CN105562656A - 一种模具型腔内的压铸实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模具型腔内的压铸实时复合监测装置，其包括一阀芯及用于将阀芯固定于模具型腔内的阀套，阀芯的前端面作为成型面，阀芯的后端面还设置有阀座，阀芯设置有气体排溢孔，气体排溢孔的前端呈喇叭形开口，开口处填充有过滤材料，其中一个气体排溢孔的末端沿垂直于轴向方向上设置有第一压力传感器固定孔，其中设置有第一压力传感器，阀芯的末端处设置有第二压力传感器，并且在阀芯相对于阀座前后滑动时触动第二压力传感器，阀芯的轴心处沿轴向方向还设置有热电偶管，其后端通过设置于阀芯内的热电偶固定座进行固定。按照本发明实现的监测装置，能够实现对模具型腔内的各种重要工艺参数的精确实时的测量监测。

Description

一种模具型腔内的压铸实时监测装置

技术领域

本发明属于压铸领域，更具体地，涉及一种模具型腔内的压铸实时监测装置。

背景技术

压力铸造(简称压铸)是一种金属精密成型技术，是一个复杂的动态热力学过程，其实质是液态或半液态金属在高压作用下，以极高的速度充填压铸模具型腔，并在压力作用下快速凝固而获得压铸件的一种铸造方法。上述铸造成型方法涉及如下几大工艺要素：①温度，包括铝液温度和模具温度，②充型速度，③压力，包括充型时型腔气体背压以及充型时尤其是增压过程中金属熔体所受到的成型压力，因此，能够实时对上述工艺要素进行监测对提高铸造成型的精密度的提高具有十分重要的作用。

一般而言，首先，模具温度测量通常可以将热电偶直接埋入模具中，可以实时监控模具的温度变化，而金属液温度通常是通过外部保温炉或者定量炉来监控，然而金属液被压入型腔前，在输送或者浇注过程以及压射延迟等待过程中都会散失一定的热量，所以金属液压入型腔的实时温度在目前技术条件下无法精确有效监控；

另外，由于模具设计时遵循一定的浇口比，所以通过实时监控射头速度便可精确推导金属液充型时的实际内浇口填充速度；普通压力铸造，金属液充型时的高速作用，型腔中的气体来不及排溢出去，即在型腔内会产生气体背压，气体背压的存在增大了金属液的填充阻力，使压铸产品产生融合不良的缺陷或者导致金属液易紊流卷气，造成气孔缺陷，所以控制充型时型腔的气体背压可以有效改善铸件融合不良及气孔缺陷，目前常采用数值模拟方法来预测或模拟型腔气体背压，然而实际生产中上述数值模拟方式难以全面表达实时加工过程中的状态，并且还没有产生相应的有效实时监控手段；

最后一方面，铸造压力是使金属铸件轮廓清晰，组织致密的重要因素。目前的监控手段主要依据帕斯卡定律即把熔融状态的金属液简化为流体，金属液所受的力处处相同的法则，然而实际填充过程未必如此，如填充前端的冷料即水尾处在增压开始前比近入料口处金属液率先凝固而失去流动性和压力传递能力，使铸造压力无法有效传递，通过数值模拟方法虽然可以预测铸件各个部位的成型压力，然而缺乏实际的验证及有效的实时监控。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种模具型腔内的压铸实时监测装置，其目的在于实现对型腔金属液温度、型腔内气体背压以及金属液成型压力进行精确、实时的测量监控。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种模具型腔内的压铸实时监测装置，其特征在于，该装置包括一阀芯及用于将所述阀芯固定于所述模具型腔内的阀套，所述阀芯的前端面作为成型面，所述阀芯的后端面还设置有阀座，所述阀芯沿轴心对称设置有若干沿轴向方向的彼此贯通的气体排溢孔，所述气体排溢孔的后端在所述阀芯的后部封闭，所述气体排溢孔的前端呈喇叭形开口，所述开口处填充有过滤材料，其中一个所述气体排溢孔的末端沿垂直于所述轴向方向上设置有第一压力传感器固定孔，其中设置有第一压力传感器，所述第一压力传感器采集数据后传输于数据处理及显示端。

本发明还公开了一种模具型腔内的压铸实时监测装置，其特征在于，该装置包括一阀芯及用于将所述阀芯固定于所述模具型腔内的阀套，所述阀芯的前端面作为成型面，所述阀芯的后端面还设置有阀座，所述阀芯的末端处设置有第二压力传感器，并且在所述阀芯相对于所述阀座前后滑动时触动所述第二压力传感器，所述第二压力传感器采集数据后传输于数据处理及显示端。

