电动压铸机的制作方法与工艺

本发明涉及一种电动压铸机，尤其涉及向模具腔体内喷射、填充熔融金属材料的电动喷射装置的结构。

背景技术：
压铸机是一种成形机，通过在每一次喷射时对喷射装置所具备的喷射柱塞进行前进驱动，从而将一定量的Al合金、Mg合金等的熔融金属材料喷射、填充到模具腔体内来形成所需形状的产品。压铸机也与向模具腔体内喷射、填充塑料材料并对所需形状的产品进行成形的喷射成形机同样，经过低速喷射工序、高速喷射工序以及增压工序(喷射成形机中称为保压工序。)来向模具腔体内喷射、填充成形材料，但压铸机与喷射成形机相比，具有高速喷射工序中的喷射速度要高1位数左右的特征。因此，以往，具备利用油压来驱动喷射柱塞的油压喷射装置的油压式压铸机成为主流。然而，具备油压喷射装置的压铸机虽然能对喷射柱塞进行高速驱动，但反过来也存在着种种问题，例如工程设备规模变大，能源效率较差，成形工厂内容易被油弄脏导致作业环境较差。因此，近年来，提出了具备没有上述缺点的电动喷射装置的压铸机(例如参照专利文献1。)。本申请的申请人首先提出了一种压铸机的电动喷射装置，其特征在于，包括：用于低速喷射及增压的第一喷射用电动机；用于高速喷射的第二喷射用电动机；将所述第一喷射用电动机的旋转运动传递给滚珠丝杠机构的螺纹轴的第一传动机构；将所述第二喷射用电动机的旋转运动传递给所述螺纹轴的第二传动机构；设置在所述第一传动机构中的第一离合器机构；设置在所述第二传动机构中的第二离合器机构；与所述螺纹轴螺合的螺母体；对该螺母体进行保持的直动体；一端与该直动体相连的喷射柱塞；以及对所述第一及第二喷射用电动机的启动、停止以及所述第一及第二离合器机构的断续进行控制的控制器，所述控制器储存有低速喷射工序、高速喷射工序以及增压工序的开始时刻，在所述高速喷射工序的开始时刻之前，从停止状态启动所述第二喷射用电动机，在所述高速喷射工序的开始时刻或此前的所述第二喷射用电动机的启动时刻以后，将所述第二离合器机构从切断状态切换为连接状态(参照专利文献1的权利要求1。)。根据该专利文献1所记载的电动喷射装置，由于在高速喷射工序的开始时刻以前，从停止状态启动高速喷射用的第二喷射用电动机，并在该高速喷射工序的开始时刻或之前使高速喷射用的第二离合器机构从切断状态切换为连接状态，因此能在第二离合器机构从切断状态切换为连接状态从而将高速喷射用的第二喷射用电动机的驱动力传递给滚珠丝杠机构的螺纹轴的阶段，提高高速喷射用的第二喷射用电动机的转速。由此，能增大第二离合器机构从切断状态切换为连接状态后、经由滚珠丝杠机构及直动体驱动的喷射柱塞的加速度，从而能使用输出较低的喷射用电动机来执行所需的喷射工序。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开2012-187609号公报

技术实现要素：
发明所要解决的技术问题然而，由于专利文献1所记载的电动喷射装置具备第一及第二离合器机构，因此存在喷射机成本上升的问题。此外，专利文献1所记载的电动喷射装置由于根据来自控制器的指令来进行第一及第二离合器的切换，因此还存在例如负责压铸机的整体控制的机器控制器的负担变大的问题。而且，由于专利文献1所记载的电动喷射装置具备在断续时产生滑动的摩擦离合器作为离合器机构，因此还存在使用过程中容易产生历时老化、需要大量精力进行维护的问题。本发明是为了消除上述现有技术的问题而完成的，其目的在与提供一种电动压铸机，能以低成本进行规定的喷射运行以及增压运行，且不需要进行离合器机构的开关控制，维护也较为容易。