duì)壓鑄制品的評(píng)價(jià)主要有三個(gè)方面，第一是外觀質(zhì)量，包括完整性、顏色、光澤等；第二是尺寸和相對(duì)位置間的準(zhǔn)確性；第三是與用途相應(yīng)的物理性能、化學(xué)性能、電性能等。這些質(zhì)量要求又根據(jù)制品使用場(chǎng)合的不同，要求的尺度也不同。制品的缺陷主要在于模具的設(shè)計(jì)、制造精度和磨損程度等方面。但事實(shí)上，金屬合金加工廠的技術(shù)人員往往苦于面對(duì)用工藝手段來彌補(bǔ)模具缺陷帶來的問題而成效不大的困難局面1。 壓鑄機(jī)通常由壓鑄系統(tǒng)、合模系統(tǒng)、液壓傳達(dá)動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、加熱及冷卻系統(tǒng)、安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等組成。（1）壓鑄機(jī)系統(tǒng)壓鑄系統(tǒng)的作用：壓鑄系統(tǒng)是壓鑄機(jī)最主要的組成部分之一，一般有柱塞式、螺桿式、螺桿預(yù)塑柱塞壓鑄式3種主要形式。目前應(yīng)用最廣泛的是柱塞式。其作用是，在壓鑄機(jī)的一個(gè)循環(huán)中，能在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)將一定數(shù)量的金屬加熱融化后，在一定的壓力和速度下，通過壓注液壓系統(tǒng)將熔融金屬注入模具型腔中。壓鑄結(jié)束后，對(duì)壓鑄到模腔中的熔料保持定型。壓鑄系統(tǒng)的組成：壓鑄系統(tǒng)由坩堝和動(dòng)力傳遞裝置組成。動(dòng)力傳遞的裝置包括壓鑄油缸、壓鑄座移動(dòng)油缸以及螺桿驅(qū)動(dòng)裝置（熔膠馬達(dá)）2。（2）合模系統(tǒng)合模系統(tǒng)的作用：合模系統(tǒng)的作用是保證模具閉合、開啟及頂出制品。同時(shí)，在模具閉合后，供給予模具足夠的鎖模力，以抵抗熔融金屬進(jìn)入模腔產(chǎn)生的模腔壓力，防止模具開縫，造成制品的不良現(xiàn)狀。 合模系統(tǒng)的組成：合模系統(tǒng)主要由合模裝置、調(diào)模機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)、前后固定模板、移動(dòng)模板、合模油缸和安全保護(hù)機(jī)構(gòu)組成。（3）液壓系統(tǒng)液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是實(shí)現(xiàn)壓鑄機(jī)按工藝過程所要求的各種動(dòng)作提供動(dòng)力，并滿足壓鑄機(jī)各部分所需壓力、速度、溫度等的要求3。它主要由各自種液壓元件和液壓輔助元件所組成，其中油泵和電機(jī)是壓鑄機(jī)的動(dòng)力來源。各種閥控制油液壓力和流量，從而滿足壓鑄成型工藝各項(xiàng)要求。（4）電氣控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)與液壓系統(tǒng)合理配合，可實(shí)現(xiàn)壓鑄機(jī)的工藝過程要求（壓力、溫度、速度、時(shí)間）和各種程序動(dòng)作。主要由電器、電子元件、儀表、加熱器、傳感器等組成。一般有四種控制方式，手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)、調(diào)整。（5）加熱、冷卻系統(tǒng)加熱系統(tǒng)是用來加熱金屬合金使得金屬合金成為流體狀，壓鑄機(jī)料一般在噴嘴采用電熱圈為了更好的注入時(shí)充滿整個(gè)模腔，安裝在料筒的外部，并用熱電偶分段檢測(cè)。熱量通過筒壁導(dǎo)熱為物料融化提供熱源；冷卻系統(tǒng)主要是用來冷卻油溫，油溫過高會(huì)引起多種故障出現(xiàn)所以油溫必須加以控制。另一處需要冷卻的位置在料管下料口附近，防止原料在下料口熔化，導(dǎo)致原料不能正常下料。（6）潤滑系統(tǒng)潤滑系統(tǒng)是壓鑄機(jī)的動(dòng)模板、調(diào)模裝置、連桿機(jī)鉸等處有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的部位提供潤滑條件的回路，以便減少能耗和提高零件壽命，潤滑可以是定期的手動(dòng)潤滑，也可以是自動(dòng)電動(dòng)潤滑4；（7）安全保護(hù)與監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 壓鑄機(jī)的安全裝置主要是用來保護(hù)人、機(jī)安全的裝置。