CN110788295A - 一种压铸模具冷却过程模拟试验机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于模拟压铸冷却过程的试验机，该实验机包括模具底座、定模、动模、导杆、顶杆、模具夹紧装置、点冷装置外壳、冷却水道、加热线圈、加热块、加热棒，点冷单元由点冷装置外壳和冷却水道组成，多个规则排布在动模上的加热棒组成预热单元，点冷单元处布置有热电偶，温度信号连入控制器，加热线圈和加热块组成外部加热单元，点冷单元连接冷却器、冷却水箱、过滤器、水泵组成冷却装置，控制器和球阀组成控制系统，导杆的一端固定在夹紧装置上，另一端贯穿延伸到定模块，顶杆装置安装在动模上，另一端与驱动装置相连。本发明的试验机能够实现对包括冷却位点选取和冷却控制方案在内的冷却效果的评估。

Description

一种压铸模具冷却过程模拟试验机

技术领域

本发明涉及一种压铸模具冷却过程模拟试验技术，尤其涉及一种用于模拟压铸冷却过程的模拟试验机。

背景技术

压力铸造模具是压力铸造行业中的关键设备，不仅是影响压铸件质量的关键因素，还决定了压铸生产的成本，一套运维良好，使用寿命延长的压铸模具可以大大降低压铸生产的成本。热疲劳开裂是压铸模具较为常见的失效形式，压铸生产过程中，压铸模具面临着高温合金液冲刷，开模合模、喷涂脱模剂等剧烈的加热和冷却过程，生产环境较为恶劣。模具冷却装置可以较好的改善压铸模具遇到的热疲劳和热冲击问题，是压铸模具延寿的有力保障。对于压铸模具的冷却水道安装位置的设计，更多的采用数值模拟的结果作为参考，缺乏实际实验支撑，而实际的压铸模具由于生产成本高，安装后很难对冷却装置的布置进行修改。设计一种可以模拟压铸冷却过程的试验机，可以为压铸模具冷却装置的布置提供参考。

发明内容

本发明目的是针对现有技术的不足，提供一种用于模拟压铸模具冷却过程的试验台，用于对压铸模具冷却过程的模拟实验效果进行评估。具体技术方案如下：

一种用于模拟压铸冷却过程的实验机，包括模具、冷却单元、加热单元、检测和控制单元，

模具包括底座、定模、动模、螺杆、顶杆装置、驱动装置和加热块安装盒，所述的定模固定在所述的底座上，所述的动模位于所述的定模的正上方，所述的动模和所述的定模的相对面开设有放置加热块安装盒的空腔，所述的加热块安装盒分为上下两部分，分别嵌入所述的动模和所述的定模中，所述的加热块安装盒内部开设放置加热块的空腔，所述的动模的上表面开设有顶杆贯穿孔、螺杆贯穿孔、加热棒安装孔和点冷单元安装孔，所述的螺杆贯穿所述的动模，一端固定在所述的定模，另一端固定在所述的驱动装置上，所述的顶杆装置顶端与所述的驱动装置连接，贯穿所述的动模和加热块安装盒的上部分；

冷却单元包括冷却器、冷却水箱、水泵、阀门、点冷单元，所述的点冷单元安装在所述的点冷单元安装孔中，所述的点冷单元、冷却器、冷却水箱、水泵依次相连，组成冷却水循环回路；

加热单元包括外部加热模块和内部预热模块，所述的外部加热模块包括加热块和加热线圈，所述的内部预热模块为加热棒，所述的加热棒安装在所述的加热棒安装孔中；

检测和控制单元包括热电偶和控制器，所述的热电偶安装在点冷单元外壳上，所述的控制器和所述的热电偶、阀门、驱动装置电连接，根据热电偶检测动模上各热点的温度，调节阀门的开闭。

进一步地，所述的冷却单元还包括过滤器，设置在所述的冷却水箱和水泵之间。

进一步地，所述的加热棒安装孔的深度为所述的动模厚度的50％～90％，点冷单元安装孔的深度为所述的动模厚度的60％～90％。

进一步地，所述的加热棒安装孔为多个，且在所述的动模的上表面对称均匀分布。

进一步地，所述的点冷单元安装孔为多个，且在所述的动模的上表面对称均匀分布。

进一步地，所述的加热块为瓦片形、三棱柱形、长方体或球形壳体，所述的嵌入动模和所述的定模放置加热块的加热块安装盒的空腔与所述的加热块的形状相配合。

一种上述任意一项的模拟压铸冷却过程的实验机的控制方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：

S：对所述的动模预热到150℃～180℃；

S：将加热块放置在加热线圈中加热一定时间，将加热后的加热块放置在所述的定模的空腔中，驱动装置带动动模合模；

S：热电偶实时监测动模各个测点的温度，冷却水循环回路对动模进行冷却，计算各个测点的温度的平均值，当平均值低于200℃时，控制器控制驱动装置沿螺杆抬起动模；当动模升到最高后，驱动装置驱动顶杆顶出加热块；即完成一次模拟压铸冷却过程；

