CN106125790B - 模面和板料多点闭环测控的热冲压温度控制系统 - Google Patents

模面和板料多点闭环测控的热冲压温度控制系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及模面和板料多点闭环测控的热冲压温度控制系统，属于热冲压温度控制领域。该系统通过水冷模具各位置安装的红外测温仪和热电偶分别实时测量高温金属板料和模面温度信息，并作为反馈量送入温度控制计算机，温度控制计算机内的数字温度控制算法完成高精度温度补偿指令输出，实现高温金属板料和模面温度的闭环控制；该系统设置两种工作模式：手动和自动，手动模式：通过在软件界面上输入给定流速，实现对不同水道中水流速的控制，进而控制温度；自动模式：根据控制工艺要求，以温度作为最终反馈量，控制调节阀改变水流速。

Description

模面和板料多点闭环测控的热冲压温度控制系统
技术领域
本发明涉及模面和板料多点闭环测控的热冲压温度控制系统，属于热冲压温度控制领域。
背景技术
高强度钢热成形的核心技术包括模具结构设计和温度控制系统设计两部分，而板料加热变形后的淬火和冷却速度是该工艺成败的关键。模具冷却系统是热冲压成形模具设计的核心和难点问题，冷却系统的开设强化了热成形板料在淬火过程中的换热，对提高模具的冷却性能、保证产品质量有至关重要的作用。典型的热成形模具冷却系统由模具内部冷却管道及外部控制系统两部分构成，目前对于热成形冷却系统的研究主要集中于模具内部冷却管道直径、冷却管道侧壁间距及冷却管道与模面距离等参数，而对外部控制系统的相关研究较少，导致热成形模具外部控制系统的设计技术相对滞后。因此，亟须研发能实现最佳淬火和冷却工艺模具温度控制系统。以带凸缘的盒形件为研究对象，研发了热成形模具温度控制系统的自动控制方案和装置。
本发明所述的模面和板料多点闭环测控的热冲压温度控制系统，能够快速准确采集高温板料及模具工作表面的温度，并显示和记录温度随时间的变化；同时，能够快速准确采集各管道冷却水流速的变化，并显示和记录冷却水流速随时间的变化。这将极大改善热冲压相关实验研究与实际生产条件，系统所提供的详细温度变化数据可为实验研究提供有效指导，也能为获得最佳冷却方案提供数据支持。同时，本发明所述温度控制系统提供手动和自动两种控制方式，并提供硬件设置、温度控制、流量控制、数据记录处理、打印及通讯功能。
发明内容
本发明的目的是实现在热冲压过程中对板料的温度进行实时快速检测以及对冷却水流速进行实时快速检测与调节。
3、本发明所述的模面和板料多点闭环测控的热冲压温度控制系统，由水冷模具、高温金属板料、红外测温仪、热电偶、数据采集模块、温度控制计算机、D/A控制模块、水箱、水泵、水管、供水控制箱、调节阀、流量传感器、分水器、电源及配套控制软件组成；所述红外测温仪及热电偶安装于水冷模具温度待测点，其中红外测温仪用于检测高温金属板料温度，热电偶用于采集水冷模具工作表面温度，红外测温仪及热电偶所采集到的温度信息经由数据采集模块处理后通过PCI传递给温度控制计算机；所述D/A控制模块一端通过PCI与温度控制计算机连接，一端与调节阀连接，温度控制计算机所输出的调节指令由PCI传递给D/A控制模块并经由D/A控制模块转换为电信号传递给调节阀，从而控制冷却水进水口流量；所述水箱内的冷却水经由水泵加压后通过水管流入供水控制箱，然后通过水管接入水冷模具各冷却水流道进水口，冷却水流经水冷模具各冷却水流道后通过分水器汇集，再经过水管流回水箱；所述供水控制箱内安装有分水器、流量传感器及调节阀，水泵加压后的冷却水首先流入供水控制箱内的分水器，经过分水器的分流作用再分别流入若干个调节阀内，通过调节阀后，冷却水将流入各调节阀出口端的分水器进行再次分流，再次分流后的冷却水通过水管流出供水控制箱，之后流入水冷模具各冷却水流道；所述流量传感器安装于每个调节阀出水端分水器分流后的其中一条支路上，用于检测该支路上的冷却水流量；每个调节阀出水端分水器分流后的支路上的水管尺寸一致。
