CN112872325B - 一种自适应压铸模具温控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应压铸模具温控制装置及方法，本发明在模拟分析的基础上，选取模具温度梯度较大、容易发生缺陷处作为温控区域，在装置的各个回路设置温度传感器和流量调节比例阀的方式，以模具上设置温度传感器和顶杆、滑块处设置压力传感器的信号做为检测反馈信号为模温控制提供依据，实现对压铸模具温度的精准、高效控制，并针对模具实测温度、滑块顶出力、顶杆压力峰值进行监测，为压铸生产提供方便。

Description

一种自适应压铸模具温控制装置

技术领域

本发明属于压铸模温控制领域，具体涉及一种自适应压铸模具生产过程中的模温控制、监测方法和装置。

背景技术

压铸是指使用压铸机将铝、锌、镁、锡等的合金熔液注入模具后在熔融状态下加压成形并强制冷却，在短时间内生产大量尺寸精度高、内部结构致密性好的铸件，以减少机加工余量和保证铸件内在质量。因而，模具冷却循环水的合理使用，在复杂压铸模具中显得尤为重要。在实际压铸生产中，铸件壁厚、结构复杂程度以及体积大小、压铸工艺参数设置、金属液特性、模具材料导热性能、模具浇排系统以及冷却系统等，都会影响模具型腔内部温度，因此模具温度均匀性控制较为复杂。

压铸生产过程中，由于高温金属压射入模腔，模具温度会升高，模具温度过高，铸件容易产生表面气泡、粘模、拉伤等缺陷，并且在滑块、顶杆处也容易发生因温度上升造成的滑块和顶杆卡滞的现象，影响稳定生产。因此必须对压铸模具温度合理控制

目前压铸模具冷却主要分为内冷和外冷，内冷是在模具内部通循环冷却水，是模具的主要冷却方式，内冷的运水控制方式主要是靠人工打开球阀控制，直通式长期连续通水，球阀的开度依靠人的经验；外冷方式多采用油温机，通过设定油温机出口的液体温度，在使用过程中保持出口温度恒定，从而保持模具温度场相对稳定。

通常采用循环冷却水进行降温调节，而使用该方式时容易导致模具温度降温过快，无法精确掌控，影响压铸的生产质量，并且在模具内部进行降温后，由于模具内外的温度相差过大，容易导致模具变形，导致使用寿命较低。采用外冷式油温时，冷却的效率较低。

实用新型专利CN 209632094 U，“一种薄壁压铸模具温度的动态控制装置”，在充模前预热，充模完成后进行冷却，介质是高温蒸汽与冷却水交替使用一套管路，进行模具温度的控制。

发明专利CN 109848394 A，“一种高效的压铸模具用温控系统”，中通过循环冷却管、热水箱、调节管、冷却箱、第一温度传感器、第二温度传感器等结构的设置，使热水箱送入热水减缓降温的速度，对冷却水温度调控，并通过风机、风箱、调温槽孔等结构的设置，在模具内部进行降温的同时，外侧的风机同时工作，给调温槽孔的内部吹风进行风冷，使模具外侧的温度降低。这种方法节能、冷却效率高，但需在模具上开调温槽孔，会在一定程度上降低模具强度。

然而上述结构中均无法实现对压铸模具温度的精准、高效控制，且没有针对模具实测温度、滑块顶出力、顶杆压力峰值进行监测，不能为压铸生产提供保证。

发明内容

一、要解决的技术问题

本发明是针对现有技术所存在的上述缺陷，特提出模具结构，以解决上述背景技术中提出的问题。

二、技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种自适应压铸模具温控制装置，包括：

模具，其包括定模、动模、顶杆和滑块，在模具内部形成有供介质通过的多道回路，每道所述回路包括介质入口和介质出口；

连接在模具的回路上的介质循环供给机构，所述介质循环供给机构包括介质存储箱、液压泵、以及连接介质存储箱和液压泵的管路，所述管路的主管路的两端分叉为与回路数量对应的支路，所述支路分别和介质入口和介质出口连接；