主要由安全門、液壓閥、限位開關(guān)、光電檢測(cè)元件等組成，實(shí)現(xiàn)電氣機(jī)械液壓的聯(lián)鎖保護(hù)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要對(duì)壓鑄機(jī)的油溫、料溫、系統(tǒng)超載，以及工藝和設(shè)備故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常情況進(jìn)行指示或報(bào)警。生產(chǎn)過程中工藝的調(diào)節(jié)是提高制品質(zhì)量和產(chǎn)量的必要途徑。由于壓鑄周期本身很短，如果工藝條件掌握不好,廢品就會(huì)源源不絕。在調(diào)整工藝時(shí)最好一次只改變一個(gè)條件，多觀察幾回，如果壓力、溫度、時(shí)間統(tǒng)統(tǒng)一起調(diào)的話，很易造成混亂和誤解，出了問題也不知道是何道理。調(diào)整工藝的措施、手段是多方面的。例如：解決制品注不滿的問題就有十多個(gè)可能的解決途徑，要選擇出解決問題癥結(jié)的一、二個(gè)主要方案，才能真正解決問題。此外，還應(yīng)注意解決方案中的辨證關(guān)系。比如：制品出現(xiàn)了凹陷，有時(shí)要提高料溫，有時(shí)要降低料溫；有時(shí)要增加料量，有時(shí)要減少料量。要承認(rèn)逆向措施的解決問題的可行性。壓鑄機(jī)具有能一次成型外型復(fù)雜、尺寸精確或帶有金屬嵌件的質(zhì)地密致的金屬合金制品，被廣泛應(yīng)用于國防、機(jī)電、汽車、交通運(yùn)輸、建材、包裝、農(nóng)業(yè)、文教衛(wèi)生及人們?nèi)粘Ｉ罡鱾€(gè)領(lǐng)域。在金屬合金工業(yè)迅速發(fā)展的今天，壓鑄機(jī)不論在數(shù)量上或品種上都占有重要地位，其生產(chǎn)總數(shù)占整個(gè)金屬合金成型設(shè)備的20-30，從而成為目前金屬合金機(jī)械中增長最快，生產(chǎn)數(shù)量最多的機(jī)種之一。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，1996-1998年我國出口壓鑄機(jī)8383臺(tái)（套），進(jìn)口壓鑄機(jī)42959臺(tái)（套），其中1998年我國壓鑄機(jī)產(chǎn)量達(dá)到20000臺(tái)，其銷售額占塑機(jī)總銷售額的42.95。我國金屬合金加工企業(yè)星羅其布，遍布全國各地，設(shè)備的技術(shù)水平參差不齊，大多數(shù)加工企業(yè)的設(shè)備都需要技術(shù)改造。這幾年來，我國塑機(jī)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步十分顯著，尤其是壓鑄機(jī)的技術(shù)水平與國外名牌產(chǎn)品的差距大大縮小，在控制水平、產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量和外觀造型等方面均取得顯著改觀。選擇國產(chǎn)設(shè)備，以較小的投入，同樣也能生產(chǎn)出與進(jìn)口設(shè)備質(zhì)量相當(dāng)?shù)漠a(chǎn)品。這些為企業(yè)的技術(shù)改造創(chuàng)造了條件。液壓傳動(dòng)：它是以液壓油為工作介質(zhì)，通過動(dòng)力元件(油泵)將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能變?yōu)橐簤河偷膲毫δ?，再通過控制元件，然后借助執(zhí)行元件(油缸或油馬達(dá))將壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載實(shí)現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且通過對(duì)控制元件遙控操縱和對(duì)流量的調(diào)節(jié)，調(diào)定執(zhí)行元件的力和速度。當(dāng)外界對(duì)上述系統(tǒng)有擾動(dòng)時(shí)，執(zhí)行元件的輸出量一般要偏離原有調(diào)定值，產(chǎn)生一定的誤差。 液壓控制：和液壓傳動(dòng)一樣，系統(tǒng)中也包括動(dòng)力元件、控制元件和執(zhí)行元件，也是通過油液傳遞功率6。二者不同之點(diǎn)是液壓控制具有反饋裝置，反饋裝置的作用是執(zhí)行元件的輸出量(位移、速度、力等機(jī)械量)反饋回去與輸入量(可以是變化的，也可以是恒定的)進(jìn)行比較，用比較后的偏差來控制系統(tǒng)，使執(zhí)行元件的輸出隨輸入量的變化而變化或保持恒定。它是一種構(gòu)成閉環(huán)回路的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)，也叫液壓隨動(dòng)系統(tǒng)或液壓伺服系統(tǒng)。 液壓傳動(dòng)系統(tǒng)中用的是通斷式或邏輯式控制元件，就其控制目的，是保持被調(diào)定值的穩(wěn)定或單純變換方向，也叫定值和順序控制元件。 