本发明所述的系统通过安装于水冷模具各位置红外测温仪和热电偶分别实时测量高温金属板料和模面温度信息，并作为反馈量送入温度控制计算机，温度控制计算机内的数字温度控制算法完成高精度温度补偿指令输出；温度补偿指令通过D/A控制模块以电信号方式作用于调节阀，对调节阀阀口开合度进行调整，从而改变管道中冷却水流量；此时，流量传感器会检测管道中冷却水流量情况，并将检测信息反馈给温度控制计算机及调节阀，检测到的冷却水流量数据会与温度控制计算机内数字温度控制算法完成的冷却水流量调整信息进行对比，若存在偏差，调节阀阀口将继续进行调整，使冷却水管道内水流速达到预期目标，从而改变模具的冷却能力，实现对高温金属板料和模面温度的闭环控制。
本发明所述系统能高速检测高温板料、模面温度变化，可实时显示温度随时间连续变化的曲线并导出采集的具体数据；同时，能够快速准确采集各管道冷却水流速的变化，并显示和记录冷却水流速随时间的变化。系统配套的测控软件程序能达到多个通道的检测与显示，后期补入传感器，无需升级程序即可使用。
所述的系统设置有两种工作模式：手动模式和自动模式；手动模式：通过在软件界面上输入给定流速，实现对不同水道中水流速的控制，进而控制温度；自动模式：根据控制工艺要求，以温度作为最终反馈量，控制调节阀改变水流速。
本发明与现有热冲压温度控制系统相比，有如下优点：
1)本发明所述的系统通过安装于水冷模具各位置红外测温仪和热电偶分别实时测量高温金属板料和模面温度信息，并作为反馈量送入温度控制计算机，温度控制计算机内的数字温度控制算法完成高精度温度补偿指令输出，从而实现了高温金属板料和模面温度的闭环控制，为板料在成形过程中提供了稳定的温度条件。
2)本发明所述的系统能通过手动和自动控制两种方式实现各管道内冷却水流速的控制，手动控制为通过输入每个调节阀的开合度来控制各管道内的流速，自动控制为以所选温度检测信号和各管道流量信号为输入，调节阀的控制信号为输出，形成反馈控制，两种控制模式相互补充，提供数据对比，从而更好地指导实验研究与实际生产。
3)本发明所述系统能高速检测高温板料、模面温度变化，可实时显示温度随时间连续变化的曲线并导出采集的具体数据，系统配套的测控软件程序能达到多个通道的检测与显示，后期补入传感器，无需升级程序即可使用。
附图说明
图1为温度控制系统总体方案框图。
图2为温度控制系统原理图。
图3为温度控制系统供水结构示意图。
图3中：F表示调节阀，L表示流量传感器，△表示分水器，箭头表示水流方向；分水器下支路水管尺寸一致。
具体实施方式
下面通过实例并对照附图，进一步说明本发明的具体结构及其实施方式。
如图1所示，本发明所述的模面和板料多点闭环测控的热冲压温度控制系统，由水冷模具、高温金属板料、红外测温仪、热电偶、数据采集模块、温度控制计算机、D/A控制模块、水箱、水泵、水管、供水控制箱、调节阀、流量传感器、分水器、电源及配套控制软件组成；所述红外测温仪及热电偶安装于水冷模具温度待测点，其中红外测温仪用于检测高温金属板料温度，热电偶用于采集水冷模具工作表面温度，红外测温仪及热电偶所采集到的温度信息经由数据采集模块处理后通过PCI传递给温度控制计算机；所述D/A控制模块一端通过PCI与温度控制计算机连接，一端与调节阀连接，温度控制计算机所输出的调节指令由PCI传递给D/A控制模块并经由D/A控制模块转换为电信号传递给调节阀，从而控制冷却水进水口流量；所述水箱内的冷却水经由水泵加压后通过水管流入供水控制箱，然后通过水管接入水冷模具各冷却水流道进水口，冷却水流经水冷模具各冷却水流道后通过分水器汇集，再经过水管流回水箱；所述供水控制箱内安装有分水器、流量传感器及调节阀，水泵加压后的冷却水首先流入供水控制箱内的分水器，经过分水器的分流作用再分别流入若干个调节阀内，通过调节阀后，冷却水将流入各调节阀出口端的分水器进行再次分流，再次分流后的冷却水通过水管流出供水控制箱，之后流入水冷模具各冷却水流道；所述流量传感器安装于每个调节阀出水端分水器分流后的某一支路上，用于检测该支路上的冷却水流量。