S4：重复S1-S3，并记录每完成一次模拟压铸冷却过程的热电偶测点的平均值t_im，当该平均值相对于前一次的平均值误差不大于设定的阈值，则认为该压铸冷却模拟过程达到温度平衡，此时的温度的平均值记为t_M，结束试验，并记录模拟过程的总时间；

S5：进一步判断各热点温度是否分布均匀，即温差极值Δt_max＝max|t_j-t_M|(j＝1,2,3...6)是否小于设定的阈值，如果温差小于等于设定的阈值，则判定温度分布较为均匀，冷却效果较好，记录加热-冷却过程总时间T作为冷却效果的判定依据；如温差极值Δt_max大于设定的阈值，则认为冷却情况较差，判定当前的冷却方案欠佳；

S6：对于多个满足温差极值Δt_max小于设定的阈值的冷却方案，比较加热-冷却循环总时间T，T最小的冷却方案最优。

本发明的有益效果如下：

相比较实际的压铸模具，本发明的模拟压铸冷却过程的模拟试验机冷却位点可调，加热块形状可变，可实现对不同压铸冷却过程的模拟试验。

附图说明

图1是本发明的压铸模具冷却过程模拟试验机的整体结构示意图；

图2是本发明的压铸模具冷却过程模拟试验机的模具装配结构示意图；

图3是本发明的外部加热单元的示意图；

图4是由本发明的点冷单元的结构示意图；

图5为动模的剖面图和俯视图；

图6是各种加热块安装盒3和加热块9的结构示意图；

图中：底座1、定模2、加热块安装盒3、动模4、顶杆装置5、螺杆6、驱动装置7、加热线圈8、加热块9、冷却水进口10、冷却水出口11、冷却水管12、热电偶13、点冷装置外壳14、保温层15、点冷单元16、加热棒17、控制器18、冷却器19、冷却水箱20、过滤器21、水泵22、球阀23、顶杆贯穿孔24、螺杆贯穿孔25、加热棒安装孔26、点冷单元安装孔27。

具体实施方式

下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，以下结合附图和实施例，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。

如图1-5所示，本发明的用于模拟压铸冷却过程的实验机，包括模具、冷却单元、加热单元、检测和控制单元；

模具包括底座1、定模2、动模4、螺杆6、顶杆装置5、驱动装置7和加热块安装盒3，定模2固定在底座1上，动模4位于定模2的正上方，动模4和定模2的相对面开设有放置加热块安装盒3的空腔，加热块安装盒3分为上下两部分，分别嵌入动模4和定模2中，加热块安装盒3内部开设放置加热块9的空腔，动模4的上表面开设有顶杆贯穿孔24、螺杆贯穿孔25、加热棒安装孔26和点冷单元安装孔27，螺杆6贯穿动模4，一端固定在定模2，另一端固定在驱动装置7上，顶杆装置5顶端与驱动装置7连接，贯穿动模4和加热块安装盒3的上部分。

冷却单元包括冷却器19、冷却水箱20、水泵22、阀门23、点冷单元16，所述的点冷单元16安装在点冷单元安装孔27中，点冷单元16、冷却器19、冷却水箱20、水泵22依次相连，组成冷却水循环回路；水泵22的出口连接多条管路，每条管路上设置一个阀门23，每个管路连接一个点冷单元16。冷却水从实验台中流出后，经过冷却器19，冷却至室温，流入冷却水箱20中进行多次循环利用。水泵22将冷却水从冷却水箱20中抽出，经过过滤器21过滤后用于后续冷却过程。

点冷单元16包括冷却水进口10、冷却水出口11、冷却水管12、热电偶13、点冷装置外壳14、保温层15，保温层15设置在冷却水进水管外部，冷却水从冷却水进口10进入，从点冷装置外壳14和冷却水进水管组成的环形通道中流过，并经冷却水管12的冷却水出口11流出，热电偶13嵌入点冷装置外壳14中。保温层15采用隔热材料，用于减少初始进口冷却水和被加热后出口冷却水间的换热效果。冷却水管12和点冷装置外壳14采用导热金属材料，用于保证换热效果。热电偶13安置在点冷装置外壳厚度的中间位置，用于测量该点的温度值。

