CN110918943B - 一种铝合金车架反重力浇注智能模具系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种铝合金车架反重力浇注智能模具系统及其使用方法，它涉及一种模具系统及其使用方法。本发明为了解决现有的反重力浇注模具存在不能精确地控制铸件的凝固过程，很难从根本上避免缩孔、缩松现象发生的问题。本发明的计算机控制中心分别与温度检测系统、加热介质罐和冷却介质罐连接，温度检测系统与测温传感器连接并将温度信号传递给计算机控制中心，加热介质罐和冷却介质罐分别通过管路与热介质进入口和冷介质进入口连接，加热介质电磁阀和冷却介质电磁阀安装在管路上。步骤一：设定待浇注的工件的换热临界温度；步骤二：设定瞬间独立加热和冷却的换热点；步骤三：调节浇注参数和浇注；本发明适用于工件的铸造中。

Description

一种铝合金车架反重力浇注智能模具系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种智能模具系统及其使用方法，具体涉及一种铝合金车架反重力浇注智能模具系统及其使用方法。

背景技术

反重力铸造的理想效果是使铸件自上而下地顺序凝固，固液界面前沿的液体冷却收缩时，始终受到下部相对高温的液体金属的不断补缩，从而获得无缩孔和缩松的铸件。实际生产过程中，由于铸件的结构因素，很少有适合理想的顺序凝固结构的铸件，都要通过某些工艺措施来创造顺序凝固条件。采用冷铁对热节部位实行激冷吸热，调整局部温度创造整体顺序凝固的条件，是最普遍应用的有效手段之一。对于汽车副架类薄厚不均匀的铝合金铸件，采用金属模具、连续浇注的大批量生产，不适合采用冷铁吸热的工艺措施。并且，在反重力浇注时设备空间限制模具的尺寸不宜过大。而且，传统冷铁是建立在经验和粗略的计算基础上设计使用的，不能精确地控制铸件的凝固过程，难免存在某些误差，很难从根本上避免缩孔、缩松的发生。

综上所述，现有的反重力浇注模具存在不能精确地控制铸件的凝固过程，很难从根本上避免缩孔、缩松现象发生的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的反重力浇注模具存在不能精确地控制铸件的凝固过程，很难从根本上避免缩孔、缩松现象发生的问题。进而提供一种铝合金车架反重力浇注智能模具系统及其使用方法。

本发明的技术方案是：一种铝合金车架反重力浇注智能模具系统包括计算机控制中心、温度检测系统、加热介质罐、加热介质电磁阀、冷却介质罐、冷却介质电磁阀、测温传感器和模具本体；测温传感器安装在模具本体上，模具本体上开设热介质进入口、热介质排出口、冷介质进入口和冷却介质排出口，计算机控制中心分别与温度检测系统、加热介质罐和冷却介质罐连接，温度检测系统与测温传感器连接并将温度信号传递给计算机控制中心，加热介质罐和冷却介质罐分别通过管路与热介质进入口和冷介质进入口连接，加热介质电磁阀和冷却介质电磁阀安装在管路上。

进一步地，模具本体包括上半模具、下半模具、型腔件和上料管，上半模具和下半模具上下扣合，型腔件安装在下半模具内，上固定板和下固定板分别安装在上半模具和下半模具上，下固定板的中部安装有上料管；上半模具和下半模具内根据待浇注的工件材质和形状开设多个换热管路，上半模具和下半模具上的每个换热管路中间的模具上安装有一个测温传感器，上固定板和下固定板上分别开有换热介质通道，且换热介质通道与换热管路连通。

进一步地，上半模具和下半模具上开设安装孔。

进一步地，换热介质通道为冷却介质通道或加热介质通道。

本发明还提供了一种铝合金车架反重力浇注智能模具系统的使用方法，它包括以下步骤：

步骤一：设定待浇注的工件的换热临界温度；

利用计算机控制中心模拟并获得待浇注的工件的各个部位凝固过程中的实时温度场和固相分数，有针对性地设计出智能模具系统的N个换热管路，通过换热管路的数量确定局部换热点的数量和位置，并编制出模具温度控制程序，使铸件按照程序中设定的模具温度凝固和冷却；