液壓控制系統(tǒng)中用的是伺服控制元件，具有反饋結(jié)構(gòu)，并用電氣裝置進(jìn)行控制，有較高的控制精度和響應(yīng)速度，所控制的壓力和流量常連續(xù)變化。輸出功率可放大。 比例控制是介于上述二者之間的一種控制，所用比例控制閥是在通斷式控制元件和伺服控制元件的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型的電液控制元件，兼?zhèn)淞松鲜鰞深愒囊恍┨攸c(diǎn)，用于用手調(diào)的通斷式控制不能滿足要求，但也不需要伺服閥對(duì)液壓系統(tǒng)那樣嚴(yán)格的污染控制要求的場(chǎng)合。 在目前四大類傳動(dòng)方式(機(jī)械、電氣、液壓和氣壓)中，沒有一種動(dòng)力傳動(dòng)是十全十美的，而液壓傳動(dòng)具有下述極其明顯的優(yōu)點(diǎn)：(1)從結(jié)構(gòu)上看，其單位重量的輸出功率和單位尺寸輸出功率在四類傳動(dòng)方式中是力壓群芳的，有很大的力矩慣量比，在傳遞相同功率的情況下，液壓傳動(dòng)裝置的體積小、重量輕、慣性小、結(jié)構(gòu)緊湊、布局靈活。(2)從工作性能上看，速度、扭矩、功率均可無級(jí)調(diào)節(jié)，動(dòng)作響應(yīng)性快，能迅速換向和變速，調(diào)速范圍寬，調(diào)速范圍可達(dá)100：l到2000：1；動(dòng)作快速性好，控制、調(diào)節(jié)比較簡單，操縱比較方便、省力，便于與電氣控制相配合，以及與CPU(計(jì)算機(jī))的連接，便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。(3)從使用維護(hù)上看，元件的自潤滑性好，易實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)與保壓，安全可靠；元件易于實(shí)現(xiàn)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。（4）所有采用液壓技術(shù)的設(shè)備安全可靠性好。（5）經(jīng)濟(jì)：液壓技術(shù)的可塑性和可變性很強(qiáng)，可以增加柔性生產(chǎn)的柔度，和容易對(duì)生產(chǎn)程序進(jìn)行改變和調(diào)整，液壓元件相對(duì)說來制造成本也不高，適應(yīng)性比較強(qiáng)。(6)液壓易與微機(jī)控制等新技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)成“機(jī)-電-液-光”一體化已成為世界發(fā)展的潮流，便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字化7。2 壓鑄機(jī)的組成及工作循環(huán)2.1 壓鑄機(jī)的組成壓鑄機(jī)是將金屬合金加熱融化后壓鑄到模腔、保壓成型設(shè)備，主要包括壓鑄裝置和合模裝置兩部分。2.1.1 壓鑄裝置壓鑄裝置的主要任務(wù)是使金屬合金均勻地以足夠的壓力和速度將熔料注入模腔。壓鑄裝置又包括俗話部件包括坩堝、傳動(dòng)裝置、壓鑄缸、壓鑄座移動(dòng)缸等。其中壓鑄缸。壓鑄座移動(dòng)缸和注射等由液壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。2.1.2 合模裝置合模裝置是保證成型模具可靠地閉合、實(shí)現(xiàn)模具開閉動(dòng)作以及頂出制品的部件、合模裝置主要由固定模具的定模板、動(dòng)模板、合模缸及頂出缸組成。動(dòng)模板與合模板可以是直接連接，也可以是通過連桿機(jī)構(gòu)諒解。合模缸和頂出缸也有液壓傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。金屬合金壓鑄成型機(jī)的工作循環(huán)為： 合模-壓鑄-保壓-冷卻-開模-頂出；合模的動(dòng)作又分為：快速合模、慢速合模。鎖模。鎖模的時(shí)間較長，直到開模前這段時(shí)間都是鎖模階段3 熱室壓鑄機(jī)對(duì)液壓系統(tǒng)的要求及有關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)3.1 對(duì)液壓系統(tǒng)的要求 (1)合模運(yùn)動(dòng)要平穩(wěn)，兩片模具閉合時(shí)不應(yīng)有沖擊。 (2)當(dāng)模具閉合后合模機(jī)構(gòu)要保持壓力，以防壓鑄時(shí)積極昂模具沖開。壓鑄開始后壓鑄機(jī)構(gòu)應(yīng)保持壓鑄壓力，使金屬合金充滿型腔。 (3)進(jìn)料時(shí)，射料時(shí)間不能太短，否則容易造成充填不足或產(chǎn)生回抽。 (4)為保證安全生產(chǎn)，系統(tǒng)應(yīng)有安全連鎖裝置8。3.2 設(shè)計(jì)參數(shù)表1 設(shè)計(jì)參數(shù)Table 1 Design parameters項(xiàng)目 數(shù)值 項(xiàng)目 數(shù)值 鎖模力 862.4KN 鎖模行程S 280mm射料行程 130mm 快速鎖模速度 頂出力Fd 51.94KN 慢速鎖模速度 馬達(dá)功率 11.19KW 坩堝容量 55dm3頂出行程S3 60mm 壓鑄速度 4 液壓執(zhí)行元件載荷和載荷轉(zhuǎn)矩計(jì)算4.1 各液壓缸的載荷力計(jì)算4.1.1 合模缸的載荷力合模缸在模具閉合過程中是輕載，其外載荷主要是動(dòng)模及其連動(dòng)部件的起動(dòng)慣性力和導(dǎo)軌的摩擦力。 鎖模時(shí)，動(dòng)模停止運(yùn)動(dòng)，其外載荷就是給定的鎖模力。 開模時(shí)，液壓缸除要克服給定的開模力外，還克服運(yùn)動(dòng)部件的摩擦阻力。4.1.2 壓鑄缸的載荷力射注缸在射料過程中，同樣要克服金屬融液自身重力和阻尼引起的摩擦力。4.1.3 頂出缸載荷力注射缸的載荷力在整個(gè)注射過程中是穩(wěn)定的。計(jì)算時(shí)，只須根據(jù)鎖模力來當(dāng)作最大載荷力。取液壓缸機(jī)械效率=0.9，則各液壓缸工作負(fù)載如下表所示：表2 各液壓缸的載荷力Table 2 Various hydraulic cylinders loading force 液壓缸名稱 液壓缸外載荷（KN） 實(shí)際載荷（KN） 鎖模缸 862.40 958.22 射注缸 65.66 73.00 抽芯缸 51.94 57.70 頂出缸 51.94 57.704.2 液壓馬達(dá)載荷轉(zhuǎn)矩計(jì)算 （1）取液壓馬達(dá)的機(jī)械效率為0.95，則其載荷轉(zhuǎn)矩 （2）5 液壓系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)計(jì)5.1 初定系統(tǒng)工作壓力 液壓缸包括鎖模缸、頂出缸和射料缸。其外負(fù)載包括鎖模力、頂出力和射料力，由鎖模缸為例本次設(shè)計(jì)的給定的參數(shù)來看，選擇鎖模液壓缸的最大外負(fù)載（鎖模力）為F=862.4KN,實(shí)際鎖模載荷F=958.22KN。確定液壓系統(tǒng)的工作壓力，系統(tǒng)的工作壓力一般按機(jī)器設(shè)備的功率大小選擇。小功率（15KW）的工作壓力可選6.37.0MPa， 大功率可選7.031.5MPa，參考機(jī)械常用系統(tǒng)壓力表29-8，結(jié)合國內(nèi)同類液壓機(jī)的使用情況，初步確定系統(tǒng)工作壓力為P1=25MPa。頂出缸和抽芯缸的工作負(fù)載不是很大，根據(jù)頂出缸的負(fù)載初選抽芯系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的工作壓力為P2=15MPa。5.2 計(jì)算液壓缸的主要結(jié)構(gòu)尺寸5.2.1 確定合模缸的活塞機(jī)活塞桿直徑合模缸最大載荷時(shí)，為鎖模工況，其載荷力為958.22kN，工作在活塞桿受壓狀態(tài)。活塞直徑為 (3)求得合模缸的活塞直徑為 ，取Dh0.2m。 (4) 按表44取d/D0.7，則活塞桿直徑dh0.70.2m0.14m，取dh0.14m。5.2.2 打料缸的活塞和活塞直徑注射缸最大載荷為其壓鑄過程中時(shí)，此時(shí)缸的回油流量雖經(jīng)節(jié)流閥，但流量極小，故背壓視為零，則其活塞直徑為 ，取Dy0.063m。 (5) 按表44取A1=2A2，則活塞桿直徑dh0.0445m，取dh0.045m。5.2.3 確定頂出缸的活塞及活塞桿直徑當(dāng)液態(tài)塑料充滿模具型腔時(shí)，注射缸的載荷達(dá)到最大值213kN，此時(shí)注射缸活塞移動(dòng)速度也近似等于零，回油量極?。还时硥毫梢院雎圆挥?jì)，這樣 ，取Ds0.063m。 (6)按表44取d/D0.7，則活塞桿直徑dh0.70.063m0.0441m，取dh0.045m。5.2.4 確定抽芯缸的活塞及活塞桿直徑當(dāng)液態(tài)塑料充滿模具型腔時(shí)，注射缸的載荷達(dá)到最大值213kN，此時(shí)注射缸活塞移動(dòng)速度也近似等于零，回油量極??；故背壓力可以忽略不計(jì)，這樣 ，取Ds0.063m。 (7) 按表44取d/D0.7，則活塞桿直徑dh0.70.0635m0.0441m，取dh0.045m。5.2.5 確定液壓馬達(dá)的排量液壓馬達(dá)是單向旋轉(zhuǎn)的，其回油直接回油箱，視其出口壓力為零，機(jī)械效率為0.95，這樣： （8）5.3 計(jì)算執(zhí)行元件的實(shí)際工作壓力和實(shí)際所需的流量5.3.1 計(jì)算液壓執(zhí)行元件實(shí)際工作壓力因確定液壓缸和液壓馬達(dá)的尺寸和排量時(shí)為考慮背壓且對(duì)計(jì)算值進(jìn)行過圓整，因此執(zhí)行元件的實(shí)際工作壓力有異于初定值。