CN104057060B - 一种铸造模具内金属液面位置感知控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种铸造模具内金属液面位置感知控制系统，包括铸造模具、铸造金属液保温炉、升液管，所述铸造模具包括上模、下模、浇口套、型腔、水路冷却点和侧抽芯Ⅰ、侧抽芯Ⅱ，所述铸造金属液保温炉包括炉体和炉腔，还包括金属液面位置感知传感器、水冷数字化控制系统、加压数字化控制系统和温度显示仪表。本发明提供的一种铸造模具内金属液面位置感知控制系统，通过预埋在模具内金属液面位置感知传感器检测到金属液到达的位置及整个凝固过程中温度变化，来做到各段压力加压时的连贯性和准确性，使各段加压参数始终处于受控状态，创造了稳定的填充条件，保证了产品质量的稳定性；另外通过预埋在模具内金属液面位置感知及复合传感器，为工程技术人员验证理论数据的有效性，提供真实的数据。

Description

一种铸造模具内金属液面位置感知控制系统

技术领域

本发明涉及模具领域,具体涉及一种铸造模具内金属液面位置感知控制系统。

背景技术

铸造模具低压铸造过程如下：通过设备设定的液面加压程序(各段压力、时间等参数)，给密封的保温炉填充一定压力的干燥压缩空气，保温炉内的金属液在压力作用下通过升液管充填模具型腔中，具体的程序步骤如下：升液、充型、结壳凝固、增压、保压、卸压凝固六个步骤。升液是通过在保温炉内填充一定压力，使保温炉的金属液在压力作用下，通过升液管内腔升到浇口处位置的过程；充型是进一步加大压力使金属液从浇口处升到模型顶端的过程；结壳凝固是充型结束后，充型压力不变，模具型腔的铝液凝固成金属薄壳的过程；增压是结壳凝固后又进一步加大压力，使金属液在压力下结晶凝固；保压是保持增压的压力进行补缩，来完成从液态到固态转变过程；卸压是卸掉加压压力，使金属液从浇口处又回到保温炉内的过程。从上面的过程中看出，各段压力需要很好的连贯性和准确性，在实际生产中由于保温炉密封不严造成的漏气、供气系统的变化、空气压力的变化、理论计算与实际的偏差等等都会导致铸造参数的重复性再现性较差。另外低压铸造每填充一次，保温炉内的金属液液面会下降一部分，有的设备虽然通过理论计算不断调整液面补偿压力，但是每个铸件各段的加压参数都与实际要求的有一定的偏差。

发明内容

为解决上述问题，本发明所要解决的技术问题是提供一种铸造模具内金属液面位置感知控制系统。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种铸造模具内金属液面位置感知控制系统，包括铸造模具、铸造炉和升液管，所述铸造模具包括上模、下模、浇口套、型腔、水路电磁阀、加压控制比例阀和侧抽芯Ⅰ、侧抽芯Ⅱ，所述铸造炉包括炉体和炉腔，还包括金属液面位置感知传感器、水冷数字化控制系统、加压数字化控制系统和温度显示仪表。

所述金属液面位置感知传感器有三个，三个金属液面位置感知传感器分别镶嵌在所述上模的内部、所述下模的内部、所述侧抽芯Ⅰ或侧抽芯Ⅱ的内部，所述金属液面位置感知传感器包括感知测温点、内置热电偶、绝缘陶瓷层、不锈钢外壳、固定螺丝和两条耐高温连接导线，在所述固定螺丝的螺杆端部外接有所述不锈钢外壳，在所述不锈钢外壳内设有所述内置热电偶，在所述不锈钢外壳内壁与所述内置热电偶之间设有所述绝缘陶瓷层，在所述内置热电偶远离所述固定螺丝的一端外接所述感知测温点，并且所述金属液面位置感知传感器的感知测温点处于所述型腔内，所述固定螺丝的内部设有通孔，所述两条耐高温连接导线的一端穿过所述通孔分别连接所述内置热电偶远离所述感知测温点的一端，所述两条耐高温连接导线的另外一端延伸出所述固定螺丝外后连接所述温度显示仪表的输入端。

所述水冷数字化控制系统包括触摸屏和PLC控制单元，通过所述触摸屏设定各个感知测温点所处位置的温度值，所述温度显示仪表输出的温度信号反馈给接所述PLC控制单元，所述PLC控制单元根据所述温度显示仪表反馈的温度信号来控制所述水路电磁阀的开启和关闭。

