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来源
《特种铸造及有色合金》2024年第08期
专题简介
2024年第44卷第8期《特种铸造及有色合金》期刊发表了一体化压铸专题，广东鸿图万里教授级高工为学术主编，吉林大学查敏教授为特邀专家。本专题聚焦新能源汽车大型一体化压铸技术，基于压铸企业在该技术领域的多年实践经验，探讨一体化压铸所涉及的集成化设计、免热处理铝合金、压铸装备、压铸模具、压铸工艺、机加工技术、装配技术、检测技术等重点技术环节。针对近年来一体化压铸铝合金和镁合金及大型一体化结构部件高压铸造成形技术进行归纳总结，为一体化压铸大型复杂车身结构件研发提供参考。
万里，工学博士，教授级高级工程师，毕业于日本名古屋大学材料加工工程专业。1994～2013年，任职于华中科技大学材料学院；2013年8月至今，任职于广东鸿图科技股份有限公司，现任广东鸿图科技股份有限公司副总经理、研究院院长。长期从事铝合金压铸成型技术理论研究并深耕一线技术开发实践，兼具深厚的学术界理论基础和工业界产品、技术实践开发的工作经验，在高性能压铸铝合金材料、压铸成型工艺、压铸模具优化设计、压铸成型装备等方面取得了较好的业绩。近年来，承担和完成了省部级产学研项目11项，其中重点研发项目3项；发表论文70余篇，授权发明专利20余项；主编教材1本，参编教材2本，合作著作2本。
一体化压铸技术的发明与应用改变了汽车的生产模式，促进了汽车轻量化的发展。目前较先进的新能源汽车下车身方案，主要由前舱、后地板和电池托盘3个一体化压铸件连接而成。与传统的汽车下车身相比，应用一体化压铸技术的汽车下车身可减少生产的零部件数量和焊接点数量，实现减重和增加续航的效果。
一体化压铸件的生产需要使用大型模具和料筒以及真空压铸工艺，而真空工艺需要使用模具液压真空阀。模具液压真空阀的响应时间是指射杆行程到达设定的真空关闭位置开始，到模具液压真空阀完全关闭时的时间，普遍在80～250 ms，响应时间较长。当模具液压真空阀关闭不及时，容易出现进料情况。另外，料筒的加料口至高速起点位置之间的距离较短，射杆压射时运动的时间只有3.0～3.5 s，在设置2.5倍安全关阀时间的情况下，实际抽真空时间仅有2.5～3.0 s，抽真空时间缩短，可能会导致生产真空度不足，影响产品质量。此外，模具液压真空阀油缸距离电磁换向阀之间的油管长度为4～5 m，连接油管过长会对模具液压真空阀的响应时间造成影响。一体化压铸件具有投影面积大和壁厚较薄等特点，其生产需要使用大型的模具以及真空压铸工艺，因此需要配置多个油缸驱动的模具液压真空阀。目前模具液压真空阀的关闭动作响应时间较长，而关闭不及时易发生模具液压真空阀进料，导致模具故障；预留充足的安全关阀时间则会缩短抽真空时间，导致真空度不足，影响产品品质。因此，改善模具液压真空阀的响应时间，可以减少模具故障，有利于生产。
图文结果
图1 压铸机控制模具液压真空阀方式电控和液控原理
在射杆位置达到设定位置时，压铸机PLC输出中子液压阀控制信号，经过输出隔离中继控制压铸机中子液压阀动作，压铸机中子液压阀通过液压驱动模具液压真空阀的油缸动作，实现模具液压真空阀的开启和关闭。该方式的电控特点是射杆位置信号直接由压铸机PLC进行采集，压铸机电控输出响应时间短。压铸机中子液压阀电磁线圈需要提供0.5~1.5 A的直流电，由于压铸机PLC输出端额定电流较小，无法直接驱动压铸机中子液压阀，因此需要设置隔离中继，导致压铸机电控输出响应时间长。该方式的液控特点是压铸机中子液压阀主要采用先导式电磁换向阀，其响应时间一般为130～160 ms，响应性能差。此外，该方式的液压源为压铸机液压源，容易受到压铸机液压系统压力波动影响。油路设计普通，无法消除模具液压真空阀油缸的油管长度影响。该方式的模具液压真空阀的响应时间为150～250 ms，响应时间长。