本例的實(shí)際工作壓力如表3所示表3 執(zhí)行元件實(shí)際工作壓力Table 3 Functional element practical work pressure工 況 執(zhí)行元件名稱 載荷 背壓力/MPa 工作壓力/MPa 鎖 模 合模缸 958.22KN 0.5 25.5射 注 打料缸 73KN 0.5 22.25 頂 出 頂出缸 57.7KN 0.3 29.55.3.2 計(jì)算液壓執(zhí)行元件實(shí)際所需流量根據(jù)最后確定的液壓缸的結(jié)尺寸或液壓馬達(dá)的排量及其運(yùn)動(dòng)速度或轉(zhuǎn)速，計(jì)算執(zhí)行元件所需流量時(shí)取液壓缸的容積效率為1，液壓馬達(dá)的容積效率為0.95，其計(jì)算值如表4所示9。表4 執(zhí)行元件所需實(shí)際流量Table4 The functional element needs the actual flow工 況 執(zhí)行元件名稱 運(yùn)動(dòng)速度 結(jié)構(gòu)參數(shù) 流量/（L/min） 慢速合模 合模缸 0.02m/s 62.8 快速合模 同 上 0.03m/s 94.2 壓 鑄 打料缸 0.06m/s 18.6頂 出 頂出缸 0.08m/s 15.7抽 芯 抽芯缸 0.08m/s 15.76 制定液壓系統(tǒng)方案和擬定液壓系統(tǒng)圖6.1 制定液壓系統(tǒng)方案（1）執(zhí)行機(jī)構(gòu)的確定 本機(jī)動(dòng)作機(jī)構(gòu)均為直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。各直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)均采用單桿雙作用活塞液壓缸直接驅(qū)動(dòng)。從給定的設(shè)計(jì)參數(shù)可知，鎖模時(shí)所需的力最大，為862.4KN。為此設(shè)置儲(chǔ)能液壓缸，得到鎖模時(shí)的局部高壓來保證鎖模力。 (2)合模缸動(dòng)作回路 合模缸要求其實(shí)現(xiàn)快速、慢速、鎖模、開模動(dòng)作。加了儲(chǔ)能器即可實(shí)現(xiàn)保壓、卸荷。其運(yùn)動(dòng)方向由電液換向閥控制，快速運(yùn)動(dòng)時(shí)，需要有較大流量供給。慢速合模只要有小流量供給即可。鎖模時(shí)由儲(chǔ)能缸和馬達(dá)一起供油。 (3)頂出動(dòng)作回路 頂出動(dòng)作要求快速頂出前進(jìn)和退回，所以液壓馬達(dá)單向旋轉(zhuǎn)即可，由于其速度要求較高，而對(duì)速度平穩(wěn)性無過高要求，故直接采用換向回路方式，在頂出回路中壓力不要是要求很高，所以在進(jìn)油前端加一減壓閥限定壓力。 (4)抽芯動(dòng)作回路 抽芯動(dòng)作回路是在壓鑄冷卻完成后的一個(gè)動(dòng)作回路，它的動(dòng)作只是來回直線運(yùn)動(dòng)，由于其對(duì)速度要求較高，壓力要求不高在進(jìn)油口跟頂出動(dòng)作回路共用一個(gè)支路。（5）壓鑄缸動(dòng)作回路 壓鑄缸運(yùn)動(dòng)速度也較快，平穩(wěn)性要求不高，故也采用旁路節(jié)流調(diào)速方式。由于預(yù)塑時(shí)有背壓要求，在無桿腔出口處串聯(lián)背壓閥。壓鑄的過程中有一段行程是空程，所以采用差動(dòng)式液壓缸實(shí)現(xiàn)差動(dòng)連接運(yùn)動(dòng)回路10。 （6）液壓源的選用 該液壓系統(tǒng)在整個(gè)工作循環(huán)中需油量變化大，另外，閉模和壓鑄后又要求有較長時(shí)間的保壓，所以選用雙泵供油系統(tǒng)。液壓缸快速動(dòng)作時(shí)，這樣可減少功率損失，提高系統(tǒng)效率。6.2 擬定液壓系統(tǒng)圖液壓執(zhí)行元件以及各基本回路確定以后，把它們有機(jī)地組合在一起，去掉重復(fù)多余的元件，把控制液壓馬達(dá)的換向閥和泵的卸荷閥合并，使之一閥兩用，考慮壓鑄缸與合模缸之間有動(dòng)作順序的要求，在兩回路結(jié)合部串聯(lián)單向順序閥。