充氧压铸的气体输送装置及方法、包括其的充氧压铸系统

摘要

本发明提供一种充氧压铸的气体输送装置及方法、包括其的充氧压铸系统，属于特殊压铸技术领域。该气体输送装置包括用于输送氧气的管路、在所述管路上设置有用于统计氧气流量的流量计、第一流量控制模块；以及第二流量控制模块；其中，所述第一流量控制模块设置在第一分支管路上并用于控制所述第一分支管路进行大流量充氧阶段，所述第二流量控制模块设置在第二分支管路上并用于控制所述第二分支管路进行小流量充氧阶段。充氧压铸系统包括该气体输送装置以及压铸机。充氧压铸中的气体输送控制方法实现按照压铸机的压射时间点分阶段精确控制对模具的型腔充氧，以完成充氧压铸中氧气和铝液的充分反应，减少铸件内的气孔，极大提高铸件的内部性质量。

说明书

技术领域

本发明属于特殊压铸技术领域，涉及充氧压铸，尤其涉及充氧压 铸过程中所使用的气体输送装置、包括该气体输送装置的充氧压铸系 统以及充氧压铸中的气体输送控制方法。

背景技术

在铝合金压铸品中，某些特殊产品(例如，汽车轮毂、高性能耐 压产品等)需要进行产品热处理或耐压渗漏试验，因此对于铸件内气 体含量要求较高，依靠传统的压铸方法无法满足铸件内气孔少的特殊 性格要求。一般地，普通压铸形成的铸件的气体含量在15-30mg/cm3， 真空压铸形成的铸件的气体含量在5-10mg/cm3，而充氧压铸形成的铸 件的气体含量甚至可以达到3-5mg/cm3。因此，充氧压铸方法在极大 程度上可以解决气孔不良问题，从而得到符合性能要求的压铸产品。

所谓充氧压铸，即在模具合模后，射出冲头射出前向型腔内注入 高压氧气，驱走型腔内部所含空气，在铝液等金属溶液进入型腔时， 高压氧气与金属溶液充分反应，使型腔内部形成瞬时负压真空状态， 从而达到降低铸件内因空气与金属溶液混合卷气所造成的气孔问题 的目的。

在充氧压铸过程中，需要对注入型腔内的氧气流量进行控制，并 且是充氧压铸过程中的关键参数，其能直接决定铸件质量。

对于现有技术中的充氧压铸过程中所使用的氧气输送装置，其 对氧气流量只能实现单一流量控制，并且流量参数的调整也不方便。 但是，在整个充氧压铸过程中，需要分阶段采用不同流量和流速参数 向型腔内充氧，以提高充氧压铸的铸件质量。

有鉴于此，有必要提出一种新型的适用于充氧压铸要求的气体 输送装置。

发明内容

本发明目的在于，提供一种可以实现分阶段向型腔内充入氧气的 气体输送装置以及使用该装置的气体输送控制方法，以提高充氧压铸 的铸件质量。

为解决以上技术问题，本发明提供以下技术方案。

按照本发明的一方面，提供一种充氧压铸的气体输送装置，包括 用于输送氧气的管路，并且还包括：

在所述管路上设置有用于统计氧气流量的流量计；

第一流量控制模块；以及

第二流量控制模块；

其中，所述第一流量控制模块设置在第一分支管路上并用于控制 所述第一分支管路进行大流量充氧阶段，所述第二流量控制模块设置 在第二分支管路上并用于控制所述第二分支管路进行小流量充氧阶 段；

所述第一分支管路与所述第二分支管路并行地接合至所述管路。

按照本发明一实施例的气体输送装置，其中，所述第一流量控制 模块包括设置在第一分支管路上的第一电磁阀和第一手动阀门，所述 第一电磁阀用于控制所述第一分支管路的导通与关闭，所述第一手动 阀门用于控制流经所述第一分支管路的氧气流速；

所述第二流量控制模块包括设置在第二分支管路上的第二电磁 阀和第二手动阀门，所述第二电磁阀用于控制所述第二分支管路的导 通与关闭，所述第二手动阀门用于控制流经所述第二分支管路的氧气 流速。

