模铸机的注射装置及铸造方法.pdf

本发明提供不必对蓄能器进行调整能获得必要的铸造压力的模铸机的注射装置。该模铸机的注射装置设有：注射缸(2)，其内置有与注射柱塞(64)连接的注射用活塞(5)以及设置在注射用活塞(5)后面的增压用活塞(20)；蓄能器(20)，其供给规定液压的工作液；液压回路(40)，其将来自蓄能器(20)的工作液供给注射缸(2)，且在驱动所述注射用活塞(5)之后再驱动增压用活塞(6)；控制阀(15)，其通过控制从注射缸(2)的注射用活塞(5)前侧排出的工作液的流量控制注射用活塞(5)的注射速度；控制装置(30)，其通过控制阀(15)的关闭时刻控制注射用活塞(5)前侧的工作油的压力，从而决定铸造压力的最终值。

1.  模铸机的注射装置，其通过使注射柱塞前进，向形成于模具中的模腔内注射、填充金属熔液，并使填充到所述模腔内的金属熔液的铸造压力上升而进行铸造，其设有：
注射缸，其内置有与所述注射柱塞连接的注射用活塞以及设置在所述注射用活塞后面的增压用活塞；
蓄能器，其供给规定液压的工作液；
液压回路，其把来自所述蓄能器的工作液供给所述注射缸，且在驱动所述注射用活塞之后再驱动所述增压用活塞；
控制阀，其通过控制从所述注射缸的所述注射用活塞前侧排出的工作液的流量，控制所述注射用活塞的速度；
控制装置，其通过所述控制阀的关闭时刻控制所述注射用活塞前侧的工作液的压力，从而决定所述铸造压力的最终值。

2.  如权利要求1所述的模铸机的注射装置，其中，具有检测所述注射用活塞前侧工作液压力的第一压力检测装置以及检测所述注射用活塞后侧工作液压力的第二压力检测装置；
所述控制装置根据所述第一及第二压力检测装置检测的工作液的压力，决定所述控制阀的关闭时刻。

3.  如权利要求1或2所述的模铸机的注射装置，其中，所述增压用活塞具有截面积与所述注射用活塞相同的第一活塞部和直径大于所述第一活塞部的第二活塞部，
所述注射缸具有所述注射用活塞及所述增压用活塞的第一活塞部可共同滑动的第一缸室，以及所述增压用活塞的第二活塞部可滑动的第二缸室，
通过向所述第一缸室的所述注射用活塞与所述增压用活塞的第一活塞部之间供给工作液，驱动所述注射用活塞，
通过向所述第二缸室的所述增压用活塞的第二活塞部的后侧供给工作液，驱动所述增压用活塞。

4.  如权利要求3所述的模铸机的注射装置，其中，所述第一缸室的所述注射用活塞的前侧与所述第二缸室的所述第二活塞部的前侧连通。

5.  一种铸造方法，其通过使注射柱塞前进，向形成于模具中的模腔内注射、填充金属熔液，并使所述填充到模腔内的金属熔液的铸造压力上升而进行铸造，其中，
从蓄能器向内置于驱动所述注射柱塞的注射缸中的注射用活塞的后侧供给规定压力的工作液，
通过控制阀控制从所述注射用活塞前侧排出的工作液的流量，控制所述注射用活塞的速度，
在金属熔液注射、填充到所述模腔后，驱动内置于所述注射缸的所述注射用活塞后侧的增压用活塞，以使所述铸造压力上升，
根据所述控制阀的关闭时刻控制所述注射用活塞前侧的工作液的压力，从而决定所述铸造压力的最终值。

6.  如权利要求5铸造方法，其中，检测所述注射用活塞前侧工作液的压力和所述注射用活塞后侧工作液的压力，根据所述各工作液的压力决定关闭所述控制阀的时刻。

模铸机的注射装置及铸造方法
技术领域
本发明涉及模铸机的注射装置及铸造方法。
背景技术
模铸机通过注射柱塞向模具的模腔注射金属熔液来进行铸造的。金属熔液的注射速度及铸造压力(注射压力)对铸造品的质量有很大的影响。因此，需要对驱动注射柱塞的注射缸的移动速度(注射速度)及加压压力进行适当控制。即，根据铸造过程中金属熔液的填充状况对注射速度及铸造压力(注射压力)进行控制以实现最佳的注射动作。