如图1所示，本发明所述的系统通过安装于水冷模具各位置红外测温仪和热电偶分别实时测量高温金属板料和模面温度信息，并作为反馈量送入温度控制计算机，温度控制计算机内的数字温度控制算法完成高精度温度补偿指令输出，从而实现了高温金属板料和模面温度的闭环控制。
如图1所示，本发明所述的温度控制计算机安装有与系统配套的全中文界面虚拟仪器控制软件，该软件用于控制电动阀，流量、温度信号测量，显示绘制温度、流量随时间变化曲线图，提供硬件设置、温度控制、流量控制、数据记录处理、打印及通讯功能，同时可手动输入和记录各测点的测量值。
如图1所示，本发明所述的系统通过安装于水冷模具各位置的红外测温仪和热电偶分别实时测量高温金属板料和模面温度变化，作为反馈量送入温度控制计算机，温度控制计算机内的数字温度控制算法完成高精度温度闭环控制，能够快速准确采集模面和板料的温度，并显示和记录温度随时间的变化。
如图1及图3所示，本发明所述的红外测温仪用于检测热冲压过程中高温金属板料的温度，其检测点分别位于凸模中心、侧壁以及凸缘处；所述热电偶用于检测模具表面温度，其检测点分别位于凸模底部和凸模侧壁处。
如图2及图3所示，本发明所述的调节阀用于调节模具冷却水管道各进水口的水流量，通过输入电信号来调节阀口的开合度以实现冷却水流速的控制；手动控制时是通过输入每个调节阀的开合度来控制各管道内的流速；自动控制时是以所选温度检测信号和各管道流量信号为输入，调节阀的控制信号为输出，从而形成冷却水流速的闭环控制。
如图3所示，本发明所述的流量传感器用于检测模具冷却水管道各进水口的水流量，其检测到的流量信息将反馈给调节阀，以供调节阀快速做出阀口大小调整。
本发明专利所述的热冲压温度控制系统工作过程如下：
1)启动系统电源，启动温度控制计算机并进入温度控制软件界面，启动供水系统，液压机及待加工板料处于准备状态。
2)手动模式运行：在手动模式运行状态下，通过系统软件输入每个调节阀的开合度，从而控制各管道内的水流速。在热冲压加工过程中，如果不对调节阀的开合度进行调整，其开合度将保持不变，各管道内的水流速也保持不变；如果在热冲压加工过程中对调节阀的开合度进行重新设置与调整，将改变其开合度，各管道内的水流速也将进行相应的调整。同时，红外测温仪与热电偶会将板料的温度及模具表面温度进行实时检测，并显示和记录温度随时间的变化，并且流量传感器会采集各管道冷却水流速的变化，并显示和记录冷却水流速随时间的变化。
3)自动模式运行：在自动模式运行状态下，通过系统软件输入每个检测位置的给定温度值。在热冲压加工过程中，以所选温度检测信号和各管道流量信号为输入，调节阀的控制信号为输出，形成冷却水流速的闭环控制。工作过程中，温度控制计算机通过高速D/A输出模块向调节阀传达阀口开合度调整信号；同时调节阀下游的流量计将检测到的流量信息反馈给调节阀，使其做出快速响应；而从红外测温仪与热电偶检测到的板料的温度及模具表面温度将会即时反馈给温度控制计算机，温度控制计算机内的数字温度控制算法完成高精度温度补偿指令输出及冷却水流量调整信息；温度补偿指令将会通过D/A控制模块以电信号方式作用于电控调节阀，对电控调节阀阀口开合度进行调整，从而改变管道中冷却水流量；此时，流量传感器会检测管道中冷却水流量情况，并将检测信息反馈给温度控制计算机及电控调节阀，该检测到的冷却水流量数据会与温度控制计算机内数字温度控制算法完成的冷却水流量调整信息进行对比，若存在偏差，电控调节阀阀口将继续进行调整，使冷却水管道内水流速达到预期目标，从而改变模具的冷却能力，实现对高温金属板料和模面温度的闭环控制。

Claims (6)

1.模面和板料多点闭环测控的热冲压温度控制系统，其特征在于：所述系统由水冷模具、高温金属板料、红外测温仪、热电偶、数据采集模块、温度控制计算机、D/A控制模块、水箱、水泵、水管、供水控制箱、调节阀、流量传感器、分水器、电源及配套控制软件组成；所述红外测温仪及热电偶安装于水冷模具温度待测点，其中红外测温仪用于检测高温金属板料温度，热电偶用于采集水冷模具工作表面温度，红外测温仪及热电偶所采集到的温度信息经由数据采集模块处理后通过PCI传递给温度控制计算机；所述D/A控制模块一端通过PCI与温度控制计算机连接，一端与调节阀连接，温度控制计算机