本发明还公开了一种模具型腔内的压铸实时复合监测装置，其特征在于，该装置包括一阀芯及用于将所述阀芯固定于所述模具型腔内的阀套，所述阀芯的前端面作为成型面，所述阀芯的后端面还设置有阀座，所述阀芯沿轴心对称设置有若干沿轴向方向的彼此贯通的气体排溢孔，所述气体排溢孔的后端在所述阀芯的后部封闭，所述气体排溢孔的前端呈喇叭形开口，所述开口处填充有过滤材料，其中一个所述气体排溢孔的末端沿垂直于所述轴向方向上设置有第一压力传感器固定孔，其中设置有第一压力传感器，所述第一压力传感器采集数据后传输于数据处理及显示端，所述阀芯的末端处设置有第二压力传感器，并且在所述阀芯相对于所述阀座前后滑动时触动所述第二压力传感器，所述第二压力传感器采集数据后传输于数据处理及显示端。

进一步地，所述阀芯的轴心处沿所述轴向方向还设置有热电偶管，其后端通过设置于所述阀芯内的热电偶固定座进行固定，前端通过固定台固定于所述阀芯开口处，所述热电偶管伸出所述阀芯的前端面，所述热电偶管采集所述温度数据传输于所述数据处理及显示端。

进一步地，所述热电偶固定座上开设有用于进行热电偶管数据传输的数据线孔。

进一步地，所述阀套为凹腔法兰结构，所述凹腔内侧与所述阀芯配合，用于支撑所述阀芯。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明设计出了一种能够设置于模具型腔内，能够实时地进行气体背压以及铸造压力的实时测量的装置，通过活塞运动来感受实时型腔金属液的成型压力，并且设计出阀芯的设置方式来形成气体排溢孔来实现型腔内气体背压的检测，并且采用热电偶的方式在阀芯的轴心进行集成，能够采用上述装置实现上述尤其重要的加工工艺参数的实时测量，对提高压铸的精度和成品效率具有十分显著的效果。

附图说明

图1是按照本发明实现的设置于模具型腔内的进行压铸监测装置的整体结构示意图；

图2是按照本发明实现的监测装置的阀套结构示意图；

图3是按照本发明实现的监测装置的阀芯结构示意图；

图4是按照本发明实现的监测装置的阀座结构示意图；

图5是按照本发明实现的热电偶及其固定台的结构示意图；

图6是按照本发明实现的热电偶固定座结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1-阀套2-阀芯3-气体排溢孔4-第一压力传感器5-阀座6-第二压力传感器7-热电偶金属丝8-过滤器9-热电偶管10-热电偶管固定台11-热电偶固定座12-第二压力传感器数据线13-热电偶数据线14-第一压力传感器数据线15-热电偶数据线孔16-热电偶接线端子孔17-热电偶固定台孔18-第一压力传感器固定孔19-热电偶固定座孔20-热电偶数据线过孔21-热电偶过孔22-第二压力传感器固定孔

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例一

如图1所示，按照发明中的一种实施例提供一种压铸实时监测装置，

首先其基本组成部分由阀芯2，阀套1，阀座5组成，阀套1通过法兰边的螺丝过孔固定在模具上，阀芯2的外壁与阀套1内壁配合，阀芯2前端作为模具型腔成型面，其中阀座5的结构如图4所示，阀座5为一凹腔结构，凹腔内侧与阀芯2外壁配合，可以支撑阀芯2，同时可以保证阀芯2能自由前后滑动，阀座5后端通过一在整个监测方向轴向方向上呈台阶状的孔相通，台阶孔用于放置和固定第二压力传感器22，当阀芯2受到来自于金属液的压力时，阀芯后退作用到第二压力传感器22上，从而可得到金属液的压力。

按照上述的设置方式，能够实时地监测金属液的压力，从而为压铸过程的加工提供真实有效地检测数据。

实施例二

如图1所示，首先其基本组成部分由阀芯2，阀套1，阀座5组成，阀套1通过法兰边的螺丝过孔固定在模具上，阀芯2的外壁与阀套1内壁配合，阀芯2前端作为模具型腔成型面，其中在以阀芯2的轴线为中心线的情况下，对称开设有两个气体排溢孔3，气体排溢孔3前端成喇叭形扩张结构，用于放置过滤器8，防止铝液进入气体排溢孔3，后端有向上的与外界贯通的第一压力传感器固定孔18。气体排溢孔3与模具型腔直接相通，气体排溢孔末端装有第一压力传感器4，根据连通室原理，排溢孔内气孔压力等于型腔气体压力，第一压力传感器4测得的压力即为型腔气体背压。