例如，在注射开始后的一定区间中，为了防止注射套筒内的金属熔液中进入空气，采用低速的注射速度移动注射柱塞。接着，当金属熔液的前端部到达模腔的入口后，为了将金属熔液在冷却固化之前填充到模腔中，注射速度从低速切换到高速并以高速的注射速度移动注射柱塞。完成金属熔液向模腔内的填充之后，使铸造压力(注射压力)急剧增加，一边对模腔中的金属熔液进行加压，一边使金属熔液凝固。
但是，注射装置向模具的模腔中注射、填充金属熔液，并使铸造压力增加后最终输出的铸造压力，一般由蓄能器提供的工作油的压力决定。
蓄能器内置有活塞，在活塞的一侧形成有气室。例如，可以通过将氮气等蓄压用气体填充到气室中进行蓄压。例如，可以通过向气室排出、注入工作油，以改变气室的容积来调整蓄能器中积蓄的压力。
另一方面，铸造压力因对象制品(模具)的不同而不同，另外，同样的模具也因铸造条件的不同而不同。因此，当更换模具或改变铸造条件时，必须相应地调整蓄能器的设定压力。
蓄能器的压力调整范围依赖于气室中填充的蓄压用气体的压力。因此，当变化的铸造压力在蓄能器的压力调整范围之外时，可以排放或补充气室中填充的蓄压用气体。
为了获得正确的铸造压力，必须计算气室中填充的气体量。在气室中填充的气体发生泄漏后，则由于改变铸造压力，因此，必须频繁地计算气体量。
这样，由于铸造压力的改变，就必须对蓄能器的压力进行调整，因此，需要一定的操作时间。另外，为了调整蓄能器的压力，需要排放及补充氮气，因此，存在成本较高的不利之处。
发明内容
本发明的目的在于提供即使因更换模具或改变铸造条件需要改变注射装置最终输出的铸造压力，也可以不必调整蓄能器而能获得必要的铸造压力的模铸机的注射装置及铸造方法。
本发明的模铸机的注射装置，通过使注射柱塞前进，向形成于模具中的模腔内注射、填充金属熔液，并使填充到所述模腔内的金属熔液的铸造压力上升而进行铸造。该装置具有：注射缸，其内置有与所述注射柱塞连接的注射用活塞以及设置在所述注射用活塞后面的增压用活塞；蓄能器，其供给规定液压的工作液；液压回路，其把来自所述蓄能器的工作液供给所述注射缸，且在驱动所述注射用活塞之后再驱动所述增压用活塞；控制阀，其通过控制从所述注射缸的所述注射用活塞前侧排出的工作液的流量控制所述注射用活塞的速度；控制装置，其通过所述控制阀的关闭时刻控制所述注射用活塞前侧的工作液的压力，从而决定所述铸造压力的最终值。
本发明的模铸机的注射装置最好具有检测所述注射用活塞前侧工作液压力的第一压力检测装置以及检测所述注射用活塞后侧工作液压力的第二压力检测装置，所述控制装置根据所述第一及第二压力检测装置检测的工作液的压力，决定所述控制阀的关闭时刻。
所述增压用活塞最好具有截面积与所述注射用活塞相同地第一活塞部和直径大于所述第一活塞部的第二活塞部。所述注射缸具有所述注射用活塞及所述增压用活塞的第一活塞部可共同滑动的第一缸室，以及所述增压用活塞的第二活塞部可滑动的第二缸室，通过向所述第一缸室的所述注射用活塞与所述增压用活塞的第一活塞部之间供给工作液，驱动所述注射用活塞，通过向所述第二缸室的所述增压用活塞的第二活塞部的后侧供给工作液，驱动所述增压用活塞。
最好所述第一缸室的所述注射用活塞的前侧与所述第二缸室的所述第二活塞部的前侧连通。
本发明的铸造方法，通过使注射柱塞前进，向形成于模具中的模腔内注射、填充金属熔液，并使填充到所述模腔内的金属熔液的铸造压力上升而进行铸造。该方法从蓄能器向内置于驱动所述注射柱塞的注射缸中的注射用活塞的后侧供给规定压力的工作液，通过控制阀控制从所述注射用活塞前侧排出的工作液的流量，控制所述注射用活塞的速度，在金属熔液注射、填充到所述模腔后，驱动内置于所述注射缸的所述注射用活塞后侧的增压用活塞，以使所述铸造压力上升，根据所述控制阀的关闭时刻控制所述注射用活塞前侧的工作液的压力，从而决定所述铸造压力的最终值。
最好在本发明的铸造方法中，检测所述注射用活塞前侧工作液的压力和所述注射用活塞后侧工作液的压力，根据所述各工作液的压力决定关闭所述控制阀的时刻。