介质温控模块，其设置在管路的主管路上，包括介质加热模块和介质冷却模块，其中介质加热模块位于液压泵和介质入口之间，介质冷却模块位于介质出口和液压泵之间；

检测控制模块，其包括温度传感器单元、液位传感器单元、流量传感器单元和压力传感器单元、可编程控制器和流量调节比例阀单元；

其中温度传感器单元包括分别设置在定模和动模上的第一温度传感器、设置在与模具介质出口处连接的支路上的的第二温度传感器和设置在介质温控模块两侧的第三温度传感器；

液位传感器单元包括设置在介质存储箱中的液位传感器；

流量传感器单元包括用于检测液压泵出口位置流量的第一流量传感器、用于检测模具回路介质出口处的支路上流量的第二流量传感器；

流量调节比例阀单元包括连接在回路进口处的支路上设置的流量调节比例阀；

压力传感器单元包括设置在模具滑块上的第一压力传感器和设置在顶杆上的第二压力传感器；

所述可编程控制器与温度传感器单元、液位传感器单元、流量传感器单元、流量调节比例阀单元、压力传感器单元电连接，以用于接受各传感器单元实时检测信号情况实现逻辑控制。

其中，所述介质加热模块包括加热器和加热开关，加热开关与加热器中的加热元件电连接，实现加热元件的开与断。

其中，介质冷却模块包括冷却器，在冷却器的进水管路上依次设置的过滤网和冷却电磁阀、在冷却器的出水管路上设置有单向阀。

其中，包括第一旁路，所述第一旁路连接在液压泵主回路出口到冷却器进口之间。

其中，包括第二旁路，所述第二旁路连接在介质加热模块和介质存储箱之间。

其中，所述介质储存箱中被输送的介质为自来水、去离子水或者掺杂防锈剂的水溶液、所述介质的最高温度为90℃。

其中，包括报警模块，其包括超温报警、压力报警、液位报警以及电气报警四个部分，其中电气报警和超温报警为机械报警，当检测温度达到设定上限或者线路发生故障机械断电停止加热，其余报警为控制器报警，通过给控制设备传输报警信号触发警报器报警。

其中，在回路进口处的每条支路上位于流量调节比例阀前端位置设置有手动截止阀。

本发明同时提供了一种自适应压铸模具温控方法，其采用前述的自适应压铸模具温控制装置，并包括如下步骤：

1)人机交互界面显示各温度、压力传感器的值，将介质出口温度设定值调整到冷却模具需要的温度值，设定滑块的峰值压力值P_滑块和顶杆处的峰值压力值P_顶杆，；

2)压铸初期，装置自动比较模具动、定模上的第一温度传感器检测得到的数值温度T_模具与介质出口温度设定值T_设定，当T_设定高于T_模具时，装置的介质加热模块开始工作，直至达到T_设定的数值；

3)正常压铸过程中，根据压铸模具动、定模上第一温度传感器采集的温度峰值，介质加热模块和介质冷却模块配合工作，保证T_设定的数值的稳定，使得介质与模具进行持续的热交换，实现模具的热平衡；以压铸模具上温度、滑块和顶杆处的压力在每个压铸循环中的曲线的峰、谷值保持稳定为目标进行控制算法的优化:

a)比较各回路第二温度传感器的值T_回路i与T_设定的温度差值，对于差值较大的回路，则调节该回路的流量调节比例阀，增加相应回路的流量；

b)当监测到模具上的第一温度传感器温度曲线峰值变大，温度值超过T_设定一定范围后时，检查相关支路上的第二温度传感器的值，适当调节流量调节比例阀以增大相应回路上的冷却介质流量，反之，则减小相应回路上的冷却介质流量；

4)压铸过程结束，降温、回液，通过吹气装置吹出各回路中的介质，再关闭液压泵及各控制阀门。

其中，压铸过程中，当监测到顶杆处压力传感器或滑块处的压力传感器的峰值压力出现剧增大于设定的P_滑块或P_顶杆阈值时，则发出报警信号。

其中，在步骤3中，按照公式1和公式2确定顶杆的顶出力以及滑块抽芯力的峰值：

公式1：F_脱＝F_b(fcosφ-sinφ)+a

公式2：F_峰＝K F_脱/n

其中，Φ为模具型芯的脱模斜度；Fb：塑件对模具表面的正压力；f：摩擦系数；a：大气压力造成的脱模阻力；n:顶杆的数量；K：安全系数，脱模力的大小与制品的厚薄及几何形状有关。

三、有益效果

本发明与现有技术相比，有益效果是：本发明的自适应式模温控制装置和方法可以对压铸模具生产过程中闭环模温控制，实现压铸模具的动态热平衡，同时监测压铸模具的滑块、顶杆工作过程的压力峰值，避免滑块和顶杆的卡滞，既可以保证压铸模具温度场的稳定性和均匀性，提高压铸件的质量，又延长了压铸模具的使用寿命。

附图说明

图1为本发明的模温控制装置模块组成示意图；

图2为本发明的模温控制装置管路连接示意图。

图中：1为模具，11为定模，12为动模，13为顶杆，14为滑块，2为介质循环供给机构，20为介质存储箱，21为液压泵，3为介质温控模块，30为介质加热模块，31为介质冷却模块，4为检测控制模块，40a为第一温度传感器，40b为第二温度传感器，40c为第三温度传感器，41为液位传感器单元，42a为第一流量传感器，42b为第二流量传感器，43a为第一压力传感器，43b为第二压力传感器，44a为流量调节比例阀，5为手动截止阀，6为吹气装置。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