解决技术问题所采用的技术方案本发明为解决上述问题，其特征在于，包括：可旋转地被保持的螺纹轴；可前后移动地与该螺纹轴螺合的螺母体；与该螺母体的前后移动联动地进行前后移动的喷射柱塞；对所述螺纹轴进行旋转驱动的喷射用电动伺服电机和增压用电动伺服电机；设置在所述螺纹轴与所述增压用电动伺服电机之间的单向离合器；以及对所述喷射用电动伺服电机以及增压用电动伺服电机的驱动进行控制的控制器，所述单向离合器以如下方式安装：在对所述喷射柱塞进行前进驱动的方向上对所述螺纹轴进行旋转驱动时，若由所述喷射用电动伺服电机进行旋转驱动的所述螺纹轴的转速高于由所述增压用电动伺服电机进行旋转驱动的所述螺纹轴的转速，则进行空转，若由所述喷射用电动伺服电机进行旋转驱动的所述螺纹轴的转速低于由所述增压用电动伺服电机进行旋转驱动的所述螺纹轴的转速，则将所述增压用电动伺服电机的旋转力传递给所述螺纹轴，所述控制器按照预先决定的驱动条件对所述喷射用电动伺服电机的驱动进行控制，执行喷射工序中的低速喷射工序以及高速喷射工序，并在所述高速喷射工序的所述喷射用电动伺服电机的减速控制过程中、或开始该减速控制之前，开始启动所述增压用电动伺服电机，执行所述喷射工序之后的增压工序。根据该结构，由于在螺纹轴与增压用电动伺服电机之间以规定朝向设置单向离合器，且控制器在高速喷射工序的喷射用电动伺服电机的减速控制过程中或开始该减速控制之前开始启动增压用电动伺服电机，因此若喷射工序中由喷射用电动伺服电机进行旋转驱动的螺纹轴的转速高于由增压用电动伺服电机进行旋转驱动的螺纹轴的转速，则单向离合器进行空转，仅进行喷射用电动伺服电机的驱动控制来执行低速喷射工序以及高速喷射工序。并且，在由喷射用电动伺服电机进行旋转驱动的螺纹轴的转速低于由增压用电动伺服电机进行旋转驱动的螺纹轴的转速的阶段，单向离合器自动切换为连接状态，增压用电动伺服电机的旋转力被传递给螺纹轴，从而执行喷射工序之后的增压工序。因此，根据该结构，增压用电动伺服电机与螺纹轴之间具备一个单向离合器足矣，能降低压铸机的成本。此外，根据该结构，在由喷射用电动伺服电机进行旋转驱动的螺纹轴的转速低于由增压用电动伺服电机进行旋转驱动的螺纹轴的转速的阶段，单向离合器自动切换为连接状态，因此无需控制器进行离合器装置的切换控制，能减轻控制器的负担。本发明的特征在于，在上述结构的电动压铸机中，使用如下那样的部件作为所述单向离合器：包括内环、外环、以及可摇动地配置在该内环与外环之间的多个凸轮，在使所述内环及所述外环沿特定的一个方向旋转的情况下，若所述内环的转速高于所述外环的转速，则解除所述凸轮对所述内环及所述外环的卡合，从而所述内环相对于所述外环进行空转，若所述内环的转速低于所述外环的转速，则所述凸轮与所述内环及所述外环卡合，从而所述内环与所述外环在所述特定的一个方向上旋转。该结构的单向离合器结构简单，而且几乎不会产生摩擦离合器那样的断续时的滑动，因此即使长期使用也不容易历时老化，且维护容易，能提高压铸机的耐久性和可靠性。此外，本发明的特征在于，在上述各结构的电动压铸机中，所述增压用电动伺服电机的输出轴与所述螺纹轴经由多级减速装置连结。根据该结构，与使用一级减速装置的情况相比，能使用低输出的增压用电动伺服电机来向喷射柱塞提供较高的增压压力，因此能降低增压用电动伺服电机的成本，进而降低压铸机的成本，或能提高压铸机的性能。发明效果根据本发明，在增压用电动伺服电机与螺纹轴之间具备一个单向离合器足矣，因此与具备多个离合器机构的情况相比，能降低压铸机的成本。