再加一些其他的輔助元件，便構(gòu)成了完整的液壓系統(tǒng)圖，電磁通電為1，斷電為0，見下圖其動(dòng)作循環(huán)見表5表5 電磁鐵動(dòng)作表Table 5 The electro-magnet moves the tabulation電磁鐵 YT1 YT2 YT3 YT4 YT5 YT6 YT7 YT8 YT9 YT10快速合模 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 慢速合模 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 保壓鎖模 0 1 0 0 0 0 0 0 1 0 壓鑄 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 壓鑄保壓 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 壓鑄后退 0 1 0 0 1 0 0 0 1 0 快速開模） 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 頂出制件 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 頂出后退 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 按照設(shè)定的壓鑄機(jī)工藝程序要求，通過查閱相關(guān)資料，設(shè)計(jì)出以下液壓原理圖，包括各元器件的連接、標(biāo)注等等，結(jié)合動(dòng)作循環(huán)表可以清晰的反映整個(gè)工作過程和工作原理，見圖1圖1 液壓原理圖Fig 1 Hydraulic pressure schematic diagram7 液壓元件的選擇7.1 液壓泵的選擇7.1.1 液壓泵的工作壓力的確定根據(jù)液壓系統(tǒng)的實(shí)際工作壓力，決定選用雙作用葉片泵。雙作用葉片泵不僅瞬時(shí)理論流量均勻，噪聲低，而且額定壓力25MPa增加到到41MPa等多級(jí)壓力，便于選用。液壓本的工作壓力 （9）其中是液壓執(zhí)行元件的最高工作壓力，對(duì)于本系統(tǒng)最高壓力是增壓缸鎖模時(shí)的進(jìn)口壓力，是泵到執(zhí)行元件劍的管路損失，參考10-3，取。液壓泵的工作壓力為： （10）7.1.2 液壓泵的流量的確定因壓鑄機(jī)的各執(zhí)行元件為依次單動(dòng)，因此不存在多個(gè)執(zhí)行元件同時(shí)動(dòng)作的問題。若分析表10-5所列的歌執(zhí)行元件所需的流量，不難發(fā)現(xiàn)：最大的流量需求為快速合模（、），各執(zhí)行元件的不同工況流量需求相差很大。為保證功率利用合理，顯然應(yīng)采用雙泵供油。液壓泵的流量 （11）取泄露系數(shù)K=1.2，求得液壓泵的流量為 （12）選CY14-1B型柱塞泵，型號(hào)為205-MCY14-1B7.2 電動(dòng)機(jī)功率的確定壓鑄機(jī)在整個(gè)動(dòng)作循環(huán)中，系統(tǒng)的壓力和流量都是變化的，所需功率變化較大，為滿足整個(gè)工作循環(huán)的需要，按較大功率段來確定電動(dòng)機(jī)功率。已知系統(tǒng)工作壓力為 ，考慮泵到壓鑄缸之間的管路損失，泵供油壓力應(yīng)為取泵的總效率 ，泵的總驅(qū)動(dòng)功率為 （13）考慮到壓鑄時(shí)間較短，不過3s，而電動(dòng)機(jī)一般允許短時(shí)間超載25%，這樣電動(dòng)機(jī)功率還可降低一些。 （14） 驗(yàn)算其他工況時(shí)，液壓泵的驅(qū)動(dòng)功率均小于或近于此值，查產(chǎn)品樣本，選用60KW或55KW的電動(dòng)機(jī)11。 7.3 閥類元件的選擇選擇液壓閥主要根據(jù)閥的工作壓力和通過閥的流量。該系統(tǒng)工作壓力在14MPa左右，液壓閥都選用中、高壓閥。所選閥的規(guī)格型號(hào)如表6所示表6 壓鑄機(jī)液壓閥明細(xì)表Table machine hydraulic valve detailed list序 號(hào) 名 稱 實(shí)際流量/(L/min) 選用規(guī)格 1 三位四通電磁換向閥 108 4WE10D-3X/CG24N9K4 2 三位四通電磁換向閥 108 4WE10E3X/CG24N9K4 3 三位四通電磁換向閥 72 4WE6E6X/EG24N9K4 4 溢流閥 2.62 DBDH-6K-1X/25 5 單向閥 0.74 DF-B20K 6 液控單向閥 3.36 AY-Ha32B7.4 液壓馬達(dá)的選擇前面已求得液壓馬達(dá)的排量為0.56L/r,正常工作時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩557.2Nm，選SZM0.9雙斜盤軸向柱塞式液壓馬達(dá)。其理論排量0.9L/r,額定壓力為20MPa，額定轉(zhuǎn)速為80100r/min，最高轉(zhuǎn)矩3057Nm，機(jī)械效率大于90%12。7.5 油箱的有效容積油箱的有效容積可按下式確定 （15）式中a為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，對(duì)中壓系統(tǒng)取a=5.