实施例三

为了更好地将上述的测量方式与温度测量更好地结合起来，在该实施例中，除了实施例一与实施例二中所采用的技术手段之外，同时还增加了温度测量的手段，在阀芯2的轴心处设置有一热电偶管9的设置通孔，在阀芯2的末端设置有热电偶固定座11，热电偶管9由热电偶外壳及热电偶金属丝构成，热电偶金属丝外露，可直接与金属液接触；热电偶管9位于阀芯2前端的位置固定有热电偶管固定台10，热电偶管9的另外一端固定于热电偶固定座孔19中，其中圆盘状的热电偶管固定台10与阀芯2的热电偶固定台孔19配合，共同起到固定热电偶管的作用。

热电偶固定座11为一阶梯状回转体，其大端为外螺纹结构，与阀芯2上热电偶固定座孔19大端内螺纹相配合，可以固定热电偶，同时在回转体小端有两个孔15，用于放置热电偶接线端子端，两孔与向下和外界联通的热电偶数据线过孔20相连，通孔可以传送热电偶数据线，进而将数据传输至数据处理及显示端。

其中，在上述的实施例中，都是采用数据线将传感器中的数据采集出来，通过数据线将数据送往数据处理及显示装置来进行传感器数据的运算分析和显示。

实施例四

如图1所示，本发明提供的压铸过程中可同时测量模具型腔金属液温度、型腔气体背压及金属液成型压力装置，其包括阀套1，阀芯2，第一压力传感器4，阀座5，第二压力传感器6，热电偶金属丝7，过滤器8，热电偶外壳9，热电偶固定台10，热电偶固定座11，第二压力传感器数据线12，热电偶数据线13，第一压力传感器数据线14，A/D模块和数据处理及显示系统。

阀芯2为一圆柱体外形，镶嵌在模具型腔内作为模具成型面。阀芯2中间为热电偶过孔17，热电偶过孔17用于放置由热电偶外壳9和热电偶金属丝7组成的热电偶，热电偶过孔17前端为大端台阶孔，与固定在热电偶管9的热电偶固定台10(如图5)配合，起到固定热电偶的作用，防止在金属液的冲击作用下发生移动；热电偶过孔17后端连接热电偶固定座孔19，热电偶固定座孔19与热电偶固定座11(如图6)通过螺纹连接，起到固定热电偶固定座11作用，热电偶固定座11前端开设热电偶接线端子孔16，用于放置热电偶接线端子，电偶固定座11小端有向下与外界贯通的热电偶数据线孔15，用于传送热电偶数据线13。

对称于在阀芯2中间的热电偶过孔17开设有两个气体排溢孔3，气体排溢孔3前端成喇叭形扩张结构，用于放置过滤器8，防止铝液进入气体排溢孔3，后端有向上的与外界贯通的第一压力传感器固定孔18，第二压力传感器固定孔18为内管螺纹结构，用于固定第一压力传感器4，两个气体排溢孔3在阀芯2内部相互贯通，构成连接模具型腔与气体压力传感器4的通道，用于检测型腔气体压力。

阀套1(如图2)为凹腔法兰结构，凹腔面与阀芯2配合，起固定阀芯作用，法兰上有螺纹过孔，起到固定阀套1的作用；阀座5(如图4)为一凹腔结构，凹腔内侧与阀芯2外壁配合，可以支撑阀芯2，同时可以保证阀芯2能自由前后滑动，阀座5后端连接两阶台阶孔为压力传感器固定孔22，用于固定第二压力传感器6。