此外，根据本发明，在高速喷射工序的喷射用电动伺服电机的减速控制过程中，若在由喷射用电动伺服电机进行旋转驱动的螺纹轴的转速低于由增压用电动伺服电机进行旋转驱动的螺纹轴的转速的阶段，单向离合器自动切换为连接状态，并执行增压工序，因此无需控制器进行离合器装置的切换控制，能减轻控制器的负担。附图说明图1是从正面侧观察实施方式的喷射装置的主要部分剖视图。图2是从平面侧观察实施方式的喷射装置的主要部分剖视图。图3是图2的主要部分放大图。图4是实施方式的冲击缓冲装置的主视图。图5是实施方式的冲击缓冲装置的内视图。图6是实施方式的单向离合器的立体图。图7是示意性表示实施方式的单向离合器的结构的主要部分剖视图。图8是表示实施方式的压铸机的动作的时序图。图9是表示其它实施方式的喷射装置的立体图。具体实施方式下面，利用附图对本发明的电动压铸机所具备的电动喷射装置的一个实施方式进行说明。如图1和图2所示，实施方式的电动喷射装置1包括：以规定间隔相对配置的第一至第三保持板2、3、4；可旋转地保持在第一及第二保持板2、3上的螺纹轴5；两端固定在第二及第三保持板3、4上的引导条6；与螺纹轴5螺合、通过对螺纹轴5进行旋转驱动从而沿着引导条6前后驱动的螺母体7；一端固定于螺母体7的前端部的筒状的连结体8；一端固定于连结体8的前端部的喷射柱塞9；对螺纹轴5进行旋转驱动的喷射用电动伺服电机10以及增压用电动伺服电机11；设置在螺纹轴5与增压用电动伺服电机1之间的单向离合器(One-wayclutch)12；以及对喷射用电动伺服电机10以及增压用电动伺服电机11的驱动进行控制的控制器13。另外，图中的标号14表示对喷射装置1以及合模装置的固定模板DP进行连接的C框，该C框14如图2所示，利用螺栓15、16固定于第三保持板4的外表面以及固定模板DP。喷射柱塞9的前端部配置在形成于固定模板DP上的喷射套筒IS内。如图3中放大所示，第一保持板2的中央部内表面上突出设置有轮形的轴承保持部2a，螺纹轴5的一端部经由插入到该轴承保持部2a的内表面以及螺纹轴5的外表面中的轴承21来可旋转地保持在第一保持板2上。此外，第二保持板3的中央部设有圆形的开口部3a，轮形的阶梯轴套3b从该开口部3a的周围立起，开口部3a内可滑动地嵌入有轴承托架22。螺纹轴5的中间部经由插入到该轴承托架22的内表面与螺纹轴5的外表面中的角接触轴承23以及轴承24来可旋转地保持于第二保持板3。另外，第三保持板4的中央部设有螺纹轴5以及连结体8的贯通孔4a。上述各保持板2、3、4如图1及图2所示，通过固定构件25而成为一体，并固定在未图示的电动压铸机的框架上。为了确保作业人员等的安全，优选这些保持板2、3、4以及固定构件25的周围被保护盖板26覆盖。如图1至图3所示，在形成在第二保持板3上的阶梯轴套3b的内周，与螺纹轴5同心地配置有形成为内径比螺纹轴5的外径大的环状的测压元件单元27。本例的测压元件单元27如图3中放大所示，具有内环部27a、外环部27b、以及形成在这两个部分之间的弹性变形部27c，内环部27a螺钉紧固于轴承托架22，且外环部27b螺钉紧固于阶梯轴套3b。弹性变形部27c上贴有未图示的应变计，以检测弹性变形部27c的应变量、即作用于喷射柱塞9的喷射压力、冲击压力以及增压压力。由此，本实施方式的电动喷射装置1中，形成为环状的测压元件单元27与螺纹轴6同心配置，且设置在轴承托架22与阶梯轴套3b之间，因此能缩小测压元件单元27的设置空间，从而能实现电动喷射装置1的小型化，进而实现搭载该电动喷射装置1的的电动压铸机的小型化。引导条6如图2所示，其两端部通过螺栓28紧固于第二及第三保持板3、4。此外，如图1至图3所示，螺母体7的外周具备一端自由滑动地连结于引导条6的冲击压力抑制用的冲击缓冲装置31。