CN103231023A - 用于铁型覆砂生产线的铁型自动调温装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于铁型覆砂生产线的铁型自动调温装置和方法，包括铁型输送辊道机构，其特征在于：还包括铁型调温机构、小车移动机构和控制机构，所述的铁型调温机构包括加热装置和喷水冷却装置，小车移动机构带动铁型调温机构沿着铁型输送辊道的垂直方向移动，将加热装置或喷水冷却装置移至工作位置，控制机构包括测温探头和PLC控制器，测温探头与PLC控制器连接，PLC控制器分别与加热装置和喷水冷却装置连接。本发明能自动根据铁型温度选择对铁型加热或冷却，调温控制准确，适合铁型覆砂铸造大批量生产。

Description

用于铁型覆砂生产线的铁型自动调温装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于铁型覆砂生产线的铁型自动调温装置和方法。

背景技术

铁型覆砂铸造属特种铸造之一，具有节能、节材、优质、绿色等生产特点，随着我国汽车工业的发展，铁型覆砂铸造技术的应用越来越广。对于大批量铸件的铁型覆砂铸造生产而言，通常采用机械化 、自动化的铁型覆砂铸造生产线的方式组织生产。就铁型的覆砂工艺而言，为保证覆砂质量和生产效率，铁型的温度一般控制在200-250℃之间。覆砂造型温度低，造成铁型的覆砂造型固化时间太长，影响铁型覆砂铸造生产线的生产效率，如果温度太低的话，甚至不能完成覆砂造型。覆砂造型温度太高，会使覆砂造型后的型腔上的覆砂层固化过度、过烧，覆砂层的强度受损，在铁水浇注过程中，覆砂层溃散，最终在铸件中产生砂眼、夹砂、多肉等铸造缺陷，造成铸件报废。在铁型覆砂铸造生产中铁型的加热一般采用浇注后铁水在铁型中凝固、冷却产生的热量来加热铁型，也就是利用余热来加热铁型。对于连续的铁型覆砂铸造生产，往往会出现以下方面的问题，其一：铁型中浇注铸件的铁水量太少，不足以加热铁型达到覆砂温度要求；其二：多次循环后铁型太热，超过覆砂固化温度范围。为了保证铁型覆砂铸造生产线的顺利运行，就必须在线对生产线上运行的铁型进行加热或者冷却。

专利号为201210384726.0，专利名称为“通用于铁型覆砂铸造生产线的感应加热方法及装置”的中国专利中公开了一种技术方案：铁型放置在辊道传送架的传送轨道上，辊道传送架送轨道上设有大小和铁型相匹配的感应线圈，感应线圈外设有铝质外壳，并与感应电源回路接通，感应线圈引出线圈接口与并与感应电源的主回路相连接；生产过程中，使用上一轮生产过程中铁液凝固所释放的热量提高铁型温度，并使用感应电流产生交变磁场，通过内部发热机理加热铁型，使铁型温度到达加工温度。上述方案的缺陷主要有以下几点：其一：铁型为扁平的长方体结构，感应线圈做成相匹配的扁平长方形结构时，利用感应电流产生交变磁场的加热效率比圆形结构的感应线圈要低得多，无用功率大；其二：铁型重量较重，一般在600-1200公斤左右，重的铁型甚至超过2000公斤，如此重的单一铁件采用感应加热，在低温状态感应加热的起动电功率及起动电流很大，瞬时功率超过800KW，同时对电网的冲击很大，在生产线中设置这么大容量的加热装置，从安全和实际操作的角度显然是不现实的；其三：感应加热至200多度属较低温度感应加热，加热控制不易实现。