加热单元包括外部加热模块和内部预热模块，外部加热模块包括加热块9和加热线圈8，内部预热模块为加热棒17，加热棒17安装在动模4的加热棒安装孔26中；加热棒17为多个。

检测和控制单元包括热电偶13和控制器18，热电偶13安装在点冷单元外壳14上，控制器18和热电偶13、阀门23和驱动装置7电连接，根据热电偶13检测动模4上模具各热点的温度，调节阀门23的开闭。采用的温度控制算法可以为PID、模糊算法、神经网络等；控制器18的功能包括，接受温度信号并对球阀23发出控制信号，冷却-加热循环过程中的计时功能，对驱动装置7发出开模和闭模的控制信号。

为了过滤冷却水中的杂质，使水能够循环利用，在所述的冷却水箱20和水泵22之间设置过滤器21。

为了使加热棒17给动模4预热均匀，冷却水实现动模4的均匀降温，加热棒安装孔26的深度为动模4厚度的50％～90％，点冷单元安装孔27的深度为动模4厚度的60％～90％。加热棒安装孔26为8个，且在动模4的上表面对称均匀分布。点冷单元安装孔27为6个，且在动模4的上表面对称均匀分布，具体加热棒安装孔26和点冷单元安装孔27的数目也可以根据实际需要设置，点冷单元安装孔数大于等于实际安装点冷装置数目，每次试验前可选取不同的冷却位点进行冷却。

为了能够模拟不同形状压铸件的模具的冷却过程，使得本发明的试验机适用面广，加热块9可根据需要设计为瓦片形、三棱柱形、长方体或球形壳体等，同时动模4和定模2放置加热块安装盒3的空腔与加热块9的形状相配合。如图6所示。

本发明的压铸模具冷却方案的设定包括两个方面，一个是冷却位点的布置，另一个是冷却水流量控制方案的选择。对试验台施加加热-冷却循环过程，达到热平衡所需的循环次数时间即为评估当前冷却方案的重要参数。冷却位点布置的数量以及布置的位置不同，或者温度控制的算法选择不同，均会影响最终的冷却效果。

本发明的模拟压铸冷却过程的实验机工作过程如下：

S1：对动模4预热到150℃～180℃，

S2：加热块9置于实验台外侧，用夹持装置放置在加热线圈8中加热一定时间T_c后，放入动模4和定模2之间的空腔中，动模4在驱动装置7作用下闭模。

S3：点冷单元16通入冷却水进行冷却，控制器18中的计时器开始计时。通过热电偶13检测各热点的温度t₁，t₂，t₃，t₄，t₅，t₆，将各点的温度信号反馈到控制器18中，取t_m为各点温度的平均值，控制器18根据各信号值与平均值间的差异Δt_i＝t_i-t_m(i、j＝1,2,3...6)给出各对应球阀23的控制量Δu_i，球阀23对各管路冷却水流量进行实时调节，实现动模4的均匀降温。当模具各热点的温度t_m低于200℃时，驱动装置7开模，顶杆装置5确保加热块9脱离定模块，此时，一个冷却过程结束。

S4：重复S1-S3，并记录每完成一次模拟压铸冷却过程的热电偶测点的平均值t_im，当该平均值相对于前一次的平均值误差不大于设定的阈值，则认为该压铸冷却模拟过程达到温度平衡，此时的温度的平均值记为t_M，结束试验，并记录模拟过程的总时间；

S5：进一步判断各热点温度是否分布均匀，即温差极值Δt_max＝max|t_j-t_M|(j＝1,2,3...6)是否小于设定的阈值，如果温差小于等于设定的阈值，则判定温度分布较为均匀，冷却效果较好，记录加热-冷却过程总时间T作为冷却效果的判定依据；如温差极值Δt_max大于设定的阈值，则认为冷却情况较差，判定当前的冷却方案欠佳；

S6：对于多个满足温差极值Δt_max小于设定的阈值的冷却方案，比较加热-冷却循环总时间T，T最小的冷却方案最优。

本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于模拟压铸冷却过程的实验机，包括模具、冷却单元、加热单元、检测和控制单元，

