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全自动磁材压机伺服节能改造方案

2016-6-30  阅读(1324)

  威海中智科技向您推荐全自动磁材压机伺服节能改造方案

  一,磁材压机概述:

  全自动磁材成型油压机,主要用于高性能稀土粘结永磁产品压制成型的批量生产,也是各类精密粉末元器件的成型设备,主机为四立柱式、凹模浮动式结构,上、下油缸油压机组。结构紧凑,设备重心低,设备的稳定性、刚性、精度高。液压系统zui显著的特点是在压制产品时,上缸达到一定压制压力后下缸才能移动进行双向压制,从而保证产品压制密度均匀,压制出高性能的产品。并具有保护脱模功能。

  二,机器组成:

  1:主机:

  (1)以三梁四柱为框架,配置有主油缸、下油缸、充液装置、上限位装置下限位装置等。工作台面宽大,可安装各种类型一出多件的模具。

  (2)上下油缸均采用整体锻件缸筒。

  (3)机器立柱、油缸活塞杆均为表面热处理后镀硬铬。

  2:液压系统:

  (1)采用进口比例控制系统,可根据料浆的脱水性能及所压产品特性对压制速度进行无级多点自动控制,改善了压制过程中压力转换的动态特性,确保压制速度的稳定性和压制压力均匀性。

  (2)采用高、低压油泵组合供油方式,根据压制工艺合理分配油源,减少系统发热及多余油源的副作用。

  (3)采用板式集成油路系统,减少了泄漏,方便了调整及维护。

  (4)压制力、顶出力(下缸浮动压力)、注料力、脱模保护力等均无级可调。

  (5)具备一般脱模和保护脱模功能。

  (6)安装有模具拉下安全保护阀。

  (7)集中回油,配备冷却装置器。确保机器在正常温度下工作。

  3:电控系统:(1)采用流行的 AI人工智能控制技术。

  (2)采用 PLC可编程序控制器集中控制。

  (3)采用人机界面触摸屏进行各种工艺动作、参数进行设定与调整。(包括:合模压力、保压压力、压制速度、合模延时、注料延时、保压延时、卸压延时、退磁延时、脱模方式、模具行腔高度、工艺曲线、报警显示、压机工作状态显示、故障说明、操作说明等)

  (4)位装置采用位移传感器控制,能自动检测下缸行程 ,并可在人机界面触上准确的进行模具行腔的调整及压制过程的监控。

  (5) PLC可编程序控制器、人机界面等主要元件均为*件。

  1.充磁线包:不锈钢外罩,水冷,500安大电流,50000安匝数。

  2.注料搅拌吸水装置:分别由注料缸、注料阀、搅拌桶、真空泵、储气罐等组成,整套装置为一体装配。液控注料阀及复合式注料缸均采用设计结构,做到高密封性和料浆的低含水率,从而减少了设备维护,同时提高了生产效率。

  3.工艺动作:备有手动和半自动循环两种工艺动作方式,手动调整动作为按

  压相应按钮得到相应的工艺动作,用来对机器进行调整或安装模具时使用。半自动操作为按压双手按钮,机器自动完成一次工艺动作循环。半自动保护脱模压制循环如下:下缸顶出—滑块快下—滑块慢下—合模—自动注料—速度 1压制—速度 2压制—速度 3压制—速度 4压制—保压(自动吸料)—卸压(退磁)—下缸退回—上缸回程—取坯、清模。

  三,现代磁材压机电液比例控制系统介绍

  (1)油源控制:油源配置有一台排量为 10ml/r的柱塞泵和一台排量为 40ml/r的叶片泵,组成低大流量和高压小流量配合,由一台 7.5KW三相四级电机前后轴同时拖动。不同工艺阶段输出压力由比例溢流阀按程序进行控制,适应不同工况。

  (2)上模缸控制:通过充液阀,比例方向阀组合可构成快进,慢进,工进和快进回程各种工艺要求速度。比例溢流阀可控制无杆腔平稳泄压,避免开关方式泄压导致的压力冲击使工件产生裂纹。另一比例阀控制上模缸下腔背压,配合快进,慢进,工进工序,使上模运动平衡,提高工件加工质量。

  (3)下模缸控制。通过比例方向阀程序控制,形成不同速度,以满足快上,快下,浮动压制和脱下模工艺要求,安全阀保护下模模具不受强制外力破坏。

  (4)芯模缸控制,通过另一比例方向阀程序控制,可形成不同速度,以满足快上,快下和脱芯模工艺要求,安全阀保护芯模模具不受强制外力破坏。

  上述比例元件通过比例斜坡时间调整,能控制各工序的速度和压力切换过渡时间,使用液压缸运动平稳,系统压力冲击小,加载稳定,有利于工件压制成型。

  四,磁材压机液压系统优化设计

  1、原液压系统设计缺陷

  

 

  综合压制工艺进行分析后发现,原压机液压系统的缺陷体现在以下方面:

  1)泵站压力控制油路设计不合理。

  原系统中,阀1、2、3、13用于设定系统压力,溢流阀1、2分别设定2个压力值,当系统所需压力较低时,YA2通电,溢流阀2工作;当系统所要求压力较高时,阀1工作;当YA1、YA2都不通电时,系统卸载。上模缸上下腔的面积比为4 :1 ,再加上滑块的自重,当上模缸上腔压力很低时,压机的压制力也会很大。所以在压制时上模缸下腔要提供一定的背压来平衡掉一部分压制力。阀4、5、6、12用于设定上模缸下腔压力。上模缸在快速下降、慢速下降、压制时所要求的压力相差较大,在压力切换过程中产生较大的冲击,从而导致压机产生较大的振动和噪音。现场监测的数据表明压制过程中确实存在较大的液压冲击,如图7、图8所示。

  

 

  a.1个流量阀,不能很好地实现执行机构的速度调节。运行速度大,会造成压机各部件(特别是上模头)对液压机整体的冲击,从而造成振动。

  b原系统在产品压制时,上模缸活塞杆往下运动,换向阀 21的电磁铁 YA8通电,上模缸下腔的液压油直接流入顶出缸 48上腔,使顶出缸活塞带动阴模一起运动。上模缸下腔的油压和顶出缸上腔的油压建立了直接的线性关系,上模缸上下腔的有效面积比为 4 :1 ,如果上模缸上腔压力太低,则不足以将产品压制成型,压力太高的话顶出缸上腔的压力又太高,原方案不利于压机的压力分配。

  2、比较成熟的双闭环伺服节能改造

  我公司通过对磁材压机机械的运行情况认真分析,采用永磁同步电机加伺服驱动器,再配上高压齿轮泵构成的双闭环节能液压伺服控制系统,收到了理想的效果。

  近年来,随着永磁材料性能的不断提高和完善,特别是钕铁硼永磁的热稳定性和耐腐蚀性的改善和价格的逐步降低以及电力电子器件的进一步发展,加上永磁电机研究开发经验的逐步成熟,经大力推广和应用已有研究成果,使永

  磁电机在国防、工农业生产和日常生活等方面获得越来越广泛的应用永磁同步伺服电动机的结构特点:永磁式同步电动机结构简单、体积小、重量轻、损耗小、效率高,和直流电机相比,它没有直流电机的换向器和电刷等缺点。和异步电动机相比,它由于不需要无功励磁电流,因而效率高,功率因数高,力矩惯量比大,定子电流和定子电阻损耗减小,且转子参数可测、控制性能好,洪博创展自动化相关人员通过市场走访,针对磁材压机的工作流程,专门订做了一款磁材压机伺服驱动器,该驱动器具有以下特点:

  a.高性能伺服控制:矢量控制+弱磁控制+ PID

  b.HZ 180%,稳速精度: +/-0.02%,调速范围 1:1000

  c.150%额定电流 60S,180%额定电流 5S

  d.32位高性能 DSP,性能,处理速度快

  e.压力速度双闭环控制,根据系统所需要的压力和速度,实现,快速控制,实现了按需供油,根本了解决了溢流引起的油温过高和能量的损失。

  f.CAN通讯功能,可轻松实现多泵合流

  g.内置直流电抗器,可靠性高,故障率低

  h.具有缺相,短路,过流检测等多种保护方式

  该方案采用一台额定转距 74NM的伺服电机,一台额定电流为 32A的伺服驱动器和一台 40ml/r油泵构成的压力和流量双闭环的伺服节能系统,同时结合 PLC控制技术对原磁材压机的控制信号进行处理,处理完成后给定驱动器压力和流量信号,在不同的工作阶段,走不同的压力和流量,这样就可以满足大流量,低压力和小流量,大压力的要求。同时减少了之前走大流量,低压力时小泵溢流和走小流量,大压力时大泵的溢流,节省了溢流的能量,真正达到按需供油的目的。同时由驱动器直接控制上模缸,芯杆缸和顶出缸,的上升和下降速度,弥补了原液压系统不能进行压制速度调节的缺陷。

  3,改进效果

  对系统进行改进后,经现场调试,将上模缸下腔的压力设为 13 MPa左右(使

  阴模强制下移需约 3MPa的压力),通过驱动器调节将上模缸的压制速度调整为

  2.5mm/s,将顶出缸的脱模速度调整为 5mm/s,系统运行的可靠性和稳定性达到峰值,

  此时的噪音和振动zui小,压制出的产品具有很高的品质。对压机性能进行优化后,取得如下效果:

  (1)产品成型率显著提高,由优化前的48%提升为98%;

  (2)产品尺寸较优化前更准确,优化前尺寸误差为0.4%,优化后尺寸误差为0.1%,减少了烧结成型后的机加工量;

  (3)优化后的产品密度更加均匀,保证了产品的磁均匀性,从而提高了电子产品的性能。

  节省了一个比例阀,直接经济价值2万多元。

  同时由于按需供油,电机不需要供油时电机停止,节电率达到70%以上。

  五、结论

 

  原系统没有流量控制阀,但流量控制对压机系统来说是一个*的因素。通过驱动器的计算,实现了对液压缸运动速度的控制,继而实现了对压制速度的控制。原系统运行时存在压力相互干扰问题,通过油路转换优化,压力干扰问题得以解决。改进后的液压系统的工作压力、压制速度及压制尺寸均可根据不同压制品的不同工艺要求进行调解,确保了产品压制的质量。



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