本例的冲击缓冲装置31如图4及图5所示，由以下部分构成：利用螺栓32紧固于螺母体7的第一构件33；利用螺栓34紧固于连结体8的第二构件35；设置在第一构件33与第二构件35之间的螺旋弹簧等弹性构件36；以及隔开所需间隔对第一构件33以及第二构件35进行连结的连结螺栓37。如图5所示，第一构件33及第二构件35的内表面形状形成为横向较长的大致六边形，其中央部设有用于供螺母体7贯通的螺母体贯通孔38，该螺母体贯通孔38周围的规定位置设有用于供连结螺栓37贯通的连结螺栓贯通孔39。此外，螺母体贯通孔38周围的、不与连结螺栓贯通孔39干扰的部分上大致均匀地形成有多个(图5的示例中为10个)弹性构件收纳孔40。另外，经由螺母体贯通孔38在长径方向的端部设有用于贯通引导条6的引导条贯通孔41，该引导条贯通孔41内具备滑动轴承(金属)42。第一构件33在螺母体7贯通螺母体贯通孔38内、且引导条6贯通引导条贯通孔41内的状态下，利用螺栓32紧固于螺母体7。因此，该第一构件33也具有作为引导构件的功能，即在对螺纹轴5进行旋转驱动时，使螺母体7沿着引导条6移动。另一方面，第二构件35在螺母体7贯通螺母体贯通孔38内、且引导条6贯通引导条贯通孔41内的状态下，利用螺栓34紧固于连结体8。因此，该第二构件35还具有作为传动机构及引导构件的功能，即经由连结体8将螺母体7的前后运动传递给喷射柱塞9，并使喷射柱塞9沿着引导条6移动。弹性构件36在被施加与从喷射工序切换为增压工序时的熔融金属压力同等或稍大(例如1.05倍～1.1倍)的压缩力的状态下，收纳在第一构件33与第二构件35之间。由此，在喷射工序中，能在弹性构件36不收缩的状态下向金属熔融物施加所需的喷射压力。此外，第一构件33与第二构件35以即使受到冲击压力也不会密接的规定间隔隔开并进行组合。由此，能够吸收冲击压力。另外，通过调整连结螺栓37，能适当调整作用于弹性构件36的压缩力。螺纹轴5的前端部经由所需的连结件42a固定有第一滑轮42，并经由单向离合器12安装有第二滑轮43。第一滑轮42将喷射用电动伺服电机10的旋转力传递给螺纹轴5，与固定于喷射用电动伺服电机10的输出轴的驱动侧滑轮10a之间悬挂有同步带44。与此相对，第二滑轮43将增压用电动伺服电机11的旋转力传递给螺纹轴5，与固定于增压用电动伺服电机11的输出轴的驱动侧滑轮11a之间悬挂有同步带45。单向离合器12如图6及图7所示主要由以下构件构成：内环51；外环52；可摇动地配置在上述内环51与外环52之间的多个凸轮53；对凸轮53进行保持的止动器54；以及在一个方向上对凸轮53施力的弹簧构件55。凸轮53在特定的一个方向上使内环51及外环52旋转的情况下，当内环51的转速高于外环52的转速时，使上述内环51与外环52的卡合解除，使得内环51相对于外环52空转。此外，该凸轮53在内环51的转速低于外环52的转速时，使内环51及外环52卡合，从而使内环51与外环52在上述特定的一个方向上一体旋转。内环51固定与螺纹轴5的外周，外环52固定于第二滑轮43的内周。控制器13获取来自喷射用电动伺服电机10及增压用电动伺服电机11所具备的编码器10b、11b的信号以及来自测压元件单元27的信号等，负责喷射用电动伺服电机10以及增压用电动伺服电机11的启动时刻、停止时刻、加速条件、减速条件、转速以及转矩等喷射用电动伺服电机10以及增压用电动伺服电机11的整个驱动控制。另外，作为该控制器13，也能使用负责压铸机整体的驱动控制的机器控制器。以下，参照图8对上述结构的实施方式的电动喷射装置1的动作进行说明。