所選泵的總流量為201.4L/min，液壓泵每分鐘排出的壓力油的體積為0.2 ，算的油箱的有效容積為7.6 油管內(nèi)徑計(jì)算 本系統(tǒng)管理較為復(fù)雜，取其主要幾條（其余略），按式： 計(jì)算，有關(guān)參數(shù)及計(jì)算結(jié)果列于下表7表7 主要管路內(nèi)徑Table 7 Main pipeline inside diameter管路名稱 通過流量/(L/s) 允許流速/(m/s) 管路內(nèi)徑/m 實(shí)際取值/m泵吸油管 3.6 0.85 0.073 0.07泵排油管 3.6 4.5 0.032 0.03壓鑄缸進(jìn)油管路 1.4 4.5 0.019 0.028 液壓系統(tǒng)性能驗(yàn)算8.1 驗(yàn)算回路中的壓力損失本系統(tǒng)較為復(fù)雜，有多個(gè)液壓執(zhí)行元件動(dòng)作回路，其中環(huán)節(jié)較多，管路損失較大的要算壓鑄缸動(dòng)作回路，故主要驗(yàn)算由泵到壓鑄缸這段管路的損失13。8.1.1 驗(yàn)算回路中的壓力損失 沿程壓力損失，主要是壓鑄缸快速壓鑄時(shí)進(jìn)油管路的壓力損失。此管路長5m，管內(nèi)徑0.032m，快速時(shí)通過流量2.7L/s，選用20號(hào)機(jī)械系統(tǒng)損耗油，正常運(yùn)轉(zhuǎn)后油的運(yùn)動(dòng)粘度，油的密度14。油在管中的實(shí)際流速為： （16） （17）油在管路中呈絮流動(dòng)狀態(tài)，其沿程阻力系統(tǒng)為： （18）按式 求得沿程壓力損失為： （19）8.1.2 局部壓力損失 局部壓力損失包括通過管路中折管和管接頭等處的管路局部壓力損失，以及通過控制閥的局部壓力損失。其中管路局部壓力損失相對(duì)來說小得多，故主要計(jì)算通過控制閥的局部壓力損失。 參看圖，從泵出口到壓鑄缸進(jìn)油口，要經(jīng)過比例閥11，電液換向閥6及單向順序閥。 比例閥的額定流量為300L/min，額定壓力損失為0.6 MPa。電液換向閥的額定流量為190L/min,額定壓力損失0.3MPa。單向順序閥的額定流量為150L/min，額定壓力損失之和為0.2MPa15。通過各閥的局部壓力損失之和為 （20）由以上計(jì)算結(jié)果可求得快速壓鑄時(shí)：泵到壓鑄缸之間總的壓力損失為 （21）泵出口壓力為：由計(jì)算結(jié)果看，大小泵的實(shí)際出口壓力距泵的額定壓力還有一定的壓力裕度，所選泵是合適的。另外還要說明的一點(diǎn)是：在整個(gè)壓鑄過程中，壓鑄壓力是不斷變化的，壓鑄缸的進(jìn)口壓力也隨之由小到大變化，當(dāng)壓鑄壓力達(dá)到最大時(shí)，壓鑄缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度也將近似等于零，此時(shí)管路的壓力損失隨流量的減小而減小16。泵的實(shí)際出口壓力要比以上計(jì)算值小一些。綜合考慮各工況的需要，確定系統(tǒng)的最高工作壓力為14MPa，也就是溢流閥的調(diào)定壓力。8.2 液壓系統(tǒng)發(fā)熱溫升計(jì)算8.2.1 計(jì)算發(fā)熱功率液壓系統(tǒng)的功率損失全部轉(zhuǎn)化為熱量。按下式計(jì)算其發(fā)熱功率 （22）對(duì)本系統(tǒng)來說，是整個(gè)工作循環(huán)中雙泵的平均輸入功率。 （23）： 系統(tǒng)工作循環(huán)周期；： 執(zhí)行裝置的工作壓力；： 執(zhí)行裝置的流量；： 執(zhí)行裝置工作時(shí)間；： 執(zhí)行裝置的總效率具體、值如表8所示，這樣，可算得雙泵平均輸入功率=12KW17。表8 各工況泵輸入功率Table 8 Various operating modes double pump power input 工 況 泵工作狀態(tài) 出口壓力/MPa 總輸入功率/KW 工作時(shí)間/s 泵 泵 慢速合模 + 25 6 1 快速合模 + 25 17.3 2 增壓鎖模 + 25 27.9 16注 射 + 25 15 3保 壓 + 25 8.9 16頂 出 + 15 9 1抽 芯 + 15 9 1注：表中（+）表示正常正常工作，（）卸荷。 系統(tǒng)的總輸出功率 （24）式中 ：系統(tǒng)工作循環(huán)周期；：液壓缸輸出的推力； ：液壓缸運(yùn)動(dòng)的距離；： 液壓馬達(dá)輸出的轉(zhuǎn)矩；： 液壓馬達(dá)輸出的角度； ： 液壓馬達(dá)工作時(shí)間；由前面給定參數(shù)及計(jì)算結(jié)果可知：合模缸的外載荷為90KN，行程0.35m；壓鑄缸的外載荷為192KN，行程0.2m；預(yù)塑螺桿有效功率5KW，工作時(shí)間15s；開模時(shí)外載荷近同合模，行程也相同18。壓鑄機(jī)輸出有效功率主要是以上這些?？