所述加压数字化控制系统包括触摸屏和PLC控制单元，通过所述触摸屏设定铸造过程中所述炉腔内各段的加压参数，当所述感知测温点与所述型腔内的金属液体接触时，所述感知测温点感应并将金属液体的位置信号传输到所述温度显示仪表的采集模块，所述PLC控制单元根据所述温度显示仪表的采集模块采集到的金属液体的位置信号发出加压控制比例阀开启的指令，所述加压控制比例阀根据所述触摸屏设定铸造过程中所述炉腔内的加压参数来完成开启。

进一步，所述水冷数字化控制系统、加压数字化控制系统共用触摸屏与PLC控制单元。

进一步，当所述金属液面位置感知传感器检测到所述感知测温点所处位置的温度值高于所述触摸屏设定值时，所述水路电磁阀的打开，当所述金属液面位置感知传感器检测到所述感知测温点所处位置的温度值低于所述触摸屏设定值时，所述水路电磁阀的关闭。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种铸造模具内金属液面位置感知控制系统，通过预埋在模具内金属液面位置感知及传感器检测到金属液到达的位置及整个凝固过程中温度变化，把整个信息实时反馈给数字化控制系统，再通过数字化控制系统来调整，再输出形成一个闭环的循环过程，来做到各段压力的连贯性和准确性，各段加压参数始终处于受控状态，创造了稳定的填充条件，保证了产品质量的稳定性；另外通过预埋在模具内金属液面位置感知及复合传感器，能够准确的反馈各段压力到达位置的时间、金属液体在模具型腔内由液体转化成固体整个的温度变化过程，为工程技术人员验证理论数据的有效性，提供真实的数据。

附图说明

图1为本发明所述的金属液面位置感知传感器和铸造模具的装配图；

图2为本发明所述的金属液面位置感知传感器的结构图；

图3为本发明所述的水冷数字化控制系统原理框图；

图4为本发明所述的加压数字化控制系统原理框图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、铸造模具，2、铸造炉，3、升液管，4、上模，5、下模，6、浇口套，7、型腔，8、侧抽芯Ⅰ，9、侧抽芯Ⅱ，10、炉体，11、炉腔，12、金属液面位置感知传感器，13、测温点，14、内置热电偶，15、绝缘陶瓷层，16、不锈钢外壳，17、固定螺丝，18、耐高温导线。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1、2、3和4所示，一种铸造模具内金属液面位置感知控制系统，包括铸造模具1、铸造炉2和升液管3，所述铸造模具1包括上模4、下模5、浇口套6、型腔7、水路电磁阀、加压控制比例阀和侧抽芯Ⅰ8、侧抽芯Ⅱ9，所述铸造炉2包括炉体10和炉腔11，还包括金属液面位置感知传感器12、水冷数字化控制系统、加压数字化控制系统和温度显示仪表；

所述金属液面位置感知传感器12有三个，三个金属液面位置感知传感器12分别镶嵌在所述上模4的内部、所述下模5的内部、所述侧抽芯Ⅰ8或侧抽芯Ⅱ9的内部，所述金属液面位置感知传感器12包括感知测温点13、内置热电偶14、绝缘陶瓷层15、不锈钢外壳16、固定螺丝17和两条耐高温连接导线18，在所述固定螺丝17的螺杆端部外接有所述不锈钢外壳16，在所述不锈钢外壳16内设有所述内置热电偶14，在所述不锈钢外壳16内壁与所述内置热电偶14之间设有所述绝缘陶瓷层15，在所述内置热电偶14远离所述固定螺丝17的一端外接所述感知测温点13，并且所述金属液面位置感知传感器12的感知测温点13处于所述型腔7内，所述固定螺丝17的内部设有通孔，所述两条耐高温连接导线18的一端穿过所述通孔分别连接所述内置热电偶14远离所述感知测温点13的一端，所述两条耐高温连接导线18的另外一端延伸出所述固定螺丝17外后连接所述温度显示仪表的输入端。每一个金属液面位置感知传感器12检测各自感知测温点13位置的温度，并输出到温度显示仪表。