在本发明中，首先，通过液压回路从蓄能器向注射缸提供规定压力的工作液，驱动注射用活塞。通过注射用活塞的前进，从注射缸排出工作油，通过控制阀调整该排出的工作油的流量，控制注射用活塞的速度。随着注射用活塞的前进，金属熔液注射、填充到模具的模腔中。在模腔中充满金属熔液后，则注射用活塞急剧减速。
在此，驱动增压用活塞，作为模具中压力的铸造压力上升。另外，注射用活塞前侧的工作油的压力随着注射用活塞的减速、停止而下降。而且，注射用活塞后侧的工作油的压力上升。
另一方面，铸造压力由合成注射用活塞前侧的工作油的压力与注射用活塞后侧的工作油的压力所得的力决定。
在注射用活塞前侧的工作油的压力下降的过程中关闭控制阀，则注射用活塞前侧的工作油的压力将保持在控制阀关闭时的值，并由该值规定最终的铸造压力。
在本发明中，通过正确决定关闭控制阀的时刻，控制注射用活塞前侧工作液的压力，从而决定铸造压力的最终值。因此，不必进行蓄能器的压力调整。
通过与附图相关的下面的说明可以更明确地了解上述本发明的目的和特征，以及其它的目的和特征。
附图说明
图1为表示本发明一个实施例的模铸机的注射装置结构的视图；
图2为表示图1中图解表示的注射装置中注射速度及压力变化的一例的曲线图；
图3为说明图1中图解表示的注射装置中铸造压力的控制方法的曲线图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例进行说明。
图1为表示本发明一个实施例的模铸机的注射装置结构的视图。
图1所示的注射装置1包括注射缸2、蓄能器20、油压回路40、控制阀15、控制装置30、第一及第二压力检测器50、51、注射柱塞64以及注射套筒63。
注射缸2是本发明的注射缸的一种实施例，蓄能器20是本发明的蓄能器的一种实施例，油压回路40是本发明的液压回路的一种实施例，控制阀15是本发明的控制阀的一种实施例，控制装置30是本发明的控制装置的一种实施例，压力检测器50是本发明的第一压力检测装置的一种实施例，压力检测器51是本发明的第二压力检测装置的一种实施例。
注射套筒63由截面为圆筒状的耐热金属材料形成，设置于固定模具62中，通过该注射套筒63的供给口63a，提供铝合金等金属熔液ML。
固定模具62由固定在图中未示出的合模装置底部上的固定模具垫板保持。移动模具61安装于图中未示出的可在合模装置底部上移动的移动模具垫板上。例如，通过连杆机构等，以规定的力向固定模具垫板62推压移动模具垫板61，从而使固定模具62和移动模具61合模。在合模后的移动模具61和固定模具62之间，形成模腔C，该模腔C与注射套筒63之间连通。
注射柱塞64由柱塞头65与柱塞杆66构成，柱塞头65嵌入配合在注射套筒63的内壁。柱塞杆66通过联轴器67与内置于注射缸2中的活塞杆68连接。
注射柱塞64以箭头所示的前进方向A1行进，从而可向模腔C注射、填充由注射套筒63供给的金属熔液ML。
注射缸2具有第一缸室3和第二缸室4。第一缸室3是本发明的第一缸室的一个实施例，第二缸室4是本发明的第二缸室的一个实施例。
第一缸室3和第二缸室4之间互相连通。第一缸室3的直径比第二缸室4的直径小。
在第一缸室3中，可滑动地嵌入注射用活塞5，在第二缸室4中嵌入增压用活塞6。
注射用活塞5与活塞杆68相连。
增压用活塞6具有与注射用活塞5剖面面积相同的第一活塞部6a，直径大于第一活塞部6a的第二活塞部6b。第一活塞部6a和第二活塞部6b均为圆柱形。
增压用活塞6的第一活塞部6a嵌入第一缸室3的内周，第一活塞部6b嵌入第二缸室4。
注射缸2在第一缸室3中注射用活塞5的前侧和背面侧分别具有第一及第二油室3a和3b；在第二缸室4中增压用活塞6的第二活塞部4b前侧和背面侧分别具有第一及第二油室4a和4b。