步骤二：设定瞬间独立加热和冷却的换热点；

通过计算机控制中心对设定的N个换热点中的任何一个进行瞬间独立加热和冷却；

步骤三：调节浇注参数和浇注；

通过调节换热介质的压力和流量控制换热强度，使该点随着铸件凝固冷却的过程达到预先设定模具温度要求，满足铸件凝固顺序的要求。

进一步地，步骤三中的浇注过程如下：

步骤三一：当浇注的液态金属计入模具换热点处时，温度检测系统立刻把安放在此处的测温传感器检测的信号反馈给计算机控制中心；

步骤三二：计算机控制中心把该信号与数据库中预先设定的温度数据进行比较，判定该点温度低时，立刻发出信号给加热介质电磁阀增大进入加热介质进入口内的加热介质的流量和压力，之前温度稍低的加热介质则从排出口送回到加热介质罐；与此同时，也发出信号给冷却介质电磁阀减少进入冷却介质进入口内的冷却介质的流量和压力，之前温度稍高的冷却介质则从排出口送回到冷却介质罐；

步骤三三：由于铸件凝固过程中，温度场和凝固的固相分数是随着时间发生动态变化的，所以，模具中每个换热点不同时刻的温度是动态变化的，反复多次进行这种换热调节，直到达到该换热点不同时刻温度动态平衡要求。

进一步地，步骤三中的浇注完成一次后，计算机控制中心重新对每个换热点进行检测、调整到预设温度，为再次浇注做好准备。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、本发明首先提供了一个铝合金车架反重力浇注智能模具系统，能够随时检测到模具的温度，通过在浇注过程中温度的变化来实时控制铸件的凝固过程，保证铸件能够按照设定的凝固顺序进行，从而实现消除缩孔、缩松的形成。

2、本发明提供了一种智能模具系统的使用方法，当铸件凝固过程中，固液界面未到达或接近某换热点时，该点的温度要高于液相线温度，保持此处的液体能够对周围凝固区域进行充分的补缩作用；当固液界面到达某换热点时，该点的温度要低于固相线温度且逐渐降低，保持周围的液体对该点进行补缩。当铸件完全凝固结束的冷却过程中也要保持温度智能控制，根据铸件冷却过程中形成的收缩应力特点控制模具温度分布，有利于获得健全的铸件。

附图说明

图1是本发明的模具本体的主剖视图；

图2是测温传感器的安装位置示意图；

图3是本发明智能模具的整体结构示意图；

图4是图3中模具本体部分的局部放大图；

图5是模具系统安装在四立柱式差压铸造机上的示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的一种铝合金车架反重力浇注智能模具系统包括计算机控制中心11、温度检测系统12、加热介质罐13、加热介质电磁阀14、冷却介质罐15、冷却介质电磁阀16、测温传感器7和模具本体；

测温传感器7安装在模具本体上，模具本体上开设热介质进入口17、热介质排出口18、冷介质进入口19和冷却介质排出口20，计算机控制中心11分别与温度检测系统12、加热介质罐13和冷却介质罐15连接，温度检测系统12与测温传感器7连接并将温度信号传递给计算机控制中心11，加热介质罐13和冷却介质罐15分别通过管路21与热介质进入口17和冷介质进入口19连接，加热介质电磁阀14和冷却介质电磁阀16安装在管路21上。

本实施方式将测温传感器7安装在模具本体内，能够有效及时的测量到模具的温度，为后续实时测温提供准确的数据，保证铸件的浇注效果。

具体实施方式二：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式的模具本体包括上半模具3、下半模具4、型腔件5和上料管6，上半模具3和下半模具4上下扣合，型腔件5安装在下半模具4内，上固定板1和下固定板2分别安装在上半模具3和下半模具4上，下固定板2的中部安装有上料管6；上半模具3和下半模具4内根据待浇注的工件材质和形状开设多个换热管路8，上半模具3和下半模具4上的每个换热管路中间的模具上安装有一个测温传感器7，上固定板1和下固定板2上分别开有换热介质通道9，且换热介质通道9与换热管路8连通。如此设置，便于针对不同类型的卷材形式进行安装和使用。其它组成和连接关系与具体实施方式一相同。

本实施方式针对铝合金汽车副架反重力浇注凝固过程控制问题，图5所示的四立柱式差压铸造机中矩形点划线框A所包围的范围为智能模具及其换热系统安放位置，利用设备的上、下动板进行上、下运动从而带动模具开模及合模。这种智能模具的功能结构见图1所示，其中，上固定板1是模具的上固定板(差压铸造机的上动板)，用来固定上半模具及开模、合模；上半模具3用来形成铸件的上半部分；下固定板2是模具的下固定板(差压铸造机的下动板)，用来固定下半模具及开模、合模；下半模具4用来形成铸件的下半部分；1-1是换热介质进入口，用来连接换热介质供应管道；1-2是换热介质进入通道，用来向需要换热的局部输送加热或冷却介质；1-3是模具换热介质排出通道，用来把完成局部换热的介质排出；1-4是换热介质排出口，用来连接换热介质回收管道。