所述水冷数字化控制系统包括触摸屏、PLC控制单元和水路电磁阀，通过所述触摸屏设定各个感知测温点13所处位置的温度值，所述温度显示仪表输出的温度信反馈给接所述PLC控制单元。金属液体从浇注到凝固，在最后凝固的地方会出现宏观或显微收缩，这种称为缩松，严重称缩孔。缩松和缩孔是铸造件的主要缺陷之一，产生的原因是金属液态收缩大于固态收缩。一般产生在铸造件的孤立壁厚部位或铸造件的交接处壁厚差别较大部位，因此，在设计中必须使铸造金属液体符合顺序凝固(按理想的壁厚或阶梯形状)原则。因为铸造件的特性决定，设计形状时不能达到理想的要求，所以只有在易产生缩孔和缩孔的模具部位加大局部冷却速度，也就是在铸造模具内增加冷却水通道，通过冷却水在易产生缩孔和缩孔部位来冷却，达到同时或快速凝固的目的，避免产生缩松和缩孔的缺陷。

水冷数字化控制系统在铸造过程中通过触摸屏设定各个感知测温点13所处位置的温度值(根据需求可把感知测温点13装在易产生缩松和缩孔部位)和水路电磁阀延时启动时间的参数，整个铸造过程中分为升液、充型、结壳凝固、增压、保压和卸压凝固六个阶段段，升液、充型和结壳凝固这三个阶段是在铸件成型阶段，不需要冷却；在增压、保压和卸压凝固这三个阶段是铸件在模具内的凝固过程需要冷却,所以冷却时间需要用到延时。

如图3所示，由触摸屏来设定各个感知测温点13所处位置的温度值和水路电磁阀延时启动时间的参数，由于触摸屏设定了水路电磁阀延时启动时间的参数，在升液、充型和和结壳凝固这三个阶段水路电磁阀处于关闭状态。在增压、保压和卸压凝固这三个阶段时：三个金属液面位置感传感器12处于铸造模具1的不同位置，分别检测铸造过程中各个金属液面位置感传感器12所处位置的温度数据，再把检测到信号传给温度显示仪表，通过温度显示仪表把信号反馈给PLC控制单元，PLC控制单元根据温度显示仪表反馈的温度信号来控制所述水路电磁阀的开启和关闭。水路电磁阀为铸造模具1的冷却提供冷却液，PLC控制单元通过控制水路电磁阀的开启和关闭，调节铸造过程在增压、保压和卸压凝固这三个阶段时各个金属液面位置感传感器12所处位置的温度的参数在触摸屏设定的范围之内。当所述金属液面位置感知传感器12检测到所述感知测温点11所处位置的温度值高于所述触摸屏设定值时，所述水路电磁阀的打开，当所述金属液面位置感知传感器12检测到所述感知测温点13所处位置的温度值低于所述触摸屏设定值时，所述水路电磁阀的关闭。

低压铸造的工作原理：低压铸造工艺是给密封的炉体10内填充一定压力的干燥压缩空气，炉腔11的金属液体在压力(0～lbar)作用下通过升液管3填充到铸造模具型腔7中，来获得铸件的一种方法。

炉腔11内的金属液体在压力作用下通过升液管3充填模具型腔中，依次分为如下六个阶段：升液、充型、结壳凝固、增压、保压和卸压凝固六个阶段。低压铸造过程如下：通过触摸屏设定的金属液面加压程序(各个阶段压力、时间等参数)，给密封的的炉体10填充一定压力的干燥压缩空气，升液是通过在炉腔11内填充一定压力，使炉腔11内的金属液体在压力作用下，通过升液管3内腔升到浇口6处位置的过程；充型是进一步加大压力使金属液体从浇口6处升到型腔7顶端的过程；结壳凝固是充型结束后，充型压力不变，模具型腔7的金属液体凝固成金属薄壳的过程；增压是结壳凝固后又进一步加大压力，使金属液体在压力下结晶凝固；保压是保持增压的压力进行补缩，来完成从液态到固态转变过程；卸压是卸掉加压压力，使铝液从浇口处又回到保温炉内的过程。