控制阀15通过管路PLa与第一油室3a连接。管路PLa通过管路PLb与第一油室4a连接。即，注射用活塞5前侧的油室3a与增压用活塞6的第二活塞部4b前侧的油室4a连通。这样，油室3a的工作油的压力与油室4a的工作油的压力相等。
控制阀15通过管路Pla调整从注射缸2的油室3a排出的工作油的流量来控制注射用活塞5的速度(注射速度)。控制阀15根据由控制装置30发出的指令信号15s，调整从注射缸2的油室3a排出的工作油的流量。
蓄能器20通过管路PLc与注射缸2的油室3b连接。所述蓄能器20内置有活塞21，并具有由活塞21形成的气室20a。通过高压将氮气等气体G填充到气室20a中，由此对蓄能器20蓄压。
另外，可以通过向气室20a供给油等液体来调整气室20a的容积，以便能够对存储的压力进行调整。
油压回路40包括止回阀41、逻辑阀42以及电磁阀43。
止回阀41设置于连接蓄能器20与注射缸2的油室3b的管路PLc的中途。止回阀41允许工作油从蓄能器20向注射缸2的油室3b流动，并阻止工作油从注射缸2的油室3b向蓄能器20流动。
逻辑阀42设置于连接蓄能器20与注射缸2的增压用活塞6后侧的油室4b的管路PLd的中途。逻辑阀42通过电磁阀43打开和关闭管路PLd。
电磁阀43由控制装置30接收指令43s，并执行开闭逻辑阀42。
第一压力检测器50与管路PLa相连，检测油室3a的工作油的压力。该压力为杆侧压力PR。
第二压力检测器51与管路PLc连接，检测油室3b的工作油的压力。该压力为盖侧压力PH。
通过杆侧压力PR与盖侧压力PH的合成，决定在模腔C内的金属熔液ML中产生的铸造压力。
控制装置30输入位置探测器70检测出的注射柱塞64的位置信号70s、压力检测器50检测出的杆侧压力PR以及压力检测器51检测出的盖侧压力PH；并根据这些信号进行注射缸2的速度控制及压力控制。控制装置30可以利用计算机构成。另外，具体的控制方法如后面所述。
下面，参照图2及图3对使用注射装置1的铸造方法进行说明。
(a)首先，将移动模具61与固定模具62合模以形成模腔C。
(b)之后，从注射口63a向注射套筒63内供给规定量的金属熔液ML。在该状态中，注射柱塞64后退到注射口63a右侧的规定位置处。从蓄能器20通过止回阀41向油室3b供给规定压力的工作油，控制阀15处于关闭状态。
(c)向注射套筒63供给规定量的金属熔液ML之后，控制装置30打开控制阀15，如图2所示，驱动注射柱塞64，以使注射速度V处于低速VL。
打开控制阀15后，则从注射缸2的油室3a排出工作油，所以通过止回阀41向油室3b提供工作油，注射用活塞5前进。注射用活塞5以与控制阀15的开度相应的速度前进。
当注射用活塞5以低速VL前进时，由于注射用活塞5的油室3a侧的面积小于油室3b侧的面积，因此，如图2所示，杆侧压力PR大于盖侧压力PH。
(d)之后，控制装置30判断注射柱塞64到达所定的速度切换位置时，则扩大控制阀15的开度，使注射速度V切换为高速VH。所述速度切换位置为金属熔液的前端部大致到达模具浇口时的注射柱塞64的位置。
注射速度V切换为高速VH后，则金属熔液ML急速注射、填充至模腔C内。在模腔C内充满金属熔液ML后，则如图2所示，注射速度V急速下降，注射柱塞64停止。
与此相应，铸造压力Pc上升。铸造压力Pc为作用于模腔C内的金属熔液ML上的压力。
(e)控制装置30判断注射柱塞64停止、到达所定的增压开始位置时，则向电磁阀43发送打开逻辑阀42的指令，并开始增压。
逻辑阀42打开后，则通过管路PLd从蓄能器20向油室4b提供高压工作油。由此，铸造压力Pc急速上升。此时，控制阀15处于打开状态。
控制阀15持续打开，则如图2所示，杆侧压力PR最终将达到大气压。
盖侧压力PH从增压开始，急剧上升。图2所示的盖侧压力PH的最大值PHMAX与蓄能器20中存储的压力Pz对应。