发表在2007年第6刊《现代铸造》中的“覆砂铁型铸造工艺的铁型冷却装置”一文公开了结构：在铁型的上、下方各安放两排喷嘴，喷嘴上的铜管用橡胶管连接，橡胶管的另一端放入下方的水箱内。喷嘴的间距和每排的数量根据铁型的大小设置，以水雾均匀为宜。上下喷嘴的主管路各按一控制阀门，以调节气量和水量的大小(气量大时吸出的水量亦多)。在铁型的上方固定一吸烟罩，将冷却过程的水蒸气吸到车间外面。上述方案的缺陷是简单地采用水雾对铁型进行单一的冷却，没有对铁型的温度进行较为准确的控制，即：铁型过冷时对铁型进行升温至一定的温度，铁型过热时对铁型进行降温至一定的温度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足而提供一种能自动根据铁型温度选择对铁型加热或冷却，调温控制准确，适合铁型覆砂铸造大批量生产的用于铁型覆砂生产线的铁型自动调温装置和方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：该用于铁型覆砂生产线的铁型自动调温装置，包括铁型输送辊道机构，其特征在于：还包括铁型调温机构、小车移动机构和控制机构，所述的铁型调温机构包括加热装置和喷水冷却装置，小车移动机构带动铁型调温机构沿着铁型输送辊道的垂直方向移动，将加热装置或喷水冷却装置移至工作位置，控制机构包括测温探头和PLC控制器，测温探头与PLC控制器连接，PLC控制器分别与加热装置和喷水冷却装置连接。本发明根据铁型覆砂铸造生产过程中铁型的加热、冷却特点，选择恰当的铁型加热、冷却方式，通过小车移动机构带动铁型调温机构移动，来实现覆砂造型生产过程中铁型保持在200-250℃之间，满足铁型覆砂铸造生产的需要。本发明可用于机械化铁型覆砂铸造生产线，适用于铁型覆砂铸造大批量生产。

本发明所述的铁型调温机构还包括调温小车、集水槽、供水系统、供油或供天然气系统，加热装置与喷水冷却装置并排设置在调温小车上，集水槽固定在调温小车上并位于喷水冷却装置四周，供水系统、供油或供天然气系统分别固定安装在调温小车上，供水系统与喷水冷却装置连接，供油或供天然气系统与加热装置连接。加热装置与喷水冷却装置并排设置在调温小车，便于根据铁型的实际温度将加热装置或喷水冷却装置移动到工作位置。集水槽的作用是将用于冷却铁型的冷却水雾的多余冷却水收集起来，以防水雾四处飞溅。

    本发明所述的小车移动机构包括小车移动气缸和移动小车轨道，移动小车轨道固定安装在铁型输送辊道下方地面上且垂直于铁型输送辊道输送方向，移动小车轨道与铁型调温机构的调温小车滑动配合，小车移动气缸固定在铁型输送辊道上，小车移动气缸活塞杆与铁型调温机构的调温小车连接。小车移动机构可以很方便地将铁型加热装置或铁型冷却装置移至需要加热或冷却的铁型下方，进行加热或冷却的切换。

本发明所述的控制机构包括测温探头、温度仪表和PLC控制器，所述的测温探头设置在需要进行调温的铁型斜上方，测温探头对准需检测的铁型，测温探头与温度仪表连接，温度仪表与PLC控制器连接，PLC控制器与加热装置或喷水冷却装置连接。测温探头、温度仪表和PLC控制器的连接，可以实测出铁型的温度，通过PLC控制器的程序控制，对加热、冷却装置发出加热或冷却指令，实现对铁型的调温作业。

本发明所述的铁型输送辊道机构包括铁型输送辊道、立柱和溜水槽，两条铁型输送辊道安装在立柱上，溜水槽位于两条铁型输送辊道之间且固定安装在立柱的顶部。水冷过程中未被气化的部分水流通过溜水槽至集水槽排至地下排水系统，防止冷却水四处飞溅，保持水冷装置周围环境的清洁。

本发明所述的测温探头为非接触式测温探头，测温探头与铁型的距离优选在600-800毫米。非接触式测温探头与铁型有一定的距离，这样在铁型加热或冷却时不会与火焰或冷却水直接接触，保证了测温元件的寿命；与铁型不直接接触，可适用于不同厚度铁型的生产线，而不用调整测温元件的位置。

本发明还提供一种采用上述调温装置的铁型自动调温方法，其特征在于：首先将浇注冷却完成开箱、清理后的铁型推入铁型输送辊道机构，控制机构中的测温探头测量铁型温度，如果检测到的铁型温度在预设的覆砂造型温度范围，铁型输送辊道机构直接将铁型推出进入生产线下一工序的工作；

如果检测到的铁型温度高于预设的覆砂造型温度范围，小车移动机构带动铁型调温机构移动，将喷水冷却装置移至铁型下方，控制机构的PLC控制器根据测温探头采集到铁型在进行水冷前的温度，计算得到铁型冷却到预设的覆砂造型温度范围所需的喷水时间，喷水系统的电磁阀打开，喷水冷却装置对铁型喷水，喷水时间到后，喷水系统的电磁阀关闭，喷水冷却装置停止喷水，待水雾散尽后，测温探头再次检测铁型温度，如果铁型温度在预设覆砂造型温度值范围内，铁型输送辊道机构将铁型送出，如果温度仍然高于预设覆砂造型温度值，重复上述降温过程，直到铁型温度到达预设覆砂造型温度值；

