CN103869741B - 热压炉模具破裂探测方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于真空热压炉技术领域,涉及热压炉模具破裂探测方法。其目的是解决预测热压炉模具裂纹的发生,提出一种热压炉模具破裂探测方法及其装置。该方法步骤如下是:1、加装模具破裂探测信号处理程序,给出了编制数学模型,设置报警压力差门限值;步骤2、连续采集液压管路压力传感器输出的压力信号参数,对压力传感器输出压力信号处理,求其相邻两压力传感器输出压力信号之差;步骤3、在步骤2的处理程序继续循环执行过程中,当出现相邻两压力传感器输出压力信号之差大于报警压力差门限值时,发出报警信号。本发明的优点是解决了预测热压炉模具出现爆炸前兆的问题,破坏结果只局限在模具的自身,保护了热压炉内的其它设备。
Description
技术领域
本发明属于真空热压炉技术领域,涉及真空热压炉故障检测技术,特别是热压炉模具破裂探测方法。
背景技术
工业界的高温合金、复合陶瓷、石英材料、LED用材许多特殊产品需要在真空热压炉中加工。图1为一种热压炉工作示意图,该热压炉包括有炉具壳体、保温层、石墨加热器、模具、模具基座、上压头、下压头、加压杆、阳极杆、阴极杆和控制热压炉工作的热压炉控制系统,下压头坐在模具基座上,下压头的上端堵住模具下端,模具腔内装填待加工的产品原料,上压头盖住模具上端,热压炉液压系统动力输出的加压杆作用在上压头。工作时,对热压炉抽真空,通过阳极杆、阴极杆接通电源,石墨加热器对炉膛加热升温,通常炉内工作温度1800~2000℃,封闭在模具腔内的产品原料处于高温压制状态下,保持在60~240min时间,产品原料通过蒸发、扩散、浸入的再冶炼过程,最终得到需要的产品。但是在加工过程中模具腔内的产品原料在加压杆的轴向加压下,对模具壁将施加很强的侧向力。由于可能有的模具本身材质缺陷或加压杆施加的压力过大超出模具额定工作压力,有可能造成模具的开裂或破损。当出现模具裂纹或破损时液压系统仍然继续对加压杆施压,容易导致模具断裂炸膛,一旦出现断裂炸膛,热压炉膛内设备将遭到破坏,甚至热压炉报废,损失惨重。目前尚未有预测热压炉模具出现爆炸前兆的有效手段。
发明内容
本发明的目的是解决预测热压炉模具发生裂纹出现爆炸先兆的技术问题,提出一种热压炉模具破裂探测方法及其装置。
本发明的热压炉模具破裂探测方法步骤如下:
步骤1、加装模具破裂探测信号处理程序
在热压炉控制系统的PLC控制器中加装模具破裂探测信号处理程序用于预测模具裂纹的发生,该信号处理程序的编制数学模型为
ρθ-ρη≤δρ(1)
ρθ-ρη>δρ(2)
式中,ρθ为压力传感器(9)相邻连续采集液压管路工作压力值的在前参数,ρη为接续在前参数ρθ采集的参数,即在后参数,δρ为报警压力差门限值,相邻(指采集的时间顺序)两次采集液压管路压力波动差大于δρ,表明模具有裂纹发生,报警压力差门限值δρ预设在模具破裂探测信号处理程序中;
热压炉液压动力系统工作过程中液压管路工作压力波动是热压炉液压动力吨位的5%~10%,小于δρ的波动是属于正常波动,即模具未出现破裂的压力波动范围,不报警;大于δρ的波动是属于异常波动,即模具出现破裂的压力波动,要报警;
步骤2、对压力传感器输出压力信号处理