以下动作基于从控制器13输出的指令信号来进行。如图8(b)所示，若在压铸机执行连续自动运行的状态下到达低速喷射的开始时刻，则在规定的旋转方向上启动喷射用电动伺服电机10，并将其转速控制成预先决定的低速喷射用转速。接着，在到达高速喷射的开始时刻后，喷射用电动伺服电机10增速，其转速被控制成预先决定的高速喷射用转速。喷射用电动伺服电机10的旋转经由驱动侧滑轮10a、同步带44以及第一滑轮42被传递给螺纹轴5，从而以低速喷射时的转速以及高速喷射时的转速对螺纹轴5进行旋转驱动。若螺纹轴5被旋转驱动，则与螺纹轴5螺合的螺母体7被前进驱动，如图8(b)所示，以规定的低速喷射时的前进速度以及高速喷射时的前进速度对经由冲击缓冲装置31以及连结体8与螺母体7连结的喷射柱塞9进行前进驱动。由此，提供给喷射套筒IS内的一定量的熔融金属在以规定的喷射速度低速喷射到未图示的模具腔体内以后，以规定的喷射速度高速喷射。在利用喷射柱塞9的前进将喷射套筒IS内的熔融金属喷射到模具腔体内时，对模具腔体内的熔融金属施加有冲击性的冲击压力。若冲击压力过大，则产品容易产生毛边等成形不良。本实施方式的电动喷射装置1利用冲击缓冲装置31所具备的弹性构件36来吸收冲击压力。即，由于高速喷射工序中产生的冲击压力会经由喷射柱塞9及连结体8传递给冲击缓冲装置31的第二构件35，因此如图8(a)所示，第一构件33与第二构件35之间的弹性构件36被压缩，利用其弹性变形将冲击压力吸收。由此，不会对模具腔体内的熔融金属作用过大的冲击压力，能制造出良品。此外，本实施方式的冲击缓冲装置31由于配置于螺母体7的外周，因此与冲击缓冲装置31和螺母体7串联配置的情况相比，能缩短电动喷射装置1的全长，进而缩短电动压铸机的全长。在到达喷射工序的末期时，控制器13如图8(b)所示，对喷射用电动伺服电极10进行减速控制，最终停止喷射用电动伺服电机10的旋转。此外，控制器13在开始喷射用电动伺服电机10的减速控制以前，开始增压用电动伺服电机11的启动，并将其转速保持在预先决定的规定转速。喷射用电动伺服电机10的转速在减速控制下而逐渐减少，增压用电动伺服电机11的转速在启动控制下而逐渐增大，因此在喷射用电动伺服电机10的减速控制中，喷射用电动伺服电机10的转速与增压用电动伺服电机11的转速反转。因此，对于即使在增压用电动伺服电机11启动后、由喷射用电动伺服电机10进行旋转驱动的螺纹轴5的转速也大于由增压用电动伺服电机11进行旋转驱动的螺纹轴5的转速的情况下，单向离合器12进行空转，增压用电动伺服电机11的旋转力不会传递给螺纹轴5。由此，通过对喷射用电动伺服电极10进行驱动控制，从而执行喷射工序中的低速喷射工序以及高速喷射工序。若在该状态下，由喷射用电动伺服电机10进行旋转驱动的螺纹轴5的转速进一步降低，由喷射用伺服电机10进行旋转驱动的螺纹轴5的转速低于由增压用电动伺服电机11进行旋转驱动的螺纹轴5的转速，则在该阶段，单向离合器12自动切换为连接状态，增压用电动伺服电机11的旋转力被传递给螺纹轴5。该旋转力被螺母体7转换为推进力，经由冲击缓冲装置31及连结体8传递给喷射柱塞9。利用该增压用电动伺服电机11的动力补给，从而如图8(c)所示，向模具腔体内的熔融金属提供所需的增压压力，执行喷射工序后的增压工序。由此，能防止铸物孔等成形不良。另外，在上述增压用电动伺服电机11的驱动控制中，在开始喷射用电动伺服电机10的减速控制之前开始增压用电动伺服电机11的启动，但本发明的主旨并不限定于此，也可以在开始喷射用电动伺服电机10的减速控制的同时、或在此之后开始启动增压用电动伺服电机11。