具体实施方式三：结合图2说明本实施方式，本实施方式的上半模具3和下半模具4上开设安装孔10。如此设置，便于安装测温传感器。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式四：结合图1、图3和图4说明本实施方式，本实施方式的换热介质通道9为冷却介质通道或加热介质通道。如此设置，便于根据实际情况对模具进行加热或冷却，保证铸件的浇注效果。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式五：结合图1至图5说明本实施方式，本实施方式的铝合金车架反重力浇注智能模具系统的使用方法包括以下步骤：

步骤一：设定待浇注的工件的换热临界温度；

利用计算机控制中心11模拟并获得待浇注的工件的各个部位凝固过程中的实时温度场和固相分数，有针对性地设计出智能模具系统的N个换热管路8，通过换热管路8的数量确定局部换热点的数量和位置，并编制出模具温度控制程序，使铸件按照程序中设定的模具温度凝固和冷却；

步骤二：设定瞬间独立加热和冷却的换热点；

通过计算机控制中心11对设定的N个换热点中的任何一个进行瞬间独立加热和冷却；

步骤三：调节浇注参数和浇注；

通过调节换热介质的压力和流量控制换热强度，使该点随着铸件凝固冷却的过程达到预先设定模具温度要求，满足铸件凝固顺序的要求，消除缩孔、缩松等缺陷、提高性能，获得理想的铸件。

本实施方式的复杂结构铝合金车架反重力浇注智能模具及控制系统，用以实现实时控制铸件的凝固过程，保证铸件能够按照设定的凝固顺序进行，消除缩孔、缩松的形成。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

本实施方式的智能模具的控制基本原则是，当铸件凝固过程中，固液界面未到达或接近某换热点时，该点的温度要高于液相线温度，保持此处的液体能够对周围凝固区域进行充分的补缩作用；当固液界面到达某换热点时，该点的温度要低于固相线温度且逐渐降低，保持周围的液体对该点进行补缩。当铸件完全凝固结束的冷却过程中也要保持温度智能控制，根据铸件冷却过程中形成的收缩应力特点控制模具温度分布，有利于获得健全的铸件。

具体实施方式六：结合图3说明本实施方式，本实施方式的步骤三中的浇注过程如下：

步骤三一：当浇注的液态金属计入模具换热点处时，温度检测系统12立刻把安放在此处的测温传感器7检测的信号反馈给计算机控制中心11；

步骤三二：计算机控制中心11把该信号与数据库中预先设定的温度数据进行比较，判定该点温度低时，立刻发出信号给加热介质电磁阀14增大进入加热介质进入口17内的加热介质的流量和压力，之前温度稍低的加热介质则从排出口18送回到加热介质罐13，从而提高了加热速率；与此同时，也发出信号给冷却介质电磁阀16减少进入冷却介质进入口19内的冷却介质的流量和压力，之前温度稍高的冷却介质则从排出口20送回到冷却介质罐15，导致冷却速率降低；

步骤三三：由于铸件凝固过程中，温度场和凝固的固相分数是随着时间发生动态变化的，所以，模具中每个换热点不同时刻的温度是动态变化的，反复多次进行这种换热调节，直到达到该换热点不同时刻温度动态平衡要求。

如此设置，由于铸件凝固过程中，温度场和凝固的固相分数是随着时间发生动态变化的。所以，模具中每个换热点不同时刻的温度是动态变化的。反复多次进行这种换热调节，从而达到该换热点不同时刻温度动态平衡要求。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

具体实施方式七：结合图3说明本实施方式，本实施方式的步骤三中的浇注完成一次后，计算机控制中心11重新对每个换热点进行检测、调整到预设温度，为再次浇注做好准备。其它组成和连接关系与具体实施方式一、二、三、四、五、六或七相同。

本发明根据铸件的结构特种，有针对性的设计制造出能够实现铸件凝固顺序的智能化控制，从根本上避免铸件缩孔、缩松缺陷发生；本发明能够实现模具的智能管理，能够有效地提高生产效率；本发明能够科学、有效的控制模具的温度和应力分布状况，能够极大地提高模具寿命；本发明的换热介质可以使用多种选择，加热介质使用传热油；冷却介质可以使用压缩空气、水等。

Claims (5)