连续采集液压管路压力传感器输出的压力信号参数,该输出信号参数加给热压炉控制系统的PLC控制器,PLC控制器在模具破裂探测信号处理程序的支持下对相邻两压力信号参数进行处理,求其相邻两压力传感器输出压力信号之差,处理的过程是首次来的信号作为ρθ(即在前参数),接续来的信号作为ρη(即在后参数),如果该二压力信号参数之差满足公式(1)条件,表明热压炉模具未发生裂纹,工作正常,热压炉控制系统的PLC控制器对处理的结果不做输出反应;热压炉控制系统的PLC控制器继续对后序采集的压力传感器输出压力信号参数进行处理,接续处理时将第二次采集ρη的作为后序处理时公式(1)中的ρθ(即作为在前参数),第三次采集的压力传感器输出压力信号作为新后序处理时公式(1)中的ρη(即作为在后参数),如果处理结果仍然满足公式(1)条件,则处理程序继续循环执行;
步骤3、PLC控制器输出报警
在步骤2的处理程序继续循环执行过程中,当出现热压炉控制系统的PLC控制器处理结果不满足公式(1)条件,而符合满足公式(2)条件时,表明热压炉模具有裂纹发生,工作异常,热压炉系统的PLC控制器立刻做出反应,输出停机信号,该信号控制热压炉系统液压动力设备的卸压阀,迅速改变液压系统的工作模式为卸压模式,PLC控制器并开启蜂鸣器和闪光指示灯,发出报警信号。
本发明的热压炉模具破裂探测装置在具体实施方式中描述。
本发明的热压炉模具破裂探测方法及其装置的优点是解决了预测热压炉模具出现爆炸前兆的问题,当发现热压炉模具出现爆炸前兆时热压炉系统的PLC控制器立刻做出反应,控制液压动力设备停机,避免模具继续破裂或爆炸的发生,破坏结果只局限在模具的自身,保护了热压炉内的其它设备,将因为模具破裂所造成的损失降低到最小化。
附图说明
图1热压炉工作示意图;加压杆1、炉具壳体2、保温层3、上压头4、加热器5、产品原料6、模具裂纹7、下压头8、模具9、模具基座10、阳极杆11、阴极杆12。
图2本发明的热压炉模具破裂探测装置示意图。液压源1、液压管路2、液压油缸3、液压加压杆4、模具上压头5、模具下压头6、模具基座7、热压炉控制系统8、压力传感器9、报警蜂鸣器10、报警闪光灯11、模具12、产品原料13、模具列纹14。
炉具壳体、保温层、加热器、、阳极杆、阴极杆,下压头坐在模具基座上,下压头的上端封住模具下端,模具腔内装填待加工的。
具体实施方式
图2为本发明的热压炉模具破裂探测装置示意图。本发明热压炉模具破裂探测装置包括液压源1、液压管路2、液压油缸3、加压杆4、模具上压头5、模具下压头6、模具基座7、热压炉控制系统8、压力传感器9、工作指示灯10和模具12,热压炉控制系统8采用可编程逻辑控制器(ProgrammableLogicController,以下简称PLC控制器),模具下压头6坐在模具基座7上,模具下压头6的上端堵住模具12下端,模具12腔内装填待加工的产品原料13,模具上压头5盖住模具12上端,压力传感器9安装在液压管路2,热压炉液压系统动力输出的加压杆4作用在模具上压头5;
本发明热压炉模具破裂探测装置还包括报警蜂鸣器11和报警闪光灯;
所述的PLC控制器中加装模具破裂探测信号处理程序,用于处理压力传感器9的输出信号,该信号处理程序的编制数学模型为
ρθ-ρη≤δρ(1)
ρθ-ρη>δρ(2)
式中,ρθ为压力传感器(9)相邻连续采集液压管路工作压力值的在前参数,ρη为接续在前参数ρθ采集的参数,即在后参数,δρ为报警压力差门限值,相邻(指采集的时间顺序)两次采集液压管路压力波动差大于δρ,表明模具有裂纹14发生,报警压力差门限值δρ预设在模具破裂探测信号处理程序中,δρ取值为热压炉液压源1液压动力吨位的5%~10%,相邻连续采集的时间间隔为1秒;
所述的工作指示灯10采用常显和闪显双模式指示灯,正常工作时的指示为常亮状态,报警时的指示为闪光状态。正常工作指示和报警闪光指示的双模式转换是控制电路领域常用的技术,具体的控制电路本文不再赘述。
下面结合实施例对本发明热压炉模具破裂探测装置的工作原理和工作过程作详细描述。