图2 真空机控制模具液压真空阀方式电控和液控原理
真空机控制模具液压真空阀方式的电控和液控原理见图2。压铸机采集射杆编码器的射杆位置数据，在射杆位置达到设定位置时，压铸机PLC输出射杆位置信号，经过输出隔离中继后输出至真空机PLC，真空机PLC随后输出液压阀控制信号，经过输出隔离中继控制真空液压集成块的液压阀动作，液压阀通过液压驱动模具液压真空阀的油缸动作，实现模具液压真空阀的开启和关闭。该方式的电控特点是射杆位置信号需要经过压铸机PLC采集，以及经过隔离中继才输出至真空机PLC，导致真空机电控输入的响应时间长。真空液压集成块的液压阀电磁线圈需要提供0.5～1.5 A的直流电。由于压铸机PLC输出端额定电流较小，无法直接驱动压铸机中子液压阀，因此需要设置隔离中继，导致真空机电控输出响应时间长。该方式的液控特点是真空液压集成块的液压阀较多采用普通型直动式液压换向阀，其响应时间一般为6～80 ms，换向阀的响应性能较差。真空液压集成块配置有储能器，可以消除液压源压力波动影响。油路设计普通，无法消除模具液压真空阀油缸的油管长度影响。该方式的模具液压真空阀的响应时间为80～150 ms，响应时间长。
图3 模具液压真空阀极速响控制方案电控原理
真空机PLC的CPU应选择高速型CPU，如选择基本运算处理速度（LD指令）达到1.9 ns，扫描周期达到0.19 ms的CPU型号；输入模块选择响应时间为1 ms的型号；输出模块选择输出响应时间为1 ms的晶体管输出型；配合压铸机射杆位置信号直接采集方式，可实现真空机PLC的1 ms高速电控输出。
液压电磁阀选择带内置驱动回路的直动式电磁换向阀，液压电磁阀内置有驱动回路，其控制触点的电流仅为10 mA，可实现真空机PLC输出端的直接控制。此外，液压电磁阀应选择置位响应性能为30 ms，复位响应性能为15 ms的型号，使用液压电磁阀的复位动作控制模具液压真空阀关闭，理论上可以实现模具液压真空阀关闭动作不大于15 ms的高速动作响应。
图4 模具液压真空阀极速响应控制方案液控原理
1.V2储能阀 2.V11单向阀 3.A1储能器 4.V6减压阀 5.模具液压真空阀油缸 6.模具液压真空阀阀体 7.压铸模具 8.V1换向阀 9.V4高速预关阀 10.V3泄压阀 11.V5高速关闭阀
液压控制方式采用真空液压集成块的方式，配置储能器，稳定液压系统压力和流量输出。对液压油路进行特殊设计，在实现模具液压真空阀关闭动作快速响应的同时，可以消除模具液压真空阀油缸油管长度对响应时间的影响。
真空液压集成块配置有储能阀、单向阀、储能器、减压阀、换向阀、泄压阀、高速预关闭阀和高速关闭阀；储能阀、单向阀、储能器和减压阀负责稳定液压系统的压力和流量，换向阀负责模具液压真空阀开启和关闭动作切换，泄压阀负责急停状态下的系统压力泄压，高速预关闭阀负责模具液压真空阀油缸回油油路的慢速回油和快速回油切换，高速关闭阀负责模具液压真空阀高速关闭动作的实现。
图5 模具液压真空阀极速响应控制方案模拟测试原理
表1 极速响应控制方案测试结果
一体化压铸模具液压真空阀极速响应控制方案可以实现模具液压真空阀35 ms的极速响应控制，使模具液压真空阀响应时间缩短了70%左右，减少模具液压真空阀的进料风险，降低模具故障率，并消除模具液压真空阀连接油管长度对响应时间的影响，有利于一体化压铸件生产。
本文作者：
但昭学 聂俊毅 万里 黄志垣 林韵
广东鸿图科技股份有限公司
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编辑/排版：柳力莎
校对：刘晨辉
审核：张正贺
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