因此，在一直到最后均使控制阀15打开的情况下，最终的铸造压力Pc将由在蓄能器20中存储的压力Pz决定。
在本实施例中，在铸造压力Pc达到由存储在蓄能器20中的压力Pz规定的最大值之前，通过在适当的时刻关闭控制阀15，控制杆压力PR达到所希望的值，调整作为杆侧压力PR与盖侧压力PH合成的铸造压力Pc的最终值。
即，在杆侧压力PR下降过程中，若关闭控制阀15，则将杆压力PR保持在控制阀15关闭时的值。该杆侧压力PR与盖侧压力PH合成形成铸造压力Pc的最终值。
这样，控制装置30可以通过关闭控制阀15的时刻来控制注射用活塞5前侧的工作油的压力，决定铸造压力Pc的最终值。
在此，对铸造压力Pc，杆侧压力PR以及盖侧压力PH之间的关系进行说明。
设柱塞头65的面积为Ac，注射用活塞5的油室3b侧的面积为AH，活塞杆68的截面积为AR，增压用活塞6的第二活塞部6b的面积为Az。
考虑到增压用活塞6及注射用活塞5，铸造压力Pc达到最终值时的平衡式为以下(1)式及(2)式。
[1式]
Pz×Az＝PH×AH+PR×(Az-AH)  …(1)
[2式]
Pc×Ac＝PH×AH+PR×(AH-AR)  …(2)
(1)式的左侧为由蓄能器20作用于增压用活塞6中第二活塞部6b背面的力，右侧的第一项为作用于增压用活塞6的第一活塞部6a上的力，第二项为由通过管路PLb反馈到增压用活塞6中第二活塞部6b前侧的由杆侧压力PR产生的力。
(2)式的左侧为通过铸造压力作用于活塞头65上的力，右侧的第一项为作用于注射用活塞5的油室3b侧的作用力，第二项为作用于注射用活塞5的油室3a侧的力。
通过(1)式及(2)式，铸造压力Pc可通过下面的(3)式表示。
[3式]
Pc＝{Pz×Az+PR×(Az-AR)}/Ac   …(3)
从(3)式可以看出，由于Pz×Az与(Az-AH)是一定的，因此，如果将杆压力PR调整到希望值，则可以将铸造压力Pc控制在希望值。
在本实施例中，利用压力检测器50、51，实际检测杆侧压力PR与盖侧压力PH。因此，在控制装置30中，利用检测的杆侧压力PR与盖侧压力PH，通过(2)式逐次计算出铸造压力Pc，判别计算出的铸造压力Pc是否达到希望值，当判断其达到希望值时关闭控制阀15。结果，可以正确调整铸造压力Pc的最终值。即，控制装置30根据第一及第二压力检测器50、51检测到的压力，决定控制阀15关闭的时刻。
例如，如图3所示，假设由在蓄能器20中存储的压力Pz决定的铸造压力Pc的最终值为PcA，当铸造压力Pc的最终值变成PcB时，在杆侧压力PR保持在PRB时关闭控制阀15。
下面对连通注射用活塞5前侧的油室3a和增压用活塞6的第二活塞部4b前侧的油室4a的理由以及说明。
在油室3a与油室4a不连通的情况下，铸造压力Pc的最终值可由下面(4)式表示。
[4式]
Pc＝{Pz×Az-PR×(AH-AR)}/Ac   …(4)
比较(3)式和(4)式可以看出，(3)式中的PR×(Az-AR)项中(Az-AR)的值大于(4)式中的PR×(AH-AR)项中(AH-AR)的值。这样，如上述本实施例那样，连通油室3a与油室4a后，则可以扩大铸造压力Pc的最终值的调整范围，从而提高铸造压力Pc的调整的分辩能力。
本发明并不局限于上述实施例。
在上述实施例中，对作为工作液的工作油的情况进行了说明，当然也可以使用油以外的其它液体。
另外，在上述实施例中，采用了根据压力检测器50、51检测的压力决定控制阀15的关闭时刻的结构，代替压力检测器51检测的盖侧压力PH，也可以通过检测d蓄能器20中存储的压力Pz，利用检测出的杆侧压力PR和在蓄能器20中存储的压力Pz对铸造压力进行调整。
根据本发明，不必进行蓄能器的调整，就获得必要的铸造压力。结果，不必从蓄能器排放气体，也不必向蓄能器补充气体，因此可降低模铸机的注射装置的成本。