目前热压炉液压动力吨位分档为:50吨以下、50~100吨、100~300吨、300~500吨、500~800吨、800~3000吨。工作时正常压力调节的波动为:50吨以下--5%、50~100吨--6%、100~300吨--7%、300~500吨--8%、500~800吨9%;800~3000吨10%。
本发明热压炉模具破裂探测装置的工作原理描述如下。在正常工况下,液压系统的动力输出依据模具内待加工产品的工艺要求进行上下调节,因此液压管路的工作压力是波动的,它的正常波动大小如上所述与热压炉液压动力系统的吨位和待加工产品的工艺有关,液压动力系统的吨位范围可50吨~3000吨,液压动力波动范围5%~10%,其波动曲线是平滑的(即非阶跃的),这种波动工况下,模具未发生破损;当模具壁出现通透的裂纹14时,模具腔内压力遭到泄漏,引起液压系统的加压杆4突进,液压管路2内的压力突降,压力波动变化曲线呈阶跃现象,而且幅度很大。本发明的热压炉模具破裂探测方法及其装置的工作原理正是利用探测“液压管路内的压力大幅度阶跃变化”的现象实现模具壁出现裂纹的探测。
本发明热压炉模具破裂探测装置第一个实施例的热压炉选为VHP2000/500型热压炉,该热压炉的液压动力系统为500吨级,用于加工复合陶瓷,热压炉控制系统8的PLC控制器选用德国siemens公司S7-300型号器件,压力传感器9选用湖南宇航公司ZQ-25MPa型号器件,500吨,液压动力系统的压力输出正常波动范围为8%,报警压力差门限值δρ取40吨,热压炉内放置加工复合陶瓷产品用的模具为圆柱体内外嵌套型。做了五个批次的复合陶瓷产品的热压加工。热压炉工作时炉膛抽真空、石墨加热器对炉膛升温、液压动力系统对模具12内的产品原料13加压。前四个批次热压炉运行正常,液压动力系统在产品加工工艺条件的范围内调节工作,工艺过程结束,复合陶瓷产品出炉,检查模具12,均未发现裂纹。在第五个批次继续对产品原料13进行热压加工,工艺执行过半,报警蜂鸣器11尖叫,工作指示灯10闪亮,热压炉的液压动力系统改变加压工作模式,卸压,开炉检查,发现模具12侧壁出现通透裂纹,由于处理得当,避免了模具爆裂的发生,保护了热压炉膛内设备的安全。经对PLC控制器存储的压力传感器9数据分析,发现压力传感器9最后的敏感压力差值大于90吨,明显超过了报警压力差门限值δρ取40吨的门限;模具12的破裂说明了第五个批次工作时模具已经积累了前四次工作时产生的内应力,到了第五批次继续工作时,模具积累的内应力导致模具破裂。
本发明第二个实施例的热压炉选为VHP2000/100型热压炉,该热压炉的液压动力系统为100吨级,也用于加工复合陶瓷,100吨液压动力系统的压力输出正常波动范围为6%,报警压力差门限值δρ取6吨,热压炉控制系统8的PLC控制器选用日本OMRON公司CP1E型号器件,压力传感器9仍选用湖南宇航公司ZQ-25MPa型号器件,其它条件同第一个实施例,本实施例进行了八个批次的产品加工,在最后第八个批次的产品加工中出现了模具壁开裂。
本发明第三个实施例的热压炉选为VHP2000/3000型热压炉,该热压炉的液压动力系统为3000吨级,用于加工高纯贵金属靶材,3000吨液压动力系统的压力输出正常波动范围为10%,报警压力差门限值δρ取300吨,热压炉控制系统8的PLC控制器选用日本OMRON公司CP1E型号器件,压力传感器9仍选用湖南宇航公司ZQ-25MPa型号器件,其它条件同第一个实施例,本实施例进行了四个批次的产品加工,在最后第四个批次的产品加工中出现了模具壁开裂。
上述给出的本发明热压炉模具破裂探测装置的三个实施例的优点是由于设置了报警压力差门限值δρ,避免了虚警。