所输出的调节指令由PCI传递给D/A控制模块并经由D/A控制模块转换为电信号传递给调节阀，从而控制冷却水进水口流量；所述水箱内的冷却水经由水泵加压后通过水管流入供水控制箱，然后通过水管接入水冷模具各冷却水流道进水口，冷却水流经水冷模具各冷却水流道后通过分水器汇集，再经过水管流回水箱；所述供水控制箱内安装有分水器、流量传感器及调节阀，水泵加压后的冷却水首先流入供水控制箱内的分水器，经过分水器的分流作用再分别流入若干个调节阀内，通过调节阀后，冷却水将流入各调节阀出口端的分水器进行再次分流，再次分流后的冷却水通过水管流出供水控制箱，之后流入水冷模具各冷却水流道；所述流量传感器安装于每个调节阀出水端分水器分流后的其中一条支路上，用于检测该支路上的冷却水流量。
2.根据权利要求1所述的模面和板料多点闭环测控的热冲压温度控制系统，其特征是：通过安装于水冷模具各位置红外测温仪和热电偶分别实时测量高温金属板料和模面温度信息，并作为反馈量送入温度控制计算机，温度控制计算机内的数字温度控制算法完成高精度温度补偿指令输出；温度补偿指令通过D/A控制模块以电信号方式作用于调节阀，对调节阀阀口开合度进行调整，从而改变管道中冷却水流量；此时，流量传感器会检测管道中冷却水流量情况，并将检测信息反馈给温度控制计算机及调节阀，检测到的冷却水流量数据会与温度控制计算机内数字温度控制算法完成的冷却水流量调整信息进行对比，若存在偏差，调节阀阀口将继续进行调整，使冷却水管道内水流速达到预期目标，从而改变模具的冷却能力，实现对高温金属板料和模面温度的闭环控制。
3.根据权利要求1所述的模面和板料多点闭环测控的热冲压温度控制系统，其特征是：每个调节阀出水端分水器分流后的支路上的水管尺寸一致。
4.根据权利要求1所述的模面和板料多点闭环测控的热冲压温度控制系统，其特征是：所述的系统设置有两种工作模式：手动模式和自动模式；手动模式：通过在软件界面上输入给定流速，实现对不同水道中水流速的控制，进而控制温度；自动模式：根据控制工艺要求，以温度作为最终反馈量，控制调节阀改变水流速。
5.根据权利要求4所述的模面和板料多点闭环测控的热冲压温度控制系统，其特征是，所述手动模式运行：在手动模式运行状态下，通过系统软件输入每个调节阀的开合度，从而控制各管道内的水流速；在热冲压加工过程中，如果不对调节阀的开合度进行调整，其开合度将保持不变，各管道内的水流速也保持不变；如果在热冲压加工过程中对调节阀的开合度进行重新设置与调整，将改变其开合度，各管道内的水流速也将进行相应的调整；同时，红外测温仪与热电偶会将板料的温度及模具表面温度进行实时检测，并显示和记录温度随时间的变化，并且流量传感器会采集各管道冷却水流速的变化，并显示和记录冷却水流速随时间的变化。
6.根据权利要求4所述的模面和板料多点闭环测控的热冲压温度控制系统，其特征是，所述自动模式运行：在自动模式运行状态下，通过系统软件输入每个检测位置的给定温度值；在热冲压加工过程中，以所选温度检测信号和各管道流量信号为输入，调节阀的控制信号为输出，形成冷却水流速的闭环控制；工作过程中，温度控制计算机通过高速D/A输出模块向调节阀传达阀口开合度调整信号；同时调节阀下游的流量计将检测到的流量信息反馈给调节阀，使其做出快速响应；而从红外测温仪与热电偶检测到的板料的温度及模具表面温度将会即时反馈给温度控制计算机，温度控制计算机内的数字温度控制算法完成高精度温度补偿指令输出及冷却水流量调整信息；温度补偿指令将会通过D/A控制模块以电信号方式作用于电控调节阀，对电控调节阀阀口开合度进行调整，从而改变管道中冷却水流量；此时，流量传感器会检测管道中冷却水流量情况，并将检测信息反馈给温度控制计算机及电控调节阀，该检测到的冷却水流量数据会与温度控制计算机内数字温度控制算法完成的冷却水流量调整信息进行对比，若存在偏差，电控调节阀阀口将继续进行调整，使冷却水管道内水流速达到预期目标，从而改变模具的冷却能力，实现对高温金属板料和模面温度的闭环控制。
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