如果检测到的铁型温度低于预设的覆砂造型温度范围，小车移动机构带动铁型调温机构移动，将加热装置移至铁型下方，控制机构的PLC控制器根据测温探头采集到铁型加热前温度，计算得到铁型加热到预设的覆砂造型温度范围所需的加热时间，供油或供天然气系统的阀门打开，加热装置对铁型燃烧加热，加热时间到后，供油或供天然气系统阀门关闭，加热装置关闭，测温探头再次检测铁型温度，如果温度在预设覆砂造型温度值范围内，铁型输送辊道机构将铁型送出，如果温度仍低于预设覆砂造型温度值，重复上述加热过程，直到铁型温度到达预设覆砂造型温度值。本发明所述方法能自动检测铁型的温度，控制机构根据检测出的温度判断铁型是否需要加热或冷却，反愦给铁型调温机构对铁型进行温度调整，铁型通过一定时间的温度调整，达到适合地覆砂造型的温度，然后可对铁型进行覆砂造型。上述方法可以很方便地通过火焰加热或喷水冷却的方式自动地将铁型加热或冷却到合适的覆砂造型温度范围，机构简单、控制精确，调温过程可实现自动控制。

本发明与现有技术相比具有以下优点：采用本发明所述装置和方法能实现铁型温度在覆砂造型时控制在合适的覆砂造型温度，当铁型温度太高或过低时，自动对铁型进行降温或升温作业，满足大批量铁型覆砂铸造生产的要求。采用本发明的装置和方法用于铁型覆砂铸造生产线，可方便地实现自动控制，从而提高铁型覆砂铸造生产线的机械化自动化水平。

附图说明

图1为本发明装置主视结构示意图。

图2为本发明装置俯视结构示意图。

图3为图1中A-A剖视图。

图4为本发明装置加热状态示意图。

图5为本发明装置冷却状态示意图。

图6为本发明方法流程图。

具体实施方式

参见图1~图5，本发明包括铁型输送辊道机构Ⅰ，铁型调温机构Ⅱ、小车移动机构Ⅲ和控制机构，所述的铁型输送辊道机构Ⅰ包括铁型输送辊道3、立柱11和溜水槽5。铁型调温机构Ⅱ包括加热装置1、喷水冷却装置2、调温小车4、集水槽6、供水系统8、供油或供天然气系统9。小车移动机构Ⅲ包括小车移动气缸7和移动小车轨10。控制机构测温探头、温度仪表和PLC控制器。

两条输送辊道3安装在六根立柱11上，溜水槽5位于两条铁型输送辊道3之间且固定安装在立柱11的顶部。加热装置1与喷水冷却装置2并排设置在调温小车4上，集水槽6固定在调温小车4上并位于喷水冷却装置3四周，供水系统8、供油或供天然气系统9分别固定安装在调温小车4上，供水系统8与喷水冷却装置2连接，供油或供天然气系统9与加热装置1连接。

移动小车轨道10固定安装在铁型输送辊道3下方地面上且垂直于铁型输送辊道3输送方向，移动小车轨道10与调温小车4滑动配合，小车移动气缸7固定在铁型输送辊道4上，小车移动气缸7活塞杆与的调温小车4连接。调温小车4可以沿着铁型输送辊道3的垂直方向移动，将加热装置1或喷水冷却装置2移至铁型输送辊道3调温工作位置下方。铁型A可以采用送箱机构或人力推动的方式送入或送出铁型输送辊道4。测温探头设置在需要进行调温的铁型斜上方，测温探头对准需检测的铁型，测温探头与铁型的距离一般在600-800毫米。测温探头与温度仪表连接，温度仪表与PLC控制器连接，PLC控制器与加热装置或喷水冷却装置连接。