另外,报警门限值的确定除了按本发明热压炉模具破裂探测装置上述给出的热压炉液压动力吨位确定外,还可以直接从批次模具中抽样3~5只模具,做破坏性试验,取其均值获得,这种情况下的报警门限值是绝对工作压力值,将该值嵌入到模具破裂探测信号处理程序中。
Claims (2)
1.一种热压炉模具破裂探测方法,步骤如下:
步骤1、加装模具破裂探测信号处理程序
在热压炉控制系统的PLC控制器中加装模具破裂探测信号处理程序用于预测模具裂纹的发生,该信号处理程序的编制数学模型为
ρθ-ρη≤δρ(1)
ρθ-ρη>δρ(2)
式中,ρθ为压力传感器(9)相邻连续采集液压管路工作压力值的在前参数,ρη为接续在前参数ρθ采集的参数,即在后参数,δρ为报警压力差门限值,报警压力差门限值δρ预设在模具破裂探测信号处理程序中;
热压炉液压动力系统工作过程中液压管路工作压力波动是热压炉液压动力吨位的5%~10%,小于δρ的波动是属于正常波动,不报警;大于δρ的波动是属于异常波动,要报警;
步骤2、对压力传感器输出压力信号进行处理
连续采集液压管路压力传感器输出的压力信号参数,该输出的压力信号参数加给热压炉控制系统的PLC控制器,PLC控制器在模具破裂探测信号处理程序的支持下对相邻两压力信号参数进行处理,求其相邻两压力传感器输出压力信号之差,处理的过程是首次来的信号作为ρθ,接续来的信号作为ρη,如果该两压力信号参数之差满足公式(1)条件,热压炉控制系统的PLC控制器对处理的结果不做输出反应;热压炉控制系统的PLC控制器继续对后序采集的压力传感器输出压力信号参数进行处理,接续处理时将第二次采集的ρη作为后序处理时公式(1)中的ρθ作为在前参数,第三次采集的压力传感器输出压力信号作为新后序处理时公式(1)中的ρη作为在后参数,如果处理结果仍然满足公式(1)条件,则处理程序继续循环执行;
步骤3、PLC控制器输出报警
在步骤2的处理程序继续循环执行过程中,当出现热压炉控制系统的PLC控制器处理结果不满足公式(1)条件,而符合满足公式(2)条件时,PLC控制器输出停机信号,该信号控制热压炉系统液压动力设备的卸压阀,迅速改变液压系统的工作模式为卸压模式,PLC控制器并开启蜂鸣器和闪光指示灯,发出报警信号。
2.一种热压炉模具破裂探测装置,它包括液压源(1)、液压管路(2)、液压油缸(3)、加压杆(4)、模具上压头(5)、模具下压头(6)、模具基座(7)、热压炉控制系统(8)、压力传感器(9)、工作指示灯(10)和模具(12),热压炉控制系统(8)采用PLC控制器,模具下压头(6)坐在模具基座(7)上,模具下压头(6)的上端堵住模具(12)下端,模具(12)腔内装填待加工的产品原料(13),模具上压头(5)盖住模具(12)上端,压力传感器(9)安装在液压管路(2),热压炉液压系统动力输出的加压杆(4)作用在模具上压头(5),其特征是:
它还包括报警蜂鸣器(11)和报警闪光灯;所述的热压炉控制系统(8)的PLC控制器中加装模具破裂探测信号处理程序,用于处理压力传感器(9)的输出信号,该信号处理程序的编制数学模型为
ρθ-ρη≤δρ(1)
ρθ-ρη>δρ(2)
式中,ρθ为压力传感器(9)相邻连续采集液压管路工作压力值的在前参数,ρη为接续在前参数ρθ采集的参数,即在后参数,δρ为报警压力差门限值,相邻两次采集液压管路压力波动差大于δρ,表明模具有裂纹发生,报警压力差门限值δρ预设在模具破裂探测信号处理程序中,δρ取值为热压炉液压源(1)吨位的5%~10%,连续采集的时间间隔为1秒;所述的工作指示灯(10)采用常显和闪显双模式指示灯,正常工作时的指示为常亮状态,报警时的指示为闪光状态。
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