热电偶数据线13、气体压力传感器数据线14和固体压力传感器数据线12分别与A/D转换模块相连，A/D转换模块与数据处理与显示系统相连。

该装置的具体过程为：。1)金属液在充型过程中，金属液进入型腔后与热电偶金属丝7直接接触，热电偶金属丝产生热电动势，从而生产电流，该电流通过热电偶数据线13传导至A/D转化模块转化成对应温度值并且由数据处理与显示系统实时显示型腔内金属液的温度。2)金属液在充型过程中，由于高速作用，型腔内气体来不及排出型腔外，在型腔内形成气体背压，阀芯2中的气体排溢孔3将型腔气体与气体压力传感器4相连通，根据连通室原理，第一压力传感器4所测的数据即为型腔内气体背压，第一压力传感器4测得的数值通过气体压力传感器数据线14传导至A/D模块，并由数据处理与显示系统实时显示；3)为防止金属液进入气体排溢孔3内造成阻塞，在气体排溢孔3前端放置金属液过滤器8；4)金属液充满型腔，在成型过程中，受到冲头施加的最终成型压力，此时金属液尚处于液体状态，金属液受力后压迫阀芯2，阀芯2受力后有向后滑动趋势，从而压迫与阀芯2后端相接的第二压力传感器6，第二压力传感器6测得的数据即为型腔金属液所受的成型压力；第二压力传感器6测得的数据经由压力传感器数据线12传导至A/D模块，并由数据处理与显示系统实时显示。5)金属液过滤器8每次测量型腔气体背压需重新更换，防止阻塞通路。6)热电偶金属丝7、热电偶管9及热电偶管固定台10系一次性使用，每次测量后须重新更换。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种模具型腔内的压铸实时监测装置，其特征在于，该装置包括一阀芯(2)及用于将所述阀芯(2)固定于所述模具型腔内的阀套(1)，所述阀芯(2)的前端面作为成型面，所述阀芯(2)的后端面还设置有阀座(5)，所述阀芯(2)沿轴心对称设置有若干沿轴向方向的彼此贯通的气体排溢孔(3)，所述气体排溢孔(3)的后端在所述阀芯(2)的后部封闭，所述气体排溢孔(3)的前端呈喇叭形开口，所述开口处填充有过滤材料(8)，其中一个所述气体排溢孔(3)的末端沿垂直于所述轴向方向上设置有第一压力传感器固定孔(18)，其中设置有第一压力传感器(4)，所述第一压力传感器(4)采集数据后传输于数据处理及显示端。

2.一种模具型腔内的压铸实时监测装置，其特征在于，该装置包括一阀芯(2)及用于将所述阀芯(2)固定于所述模具型腔内的阀套(1)，所述阀芯(2)的前端面作为成型面，所述阀芯(2)的后端面还设置有阀座(5)，所述阀芯(2)的末端处设置有第二压力传感器(6)，并且在所述阀芯(2)相对于所述阀座(5)前后滑动时触动所述第二压力传感器(6)，所述第二压力传感器(6)采集数据后传输于数据处理及显示端。

3.一种模具型腔内的压铸实时复合监测装置，其特征在于，该装置包括一阀芯(2)及用于将所述阀芯(2)固定于所述模具型腔内的阀套(1)，所述阀芯(2)的前端面作为成型面，所述阀芯(2)的后端面还设置有阀座(5)，所述阀芯(2)沿轴心对称设置有若干沿轴向方向的彼此贯通的气体排溢孔(3)，所述气体排溢孔(3)的后端在所述阀芯(2)的后部封闭，所述气体排溢孔(3)的前端呈喇叭形开口，所述开口处填充有过滤材料(8)，其中一个所述气体排溢孔(3)的末端沿垂直于所述轴向方向上设置有第一压力传感器固定孔(18)，其中设置有第一压力传感器(4)，所述第一压力传感器(4)采集数据后传输于数据处理及显示端，所述阀芯(2)的末端处设置有第二压力传感器(6)，并且在所述阀芯(2)相对于所述阀座(5)前后滑动时触动所述第二压力传感器(6)，所述第二压力传感器(6)采集数据后传输于数据处理及显示端。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的模具型腔内的压铸实时监测装置，其特征在于，所述阀芯(2)的轴心处沿所述轴向方向还设置有热电偶管(9)，其后端通过设置于所述阀芯(2)内的热电偶固定座(11)进行固定，前端通过固定台(10)固定于所述阀芯(2)开口处，所述热电偶管(9)伸出所述阀芯(2)的前端面，所述热电偶管(9)采集所述温度数据传输于所述数据处理及显示端。

5.如权利要求4所述的模具型腔内的压铸实时监测装置，其特征在于，所述热电偶固定座(11)上开设有用于进行热电偶管数据传输的数据线孔(15)。

6.如权利要求5所述的模具型腔内的压铸实时监测装置，其特征在于，所述阀套(1)为凹腔法兰结构，所述凹腔内侧与所述阀芯(2)配合，用于支撑所述阀芯(2)。