较佳地，所述气体输送装置还包括设置在所述管路上的安全阀。

较佳地，所述安全阀在所述第一流量控制模块和第二流量控制模 块的下游管路上设置。

较佳地，所述气体输送装置还包括设置在所述管路上的总阀门。

按照本发明一实施例的气体输送装置，其中，所述气体输送装置 还包括吹扫控制模块，所述吹扫控制模块与所述第一流量控制模块和 第二流量控制模块并联地设置。

在之前所述任一实施例的气体输送装置中，较佳地，所述吹扫控 制模块包括逆流防止阀、第三电磁阀和第三手动阀；

所述第三电磁阀用于控制所述吹扫控制模块所在管路的导通与 关闭，所述第三手动阀门用于控制流经所述吹扫控制模块所在管路的 压缩空气流速。

在之前所述实施例的气体输送装置中，较佳地，所述气体输送装 置还包括：

继电器，其用于控制第一电磁阀、第二电磁阀以及第三电磁阀。

在之前所述实施例的气体输送装置中，较佳地，所述气体输送装 置还包括可编程逻辑控制器和/或变换器。

在之前所述实施例的气体输送装置中，较佳地，所述气体输送装 置还包括参数设置系统。

按照本发明的又一方面，提供一种充氧压铸系统，包括压铸机以 及以上所述及的任一种气体输送装置，所述压铸机与所述气体输送装 置之间可操作地传送信号。

按照本发明的还一方面，提供一种充氧压铸中的气体输送控制方 法，用于本发明提供的所述充氧压铸系统，其包括以下步骤：

(1)所述压铸机在合模后，所述压铸机向所述气体输送装置传 送信号以使所述第一流量控制模块控制向充氧压铸的模具的型腔内 进行大流量充氧；以及

(2)在大流量充氧阶段的氧气流量达到第一预定值以准备开始 向模具中射出金属溶液时，所述压铸机向所述气体输送装置传送信号 以使所述第二流量控制模块控制向充氧压铸的模具的型腔内进行小 流量充氧；

(3)所述压铸机的射出冲头行进到第一预定位置时，所述压铸 机向所述气体输送装置传送信号以使所述第二流量控制模块控制向 充氧压铸的模具的型腔内停止充氧。

按照本发明一实施例的气体输送控制方法，其中，还包括步骤：

(4)所述压铸机的射出冲头行进到第二预定位置时，检测模具 充氧口阀体是否已经关闭，

如果检测到模具充氧口阀体关闭，则继续射出金属溶液，

如果检测到阀体未关闭，停止射出金属溶液。

按照本发明还一实施例的气体输送控制方法，其中，在所述步骤 (1)中，包括：

在预定时间点检测大流量充氧的充氧量是否达到第一预定值，如 果未达到预先设定值，则报警，所述气体输送装置和压铸机停止工作。

在之前所述任一实施例的气体输送控制方法中，较佳地，还包括 步骤：

(5)在所述压铸机开模之后，所述压铸机向所述气体输送装置 传送信号以使所述气体输送装置的吹扫控制模块进行清扫。

在之前所述任一实施例的气体输送控制方法中，较佳地，所述步 骤(1)中，第一流量控制模块中的第一电磁阀开启，第二流量控制 模块中的第二电磁阀关闭；

所述步骤(2)中，第一流量控制模块中的第一电磁阀关闭，第 二流量控制模块中的第二电磁阀开启。

在之前所述任一实施例中，第二预定位置的检测用以检测压铸机 高速射出金属液体前，压铸模具充氧口阀体是否及时关闭。

在之前所述任一实施例的气体输送控制方法中，较佳地，所述大 流量的氧气流量范围为0.5L升至5L升，所述小流量的氧气流量范围 为0.5升至5升，所述大流量的氧气流量大于所述小流量的氧气流量。