由此，本实施方式的电动喷射装置1使用了如下那样的单向离合器12作为离合器机构，该单向离合器12在由喷射用电动伺服电机10进行旋转驱动的螺纹轴5的转速低于由增压用电动伺服电机11进行旋转驱动的螺纹轴5的转速的阶段自动切换为连接状态，因此，无需控制器13进行离合器结构的切换控制，能减轻控制器13的负担。此外，由于单向离合器12与摩擦离合器相比，断续时的滑动大大降低，不容易在使用过程中历时老化，因此与具备摩擦离合器的情况相比能提高电动喷射装置1的耐久性，并能使维护变得容易。另外，由于本实施方式的电动喷射装置1在增压用电动伺服电机11与螺纹轴5之间仅具备一个单向离合器12，因此与具备多个离合器机构的现有技术相比，能降低电动喷射装置1的成本。低速喷射工序、高速喷射工序以及增压工序的各个工序中，作用于喷射柱塞9的低速喷射压力、高速喷射压力、冲击压力以及增压压力经由喷射柱塞9、连结体8、冲击缓冲装置31、螺母体7、螺纹轴5、角接触轴承23、以及轴承托架22传递给测压元件单元27的内环部27a。由此，在测压元件单元27的弹性变形部27c上产生与低速喷射压力、高速喷射压力、冲击压力以及增压压力相对应的应变，并从应变计输出与该应变量相对应的电信号，因此通过将该电信号读取到控制器13中，从而能监视低速喷射压力、高速喷射压力、冲击压力以及增压压力。本实施方式的喷射装置中，由于将测压元件单元27配置于螺纹轴5的外周，因此与测压元件单元27和螺母体5串联配置的情况相比，能缩短电动喷射装置1的全长，进而缩短电动压铸机的全长。若在完成增压工序后结束冷却工序，并对未图示的模具开闭电动伺服电机进行驱动来执行开模工序，则增压工序时被压缩的弹性构件36的恢复力会从开模工序开始时通过喷射柱塞9向料柄(biscuit)施加推出方向的压力，能使料柄推出动作追随开模动作。之后，对喷射用电动伺服电机10进行反转驱动来使螺母体7恢复到原位置。连结体8及喷射柱塞9也随之恢复到原位置。另外，本发明的主旨在于，在螺纹轴5与增压用电动伺服电机11之间配置单向离合器12，而其它结构则不限于上述实施方式，能适当进行设计变更。例如也能如图9所示，具备多台(图9的示例中为两台)喷射用电动伺服电机10，并将各喷射用电动伺服电机10的旋转力经由多根(图9的示例中为两根)同步带44传递给螺纹轴5。此外，同样也能如图9所示，将增压用电动伺服电机11的旋转力经由多级(图9的示例中为两级)减速机构传递给螺纹轴5。图9所示的两级减速机构由以下部分构成：固定于增压用电动伺服电机11的输出轴的驱动侧滑轮11a；固定于中间轴61的第一中间滑轮62以及直径小于该第一中间滑轮62的第二中间滑轮63；经由单向离合器12安装在螺纹轴5上的第二滑轮43；悬挂在驱动侧滑轮11a以及第一中间滑轮62上的第一同步带64；以及悬挂在第二中间滑轮63以及第二滑轮43上的第二同步带65。根据上述各变形例，能使用低输出的喷射用电动伺服电机10以及增压用电动伺服电机11来产生高喷射压力以及增压压力，因此能更廉价地获得更高性能的电动压铸机。标号说明1电动喷射装置2、3、4保持板5螺纹轴6引导条7螺母体8连结体9喷射柱塞10喷射用电动伺服电机11增压用电动伺服电机12单向离合器13控制器21轴承22轴承托架23角接触轴承24轴承25固定构件26保护盖板27测压元件单元28螺栓31冲击缓冲装置33第一构件35第二构件36弹性构件37连结螺栓38螺母体贯通孔39连结螺栓贯通孔40弹性构件收纳孔41引导条贯通孔42第一滑轮43第二滑轮44、45同步带51内环52外环53凸轮54止动器55弹簧构件