铁型覆砂铸造生产过程中，覆膜砂的成形固化是需要一定的温度，温度一般在200-250℃之间。模型的加热采用电加热的方式，铁型一般利用铸造浇注后的余热来加热铁型。在实际生产过程中，随着季节的不同、铁型铸型一次容纳的铁水的多少、以及铁型在生产过程循环次数的多少，铁型的温度就存在一定的差异，这种温度变化的差异往往会超出铁型覆砂铸造造型温度的适用范围，最终影响铁型覆砂铸造中覆砂造型过程的质量和效率。为此需要对铁型进行温度调整。

对于铁型的冷却，采用水冷的方式，为了使铁型温度可以最大化的达到精准控制，最优设计是在喷水冷却装置2里设计测温探头，用来随时检测铁型温度，当温度达到预设温度时停止喷水。在实际生产中，铁型在喷水冷却过程中，因为铁型温度较高会在其上方周围产生大量的雾气，此时测温探头测温的准确度不高。故要对铁型温度有较好的控制，冷却器只能通过控制冷却时间的方式来实现对铁型冷却过程的控制。采用下述的的方法确定冷却时间，将铁型冷却模块分为铁型在喷水冷却和在自然空气冷却下的两个研究过程，利用ANSYS热分析软件分别模拟两个过程的温度场，确定铁型在不同温度下的最佳冷却时间，应用曲线拟合方法得到铁型温度和冷却时间的曲线函数：

t=1.1336e^0.0103T

其中：t：铁型需要喷水冷却的时间（秒）；

T：水冷前铁型的温度（℃）；

当铁型运行到喷水冷却装置2时，PLC控制器根据测温探头采集到铁型在进行水冷前的温度，利用前面ANSYS分析已经得到的水冷系统中铁型温度随时间变化曲线函数，计算得到铁型冷却到220℃～230℃随需喷水时间，通过电磁阀控制喷头喷水的开始与停止。冷却器喷水冷却停止，水雾散尽后，测温探头再次检测铁型温度，如果温度在预设范围内，铁型运出喷水冷却装置2，如果温度不在预设范围内，进行再次降温，反复运行直到铁型温度到达预设值，实现铁型温度在喷水冷却装置2中较准确的自动控制。

铁型的加热采用火焰加热的方式，可以采用天然气或燃油火焰加热器加热铁型。铁型加热的过程控制原理与程序设计流程与铁型冷却相似，只不过是将喷水冷却装置2变成加热装置1，与水冷喷水冷却控制不同的是：加热过程的控制因为不存在水雾，测温探头可以实现实时检测铁型温度，直接将铁型在加热过程中铁型的升温状态准确地反馈给PLC控制器，一旦铁型温度达到合适的范围，加热装置1停止加热。铁型加热模块可以分解成加热和加热后自然空气冷却两部分，加热后自然空气冷却部分也可以忽略不计。

铁型覆砂生产线铁型调温装置的工作步骤是这样的：首先将浇注冷却完成开箱、清理后的铁型推入铁型A输送辊道3的调温工作位置，采用非接触式测温探头——可选用远红外测温探头或其它辐射式测温探头对铁型的温度进行测量。如果检测到的铁型温度在预设的覆砂造型温度范围，就不对铁型其进行加热或冷却，直接将铁型推出，生产线可将此铁型进行下一工序的工作。

如果检测到的铁型温度高于预设的覆砂造型温度范围，调温小车4就会将铁型喷水冷却装置2移至铁型A下方，PLC控制器根据测温探头采集到铁型在进行水冷前的温度，利用ANSYS分析计算得到铁型冷却到220℃～230℃时需要多长的喷水时间，通过供水系统8的通水电磁阀来控制喷水冷却装置2的喷头对铁型进行喷水冷却。喷水时间到后，供水系统8的通水电磁阀关闭，喷水停止，冷却停止。待水雾散尽后，测温探头再次检测铁型温度，如果温度在预设覆砂造型温度值范围内，铁型被送出，如果温度仍然高于预设覆砂造型温度值，重复进行上述降温过程直到铁型温度到达预设覆砂造型温度值。