模具包括底座(1)、定模(2)、动模(4)、螺杆(6)、顶杆装置(5)、驱动装置(7)和加热块安装盒(3)，所述的定模(2)固定在所述的底座(1)上，所述的动模(4)位于所述的定模(2)的正上方，所述的动模(4)和所述的定模(2)的相对面开设有放置加热块安装盒(3)的空腔，所述的加热块安装盒(3)分为上下两部分，分别嵌入所述的动模(4)和所述的定模(2)中，所述的加热块安装盒(3)内部开设放置加热块(9)的空腔，所述的动模(4)的上表面开设有顶杆贯穿孔(24)、螺杆贯穿孔(25)、加热棒安装孔(26)和点冷单元安装孔(27)，所述的螺杆(6)贯穿所述的动模(4)，一端固定在所述的定模(2)，另一端固定在所述的驱动装置(7)上，所述的顶杆装置(5)顶端与所述的驱动装置(7)连接，贯穿所述的动模(4)和加热块安装盒(3)的上部分。

冷却单元包括冷却器(19)、冷却水箱(20)、水泵(22)、阀门(23)、点冷单元(16)，所述的点冷单元(16)安装在所述的点冷单元安装孔(27)中，所述的点冷单元(16)、冷却器(19)、冷却水箱(20)、水泵(22)依次相连，组成冷却水循环回路。

加热单元包括外部加热模块和内部预热模块，所述的外部加热模块包括加热块(9)和加热线圈(8)，所述的内部预热模块为加热棒(17)，所述的加热棒(17)安装在所述的加热棒安装孔(26)中。

检测和控制单元包括热电偶(13)和控制器(18)，所述的热电偶(13)安装在点冷单元外壳(14)上，所述的控制器(18)和所述的热电偶(13)、阀门(23)、驱动装置(7)电连接，根据热电偶(13)检测动模(4)上各热点的温度，调节阀门(23)的开闭。

2.根据权利要求1所述的用于模拟压铸冷却过程的实验机，其特征在于，所述的冷却单元还包括过滤器(21)，设置在所述的冷却水箱(20)和水泵(22)之间。

3.根据权利要求1所述的用于模拟压铸冷却过程的实验机，其特征在于，所述的加热棒安装孔(26)的深度为所述的动模(4)厚度的50％～90％，点冷单元安装孔(27)的深度为所述的动模(4)厚度的60％～90％。

4.根据权利要求1所述的用于模拟压铸冷却过程的实验机，其特征在于，所述的加热棒安装孔(26)为多个，且在所述的动模(4)的上表面对称均匀分布。

5.根据权利要求1所述的用于模拟压铸冷却过程的实验机，其特征在于，所述的点冷单元安装孔(27)为多个，且在所述的动模(4)的上表面对称均匀分布。

6.根据权利要求1所述的用于模拟压铸冷却过程的实验机，其特征在于，所述的加热块(9)为瓦片形、三棱柱形、长方体或球形壳体，所述的嵌入动模(4)和所述的定模(2)放置加热块(9)的加热块安装盒(3)的空腔与所述的加热块(9)的形状相配合。

7.一种权利要求1-6的任意一项的模拟压铸冷却过程的实验机的控制方法，其特征在于，该方法具体包括如下步骤：

S1：对所述的动模(4)预热到150℃～180℃；

S2：将加热块(9)放置在加热线圈(8)中加热一定时间，将加热后的加热块(9)放置在所述的定模(2)的空腔中，驱动装置(7)带动动模(4)合模；

S3：热电偶(13)实时监测动模(4)各个测点的温度，冷却水循环回路对动模(4)进行冷却，计算各个测点的温度的平均值，当平均值低于200℃时，控制器(18)控制驱动装置(7)沿螺杆(6)抬起动模(4)；当动模(4)升到最高后，驱动装置(7)驱动顶杆(5)顶出加热块(9)；即完成一次模拟压铸冷却过程；

S4：重复S1-S3，并记录每完成一次模拟压铸冷却过程的热电偶测点的平均值t_im，当该平均值相对于前一次的平均值误差不大于设定的阈值，则认为该压铸冷却模拟过程达到温度平衡，此时的温度的平均值记为t_M，结束试验，并记录模拟过程的总时间；

S5：进一步判断各热点温度是否分布均匀，即温差极值Δt_max＝max|t_j-t_M|(j＝1,2,3...6)是否小于设定的阈值，如果温差小于等于设定的阈值，则判定温度分布较为均匀，冷却效果较好，记录加热-冷却过程总时间T作为冷却效果的判定依据；如温差极值Δt_max大于设定的阈值，则认为冷却情况较差，判定当前的冷却方案欠佳；

S6：对于多个满足温差极值Δt_max小于设定的阈值的冷却方案，比较加热-冷却循环总时间T，T最小的冷却方案最优。

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