1.一种铝合金车架反重力浇注智能模具系统的使用方法，铝合金车架反重力浇注智能模具系统包括计算机控制中心（11）、温度检测系统（12）、加热介质罐（13）、加热介质电磁阀（14）、冷却介质罐（15）、冷却介质电磁阀（16）、测温传感器（7）和模具本体；测温传感器（7）安装在模具本体上，模具本体上开设加热介质进入口（17）、加热介质排出口（18）、冷却介质进入口（19）和冷却介质排出口（20），计算机控制中心（11）分别与温度检测系统（12）、加热介质罐（13）和冷却介质罐（15）连接，温度检测系统（12）与测温传感器（7）连接并将温度信号传递给计算机控制中心（11），加热介质罐（13）和冷却介质罐（15）分别通过管路（21）与加热介质进入口（17）和冷却介质进入口（19）连接，加热介质电磁阀（14）和冷却介质电磁阀（16）安装在管路（21）上；

其特征在于：它包括以下步骤：步骤一：设定待浇注的工件的换热临界温度；

利用计算机控制中心（11）模拟并获得待浇注的工件的各个部位凝固过程中的实时温度场和固相分数，有针对性地设计出智能模具系统的N个换热管路（8），通过换热管路（8）的数量确定局部换热点的数量和位置，并编制出模具温度控制程序，使铸件按照程序中设定的模具温度凝固和冷却；

步骤二：设定瞬间独立加热和冷却的换热点；

通过计算机控制中心（11）对设定的N个换热点中的任何一个进行瞬间独立加热和冷却；

步骤三：调节浇注参数和浇注；

步骤三一：当浇注的液态金属进入模具换热点处时，温度检测系统（12）立刻把安放在此处的测温传感器（7）检测的信号反馈给计算机控制中心（11）；

步骤三二：计算机控制中心（11）把该信号与数据库中预先设定的温度数据进行比较，判定该点温度低时，立刻发出信号给加热介质电磁阀（14）增大进入加热介质进入口（17）内的加热介质的流量和压力，之前温度稍低的加热介质则从加热介质排出口（18）送回到加热介质罐（13）；与此同时，也发出信号给冷却介质电磁阀（16）减少进入冷却介质进入口（19）内的冷却介质的流量和压力，之前温度稍高的冷却介质则从冷却介质排出口（20）送回到冷却介质罐（15）；

步骤三三：由于铸件凝固过程中，温度场和凝固的固相分数是随着时间发生动态变化的，所以，模具中每个换热点不同时刻的温度是动态变化的，反复多次进行这种换热调节，直到达到该换热点不同时刻温度动态平衡要求；

通过调节换热介质的压力和流量控制换热强度，使该点随着铸件凝固冷却的过程达到预先设定模具温度要求，当铸件凝固过程中，固液界面未到达或接近某换热点时，该点的温度要高于液相线温度，保持此处的液体能够对周围凝固区域进行充分的补缩作用；当固液界面到达某换热点时，该点的温度要低于固相线温度且逐渐降低，保持周围的液体对该点进行补缩，当铸件完全凝固结束的冷却过程中也要保持温度智能控制，根据铸件冷却过程中形成的收缩应力特点控制模具温度分布，有利于获得健全的铸件，满足铸件凝固顺序的要求。

2.根据权利要求1所述的一种铝合金车架反重力浇注智能模具系统的使用方法，其特征在于：步骤三中的浇注完成一次后，计算机控制中心（11）重新对每个换热点进行检测、调整到预设温度，为再次浇注做好准备。

3.根据权利要求2所述的一种铝合金车架反重力浇注智能模具系统的使用方法，其特征在于：模具本体包括上半模具（3）、下半模具（4）、型腔件（5）和上料管（6），上半模具（3）和下半模具（4）上下扣合，型腔件（5）安装在下半模具（4）内，上固定板（1）和下固定板（2）分别安装在上半模具（3）和下半模具（4）上，下固定板（2）的中部安装有上料管（6）；上半模具（3）和下半模具（4）内根据待浇注的工件材质和形状开设多个换热管路（8），上半模具（3）和下半模具（4）上的每个换热管路中间的模具上安装有一个测温传感器（7），上固定板（1）和下固定板（2）上分别开有换热介质通道（9），且换热介质通道（9）与换热管路（8）连通。

4.根据权利要求3所述的一种铝合金车架反重力浇注智能模具系统的使用方法，其特征在于：上半模具（3）和下半模具（4）上开设安装孔（10）。

5.根据权利要求4所述的一种铝合金车架反重力浇注智能模具系统的使用方法，其特征在于：换热介质通道（9）为冷却介质通道和加热介质通道。

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