如果检测到的铁型温度低于预设的覆砂造型温度范围，调温小车4就会将铁型加热装置1移至铁型A下方，PLC控制器计算得到铁型加热到220℃～230℃时需要多长的加热时间，启动加热装置1对铁型A进行加热。加热时间到后，供油或供天然气系统9阀门关闭，加热装置1加热停止。测温探头再次检测铁型温度，如果温度在预设覆砂造型温度值范围内，铁型A被送出，如果温度仍低于预设覆砂造型温度值，重复进行上述加热过程直到铁型温度到达预设覆砂造型温度值，然后将铁型送出。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于铁型覆砂生产线的铁型自动调温装置，包括铁型输送辊道机构，其特征在于：还包括铁型调温机构、小车移动机构和控制机构，所述的铁型调温机构包括加热装置和喷水冷却装置，小车移动机构带动铁型调温机构沿着铁型输送辊道的垂直方向移动，将加热装置或喷水冷却装置移至工作位置，控制机构包括测温探头和PLC控制器，测温探头与PLC控制器连接，PLC控制器分别与加热装置和喷水冷却装置连接。

2.根据权利要求1所述的用于铁型覆砂生产线的铁型自动调温装置，其特征在于：所述的铁型调温机构还包括调温小车、集水槽、供水系统、供油或供天然气系统，加热装置与喷水冷却装置并排设置在调温小车上，集水槽固定在调温小车上并位于喷水冷却装置四周，供水系统、供油或供天然气系统分别固定安装在调温小车上，供水系统与喷水冷却装置连接，供油或供天然气系统与加热装置连接。

3.根据权利要求1所述的用于铁型覆砂生产线的铁型自动调温装置，其特征在于：所述的小车移动机构包括小车移动气缸和移动小车轨道，移动小车轨道固定安装在铁型输送辊道下方地面上且垂直于铁型输送辊道输送方向，移动小车轨道与铁型调温机构的调温小车滑动配合，小车移动气缸固定在铁型输送辊道上，小车移动气缸活塞杆与铁型调温机构的调温小车连接。

4.根据权利要求1所述的用于铁型覆砂生产线的铁型自动调温装置，其特征在于：所述的控制机构包括测温探头、温度仪表和PLC控制器，所述的测温探头设置在需要进行调温的铁型斜上方，测温探头对准需检测的铁型，测温探头与温度仪表连接，温度仪表与PLC控制器连接，PLC控制器与加热装置或喷水冷却装置连接。

5.根据权利要求1所述的用于铁型覆砂生产线的铁型自动调温装置，其特征在于：所述的铁型输送辊道机构包括铁型输送辊道、立柱和溜水槽，两条铁型输送辊道安装在立柱上，溜水槽位于两条铁型输送辊道之间且固定安装在立柱的顶部。

6.根据权利要求4所述的用于铁型覆砂生产线的铁型自动调温装置，其特征在于：所述的测温探头为非接触式测温探头，测温探头与铁型的距离优选在600-800毫米。

7.一种用于铁型覆砂生产线的铁型自动调温方法，采用如权利要求1所述的装置，其特征在于：首先将浇注冷却完成开箱、清理后的铁型推入铁型输送辊道机构，控制机构中的测温探头测量铁型温度，如果检测到的铁型温度在预设的覆砂造型温度范围，铁型输送辊道机构直接将铁型推出进入生产线下一工序的工作；

如果检测到的铁型温度高于预设的覆砂造型温度范围，小车移动机构带动铁型调温机构移动，将喷水冷却装置移至铁型下方，控制机构的PLC控制器根据测温探头采集到铁型在进行水冷前的温度，计算得到铁型冷却到预设的覆砂造型温度范围所需的喷水时间，喷水系统的电磁阀打开，喷水冷却装置对铁型喷水，喷水时间到后，喷水系统的电磁阀关闭，喷水冷却装置停止喷水，待水雾散尽后，测温探头再次检测铁型温度，如果铁型温度在预设覆砂造型温度值范围内，铁型输送辊道机构将铁型送出，如果温度仍然高于预设覆砂造型温度值，重复上述降温过程，直到铁型温度到达预设覆砂造型温度值；

如果检测到的铁型温度低于预设的覆砂造型温度范围，小车移动机构带动铁型调温机构移动，将加热装置移至铁型下方，控制机构的PLC控制器根据测温探头采集到铁型加热前温度，计算得到铁型加热到预设的覆砂造型温度范围所需的加热时间，供油或供天然气系统的阀门打开，加热装置对铁型燃烧加热，加热时间到后，供油或供天然气系统阀门关闭，加热装置关闭，测温探头再次检测铁型温度，如果温度在预设覆砂造型温度值范围内，铁型输送辊道机构将铁型送出，如果温度仍低于预设覆砂造型温度值，重复上述加热过程，直到铁型温度到达预设覆砂造型温度值。

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