在之前所述任一实施例的气体输送控制方法中，较佳地，所述第 一预定位置设定在射出冲头行进到经过压铸机的料筒进料口后10mm 至20mm的位置。

在之前所述任一实施例的气体输送控制方法中，较佳地，所述第 二预定位置距离第一预定位置120mm至140mm。

本发明的技术效果是，通过设置两个并行的流量控制模块，从而 在气体输送控制过程中，可以分别对大流量充氧阶段和小流量充氧阶 段进行控制，实现按照压铸机压射时间节点分阶段精确控制对模具型 腔部分的充氧压力和含量，以完成充氧压铸中氧气和金属液的充分反 应，极大提高铝合金压铸件的内部气密性质量，达到生产高品质耐压 压铸产品的效果。特别是在铝合金压铸领域有着广泛的应用空间。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的 及优点更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1是按照本发明一实施例的气体输送装置的结构示意图；

图2是使用图1所示的气体输送装置的充氧压铸系统的模块结构 示意图；

图3是按照本发明一实施例的气体输送控制方法的流程示意图。

具体实施方式

下面介绍的是本发明的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本 发明的基本了解，并不旨在确认本发明的关键或决定性的要素或限定 所要保护的范围。容易理解，根据本发明的技术方案，在不变更本发 明的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他 实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本发明的技术方 案的示例性说明，而不应当视为本发明的全部或者视为对本发明技术 方案的限定或限制。

下面的描述中，为描述的清楚和简明，并没有对图中所示的所有 多个部件进行描述。附图中示出了多个部件为本领域普通技术人员提 供本发明的完全能够实现的公开内容。对于本领域技术人员来说，许 多部件的操作都是熟悉而且明显的。

图1所示为按照本发明一实施例的气体输送装置的结构示意图。 该气体输送装置100基本地包括用于输送气体的管路，在本文中，按 照正常工作时气体在管路中的流向，定义管路的“上游”和“下游” 等术语。氧气气源(一般为氧气压缩气体)首先可以接入管路。然后 在管路上设置有总阀门110，其具体地可以为手动总阀，总阀门用于 总体控制管路中是否通入氧气，例如，其可以关闭整个气体输送装置 100对氧气的输送。

进一步地，在相对于总阀门110的管路下游，进一步设置有流量 计120，其用于对流过管路的氧气流量进行计量。流量计120在管路 中的具体设置位置不受本发明图示实施例的限制。

进一步地，气体输送装置100设置有大流量控制模块和小流量控 制模块。大流量控制模块设置在第一分支管路133上，小流量控制模 块设置在第二分支管路143上，第一分支管路133与第二分支管路143 均连通总管路，氧气可以分别地或并行地流过第一分支管路133和第 二分支管路143。

在该优选实施例中，大流量控制模块包括第一手动阀门132和第 一电磁阀131，二者均设置在第一分支管路133上；通过第一电磁阀 131可以控制第一分支管路133的导通与关闭；通过第一手动阀门 132，可以控制流经第一分支管路的氧气流速。小流量控制模块包括 第二手动阀门142和第二电磁阀141，二者均设置在第二分支管路143 上；通过第二电磁阀141可以控制第二分支管路143的导通与关闭； 通过第二手动阀门142，可以控制流经第二分支管路的氧气流速。

第一分支管路133和第二分支管路143在其下游端合并地接合至 总管路，进一步地，在总管路上设置有安全阀150，其用于防止大流 量控制模块、小流量控制模块中的电磁阀(131和141)失效而导致 对充氧控制的失效，在电磁阀(131和141)失效时，安全阀150可 以关闭管路的氧气输送。

进一步参阅图1，在该优选实施例中，气体输送装置100还包括 吹扫气路的吹扫控制模块，吹扫气路用于实现对管路和型腔中进行吹 扫，例如，在开模后。在该实施例中，吹扫控制模块包括有逆流防止 阀161、第三电磁阀162和第三手动阀门163，吹扫气路在该实施例 中也可以连接至安全阀150下游的管路，吹扫气源(例如，氮气压缩 气体)可控制地接入吹扫气路；其中，第三电磁阀162用于控制吹扫 气路的导通与关闭，第三手动阀门163用于控制吹扫气体的流速，逆 流防止阀161可以用来防止气体逆流。吹扫气体经过第三手动阀门 163、第三电磁阀162、逆流防止阀161进入安全阀150下游的管路后 输入至型腔。