如图4所示，所述加压数字化控制系统包括触摸屏和PLC控制单元，通过所述触摸屏设定铸造过程中所述炉腔11内的加压参数，在铸造过程中升液和充型2个阶段时，所述感知测温点13与所述型腔7内的金属液体接触时，所述感知测温点13感应并将金属液体的位置信号传输到所述温度显示仪表的采集模块，所述PLC控制单元根据所述温度显示仪表的采集模块采集到的金属液体的位置信号，判断铸造是处于升液阶段还是处于充型阶段，发出加压控制比例阀开启的指令，所述加压控制比例阀根据所述触摸屏设定的所述炉腔11内升液和充型2个阶段的加压参数来完成开启。充型结束后进入到结壳凝固,在触摸屏设定增加是有一个结壳凝固温度延时时间的反馈，当检测到的温度和延时时间达到设定值时，加压控制比例阀完成开启，控制结壳凝固这一阶段的加压参数。目前国内外的工程技术人员无法得知在填充过程中是否按设计的时间节点，到指定的位置，只能通过理论计算和凭借现场经验制定相应的工艺参数，其与实际差别较大。加压数字化控制系统通过镶嵌在模具指定位置内的金属液面位置感知传感器12，检测到金属液体到达的位置，反馈给加压数字化控制系统，再通过数字化控制系统自动调整能准确控制铸造过程中升液、充型和结壳凝固3个阶段的加压参数，来满足工艺条件要求，创造稳定的填充条件。在后面增压、保压和卸压凝固的3个阶段，与现有其它低压铸造机控制系统一样未变。

所述水冷数字化控制系统、加压数字化控制系统共用触摸屏与PLC控制单元，通过触摸屏设定水冷数字化控制系统、加压数字化控制系统的相关参数，通过PLC控制单元控制水冷数字化控制系统、加压数字化控制系统的相关持行，便于控制操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种铸造模具内金属液面位置感知控制系统，包括铸造模具(1)、铸造炉(2)和升液管(3)，所述铸造模具(1)包括上模(4)、下模(5)、浇口套(6)、型腔(7)、水路电磁阀、加压控制比例阀和侧抽芯Ⅰ(8)、侧抽芯Ⅱ(9)，所述铸造炉(2)包括炉体(10)和炉腔(11)，其特征在于：还包括金属液面位置感知传感器(12)、水冷数字化控制系统、加压数字化控制系统和温度显示仪表；

所述金属液面位置感知传感器(12)有三个，三个金属液面位置感知传感器(12)分别镶嵌在所述上模(4)的内部、所述下模(5)的内部、所述侧抽芯Ⅰ(8)或侧抽芯Ⅱ(9)的内部，所述金属液面位置感知传感器(12)包括感知测温点(13)、内置热电偶(14)、绝缘陶瓷层(15)、不锈钢外壳(16)、固定螺丝(17)和两条耐高温连接导线(18)，在所述固定螺丝(17)的螺杆端部外接有所述不锈钢外壳(16)，在所述不锈钢外壳(16)内设有所述内置热电偶(14)，在所述不锈钢外壳(16)内壁与所述内置热电偶(14)之间设有所述绝缘陶瓷层(15)，在所述内置热电偶(14)远离所述固定螺丝(17)的一端外接所述感知测温点(13)，并且所述金属液面位置感知传感器(12)的感知测温点(13)处于所述型腔(7)内，所述固定螺丝(17)的内部设有通孔，所述两条耐高温连接导线(18)的一端穿过所述通孔分别连接所述内置热电偶(14)远离所述感知测温点(13)的一端，所述两条耐高温连接导线(18)的另外一端延伸出所述固定螺丝(17)外后连接所述温度显示仪表的输入端；

所述水冷数字化控制系统包括触摸屏和PLC控制单元，通过所述触摸屏设定各个感知测温点(13)所处位置的温度值，所述温度显示仪表输出的温度信号反馈给接所述PLC控制单元，所述PLC控制单元根据所述温度显示仪表反馈的温度信号来控制所述水路电磁阀的开启和关闭；

所述加压数字化控制系统包括触摸屏和PLC控制单元，通过所述触摸屏设定铸造过程中所述炉腔(11)内的加压参数，当所述感知测温点(13)与所述型腔(7)内的金属液体接触时，所述感知测温点(13)感应并将金属液体的位置信号传输到所述温度显示仪表的采集模块，所述PLC控制单元根据所述温度显示仪表的采集模块采集到的金属液体的位置信号发出加压控制比例阀开启的指令，所述加压控制比例阀根据所述触摸屏设定铸造过程中所述炉腔(11)内的加压参数来完成开启。

2.根据权利要求1所述的一种铸造模具内金属液面位置感知控制系统，其特征在于：所述水冷数字化控制系统、加压数字化控制系统共用触摸屏与PLC控制单元。

3.根据权利要求1或2所述的一种铸造模具内金属液面位置感知控制系统，其特征在于：当所述金属液面位置感知传感器(12)检测到所述感知测温点(13)所处位置的温度值高于所述触摸屏设定值时，所述水路电磁阀打开，当所述金属液面位置感知传感器(12)检测到所述感知测温点所处位置的温度值低于所述触摸屏设定值时，所述水路电磁阀关闭。