偟陌l(fā)熱功率為： （25） 8.2.2 計(jì)算散熱功率 前面初步求得油箱的有效容積為1 ，按V=0.8abh 求得油箱各邊之積； （26）取a為1.25m，b、h分別為1m。根據(jù)公式，求得油箱散熱面積為： 油箱散熱功率為： （27）式中 油箱散熱系數(shù)，查表23.4-12，取 ; 油溫與環(huán)境溫度之差，取。 （28）由此可見，油箱的散熱遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了系統(tǒng)散熱的要求，管路散熱是極小的，需要另設(shè)冷卻器19。8.2.3 冷卻器所需冷卻面積的計(jì)算冷卻面積： （29） 式中 傳熱系數(shù)，用管式冷卻器時(shí)，取; 平均溫升， （30）取油進(jìn)入冷卻器的溫度，油流出冷卻器的溫度，冷卻水入口溫度，冷卻水出口溫度20。則： 所需冷卻器的散熱面積為： （31）考慮到冷卻器長期使用時(shí)，設(shè)備腐蝕和油垢，水垢對(duì)傳熱的影響，冷卻面積應(yīng)比計(jì)算值大30%，實(shí)際選用冷卻器散熱面積為： 9 總結(jié)經(jīng)過幾個(gè)月的時(shí)間畢業(yè)設(shè)計(jì)，從一開始的查找資料，基本思路的初步設(shè)計(jì)，參數(shù)的計(jì)算，圖紙的繪制等等，至此已基本完成了任務(wù)書所規(guī)定的任務(wù)。本設(shè)計(jì)涉及的課程很多，涉及到液壓傳動(dòng)、流體動(dòng)力學(xué)、液壓、機(jī)械原理、機(jī)械工藝、電氣控制等相關(guān)課程的知識(shí)。從而對(duì)壓鑄機(jī)這類機(jī)械有了一定的了解和認(rèn)識(shí)，通過完成該設(shè)計(jì)，受益匪淺知道了怎么從根據(jù)所要求的參數(shù)中，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)很好達(dá)到所要求的功能，綜合能力提高很大。首先，對(duì)大學(xué)四年所學(xué)過的主要專業(yè)知識(shí)進(jìn)行了一遍較系統(tǒng)的復(fù)習(xí)。在論文完成的過程中，基本上是在不斷翻閱課本、手冊(cè)，加以總結(jié)和聯(lián)系的基礎(chǔ)上獨(dú)立來完成的，因此，可以說通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使自己在專業(yè)知識(shí)方面得到了一次較大的提高。其次，設(shè)計(jì)的過程中，不免會(huì)遇到很多問題和難點(diǎn)，在問題面前，我學(xué)會(huì)了獨(dú)立思考解決問題和協(xié)作。在論文完成的過程中，我通過查找資料，請(qǐng)教老師和同學(xué)，使難點(diǎn)和問題逐個(gè)擊破，感覺很充實(shí)，收獲頗多。再次，通過此次畢業(yè)設(shè)計(jì)鍛煉了思想，感覺只要靜下心來做一件事，成功的機(jī)會(huì)還是很大的。在搜集資料的過程中，我認(rèn)真準(zhǔn)備了一個(gè)筆記本。我在學(xué)校圖書館，大工圖書館搜集資料，還在網(wǎng)上查找各類相關(guān)資料，將這些寶貴的資料全部記在筆記本上，盡量使我的資料完整、精確、數(shù)量多，這有利于論文的撰寫。然后我將收集到的資料仔細(xì)整理分類，及時(shí)拿給導(dǎo)師進(jìn)行溝通。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中了解了以前在學(xué)習(xí)中沒遇到過的問題，液壓油路板的設(shè)定就是以前沒有碰見過的，雖然聽老師說過油路板跟電路板是同一原理，但還是根據(jù)油路板的設(shè)計(jì)加工比起電路板有很多不同地方，感覺接觸的時(shí)候，在查閱資料的時(shí)候看到資料上面提到的油路板圖紙感覺這個(gè)問題很大，自己無法理解清楚。后來通過一個(gè)部分一個(gè)部分分解了解就逐步理解終于搞懂了這個(gè)問題。腳踏實(shí)地，認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)，實(shí)事求是的學(xué)習(xí)態(tài)度，不怕困難、堅(jiān)持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設(shè)計(jì)中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對(duì)自己綜合能力的一次提升，也會(huì)對(duì)我未來的學(xué)習(xí)和工作有很大的幫助。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。我不會(huì)忘記這難忘的幾個(gè)月的時(shí)間。畢業(yè)論文的制作給了我難忘的回憶。在我徜徉書海查找資料的日子里，面對(duì)無數(shù)書本的羅列，最難忘