进一步参阅图1，气体输送装置100还包括继电器170，其用于 控制管路中的电磁阀，例如，第一电磁阀131、第二电磁阀141、第 三电磁阀162。

图2所示为使用图1所示的气体输送装置的充氧压铸系统的模块 结构示意图。如图2所示，该充氧压铸系统主要包括图1所示的气体 输送装置100以及压铸机300，气体输送装置100以及压铸机300之 间可以进行信号传递，例如，压铸机300的控制模块与气体输送装置 100的PLC190之间可以进行信号传递。压铸机300上的模具400在 用于成型铸件，其可以根据目标成型的铸件的变化而更换。气体输送 装置100上设置有参数设置系统，例如，其可以设置流速、流量等参 数；参数设置系统可以为可视化的触摸屏系统。

以下结合充氧压铸过程说明图1所示气体输送装置100的工作原 理。

在充氧压铸过程(以铝合金的充氧压铸为例)，倒铝之前，需要 采用大流量向模具的型腔充氧，其定义为大流量充氧阶段；在大流量 充氧至预定值后开始向压铸机料筒内倒铝，同时采用小流量向模具的 型腔充氧，其定义为小流量充氧阶段。大流量充氧阶段和小流量充氧 阶段的氧气流量、流速等参数分别可以通过气体输送装置100的参数 设置系统来预先设定。通过压铸机合模后，压铸机可以向气体输送装 置100传送相关信号，气体输送装置100收到信号后打开安全阀150 (此时总阀门已经手动地打开)，同时，控制第一电磁阀131导通、 第二电磁阀141关闭，氧气因此流过第一分支管路133，并且控制第 一手动阀门132来控制氧气流量、流量计120计量氧气流量，流经第 一分支管路133的氧气进一步流经下游管路至型腔，使型腔内充满氧 气。

当氧气通过量(即氧气流量)达到预先设定值(可以通过参数设 置系统设置)时，大流量充氧阶段结束，此时，开始进行小流量充氧 阶段，通过PLC(可编程逻辑控制器)190控制继电器170，进一步 控制第一电磁阀131关闭、第二电磁阀141导通，同时，控制第二手 动阀门142来控制氧气流速、流量计120计量氧气流量，流经第二分 支管路143的氧气进一步流经下游管路至型腔，对型腔进行小流量充 氧。与此同时，在大流量充氧的氧气流量达到预先设定值时，即表示 可以开始向型腔中倒入铝液，此时，气体输送装置100可以向压铸机 传递信号以使压铸机开始进入倒铝。直至压铸机的射出冲头进行倒某 一预定射出位置时，压铸机传递信号至气体输送装置100以停止小流 量充氧过程，同时装置向压铸机传递信号关闭压铸的模具充氧口阀 体。

进一步，在模具射出、成型、开模后，压铸机传递信号至气体输 送装置100准备进行吹扫，此时，通过PLC 190控制继电器170，进 一步控制第一电磁阀131关闭、第二电磁阀141关闭、第三电磁阀162 导通，第三手动阀门163控制吹扫气体流速，吹扫气路可以按照预先 设定的参数(可以通过参数设置系统进行设置)进行工作，直至吹扫 结束。

因此，通过大流量控制模块和小流量控制模块的协同工作，可以 实现分阶段的充氧过程，其中大量流量控制模块用于控制大流量充氧 阶段过程，小量流量控制模块用于控制小流量充氧阶段过程；满足充 氧压铸的分阶段充氧的要求，提高充氧量的精度，从而能够减少铸件 内的气孔，大大提升铸件的质量。更进一步地，其中设置的吹扫气路 可以方便地实现在开模之后的气体吹扫。

图3所示为按照本发明一实施例的气体输送控制方法的流程示意 图。该气体输送控制方法用于图2所示实施例的充氧压铸系统，进一 步结合图1至图3对该气体输送控制方法进行说明。

首先，步骤S410，在合模后，压铸机300向气体输送装置100传 送信号，通过第一流量控制模块控制向充氧压铸的模具的型腔内进行 大流量充氧。在该实施例中，第一流量控制模块的第一电磁阀131导 通，第二流量控制模块的第二电磁阀141关闭，氧气因此流过第一分 支管路133向型腔中进行大流量充氧；大流量充氧阶段的流量参数等 的设置范围为0.5L～5L左右。

进一步，优选地，步骤S420，判断在预定时间点检测大流量充氧 的充氧量是否达到第一预定值。如果判断为“是”，则进入步骤S431， 如果判断为“否”，则进入步骤S432，进行报警，气体输送装置和压 铸机可以停止工作。该步骤主要是为了保证大流量充氧在预定时间内 完成并保证充氧装置为正常状态，时间点和第一预定值的具体可以根 据具体应用实例来选择设置，该检测可以通过流量计检测。

进一步，步骤S431，压铸机300向气体输送装置100传送信号， 通过第二流量控制模块控制向充氧压铸的模具的型腔内进行小流量 充氧。此时，所述流量计在测量大流量充氧阶段的氧气流量达到第一 预定值以准备开始向压铸机料筒中倒入金属溶液，大流量充氧阶段结 束，开始进行小流量充氧阶段，通过PLC(可编程逻辑控制器)190 控制继电器170，进一步控制第一电磁阀131关闭、第二电磁阀141 导通，同时，控制第二手动阀门142来控制氧气流速、流量计120计 量氧气流量，流经第二分支管路143的氧气进一步流经下游管路至型 腔，对型腔进行小流量充氧。小流量充氧阶段的流量参数等的设置范 围为0.5L～5L左右。

进一步，优选地，步骤S440，压铸机300的射出冲头(图中未示 出)行进到第一预定位置时，压铸机向气体输送装置传送信号，通过 第二流量控制模块控制向充氧压铸的模具的型腔内停止充氧同时关 闭模具充氧口阀体。在该实施例中，控制第二电磁阀141也关闭，即 可实现停止小流量充氧。第一预定位置具体设置在距离压铸机料筒倒 料口10～20mm处，从而可以封闭已经向模具型腔内充入的氧气。

进一步，优选地，步骤S450，射出冲头行进到第二预定位置时， 检测模具充氧口阀体是否已关闭；如果射出冲头行进到第二预定位置 时，模具充氧口阀体未关闭，则停止射出金属溶液；如果检测到阀体 已关闭，则进入步骤S461，继续射出金属溶液。在该实施例中，第二 预定位置距离第一预定位置120mm至140mm，也即射出冲头沿原来 方向大概继续行走了120mm至140mm，从而能保证装置在第一预定 位置与第二预定位置之间有足够时间给出信号将模具充氧口阀体关 闭。

进一步，步骤S470，开膜。

进一步，优选地，步骤S480，压铸机向气体输送装置传送信号以 使气体输送装置的吹扫控制模块进行清扫。在该实施例中，控制第一 电磁阀131关闭、第二电磁阀141关闭的同时，控制吹扫控制模块的 第三电磁阀162导通，从而可以对管道以及型腔进行吹扫。

至此，气体吹扫过程基本结束。

需要理解的是，在本文中，“大流量”与“小流量”是相对的概 念，“大流量充氧阶段”的氧气流量、流速均分别大于“小流量充氧 阶段”的氧气流速、流量，二者之间的差值大小并不是限制性地，例 如，“大流量充氧阶段”的氧气流量范围可以为0.5L～5L、流速范围 可以为0.5L/S～2L/S，“小流量充氧阶段”的氧气流量范围可以为 0.5L～5L、流速范围可以为0.5L/S～2L/S(所述流量及流速范围为现行 生产中所使用的一般范围，其范围可根据实际生产产品体积及质量需 要做调整)。“大流量”与“小流量”在此为相对的概念，是指同一 产品的同一充氧过程中的流量大小的相对比较。

另外，如图1所示，气体输送装置100中还可以设置变换器180， 其用于实现流量计120与气体输送装置100的控制装置之间(例如继 电器、PLC)的信号兼容。

以上例子主要说明了本发明的充氧压铸的气体输送控制。尽管只 对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员 应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实 施，例如，大流量控制模块和小流量控制模块并不共用一个安全阀和 /或流量计。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制 性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况 下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。