请参阅图1-2，本发明提供的一种实施例：一种自适应压铸模具温控制装置，包括模具1、连接在模具1的回路上的介质循环供给机构2、介质温控模块3和检测控制模块4。

所述模具1包括定模11、动模12、顶杆13和滑块14，在模具1内部形成有供介质通过的多道回路，每道所述回路包括介质入口和介质出口。

所述介质循环供给机构2包括介质存储箱20、液压泵21、以及连接介质存储箱20和液压泵21的管路100，所述管路100的主管路的两端分叉为与回路数量对应的支路101，所述支路101分别和介质入口和介质出口连接；本实施例中，模具1根据加热和冷却需要设计了4个回路，每个回路包括1个介质进口和出口，每路介质入口处连接的支路上均设置手动截止阀5，方便压铸模具的拆装；主回路中的过滤网7是为了过滤模温介质中的杂质，使循环回路中的器件正常运行；液压泵21、手动截止阀5以及主回路中的流量传感器单元42中最高使用温度95℃；所述介质储存箱中被输送的介质为自来水、去离子水或者掺杂防锈剂的水溶液、所述介质的最高温度为90℃。

所述介质温控模块3设置在管路100的主管路上，包括介质加热模块30和介质冷却模块31，其中介质加热模块30位于液压泵21和介质入口之间，介质冷却模块位31于介质出口和液压泵21之间，具体的，所述介质加热模块30包括加热器30a和加热开关30b，加热开关30b与加热器30a中的加热元件电连接，实现加热元件的开与断。介质冷却模块31包括冷却器31a，在冷却器的进水管路上依次设置的过滤网33和冷却电磁阀32、在冷却器的出水管路上设置有单向阀34。本申请中，所述介质加热模块和所述介质冷却模块也可以采用现有技术中其它具有相同功能的结构模块，本申请对上述结构模块结构和原理不再加以赘述。

所述检测控制模块4包括温度传感器单元40、液位传感器单元41、流量传感器单元42和压力传感器单元43、可编程控制器和流量调节比例阀单元44；其中，温度传感器单元40包括分别设置在定模11和动模12上的第一温度传感器40a、设置在与模具介质出口处连接的支路上的的第二温度传感器40b和设置在介质温控模块两侧的第三温度传感器40c；液位传感器单元41包括设置在介质存储箱中的液位传感器；流量传感器单元42包括用于检测液压泵21出口位置流量的第一流量传感器42a、用于检测模具回路介质出口处的支路上流量的第二流量传感器42b；流量调节比例阀单元44包括连接在回路进口处的支路上设置的流量调节比例阀44a；压力传感器单元43包括设置在模具滑块14上的第一压力传感器43a和设置在顶杆13上的第二压力传感器43b。

所述可编程控制器与温度传感器单元40、液位传感器单元41、流量传感器单元42、流量调节比例阀单元44、压力传感器单元43电连接，以用于接受各传感器单元实时检测信号情况实现逻辑控制。

优选的，本装置还增设了第一旁路201和第二旁路202两条旁路，所述第一旁路201连接在液压泵1主回路出口到介质冷却模块31进口之间。所述第二旁路202连接在介质加热模块30和介质存储箱20之间。其中第二旁路作用是当调节支路中的流量，使得模温控制装置循环回路中的压强基本保持稳定；第一旁路作用是介质热胀冷缩体积变化时，存储箱中的部分介质会通过补充支路进入加热器，在保证系统压力的同时，也保证系统中的出口流量基本维持恒定。

优选的，本装置设有通讯接口，使得本装置既可以作为外挂单独使用，也方便并入车间数字化管理系统，实现压铸生产过程数据建立与控制。

进一步的，包括报警模块，其包括超温报警、压力报警、液位报警以及电气报警四个部分，其中电气报警和超温报警为机械报警，当检测温度达到设定上限或者线路发生故障机械断电停止加热，其余报警为控制器报警，通过给控制设备传输报警信号触发警报器报警。

本发明进一步公开了一种自适应压铸模具温控方法，其采用前述的自适应压铸模具温控制装置，并包括如下步骤：

1)人机交互界面显示各温度、压力传感器的值，将介质出口温度设定值调整到冷却模具需要的温度值，设定滑块14的峰值压力值P_滑块和顶杆13处的峰值压力值P_顶杆，；该步骤中，第一次启动时需要设置初始值，下次启动可以默认为上一次设定值；

2)装置自动比较模具动、定模上的第一温度传感器40a检测得到的数值温度T_模具与介质出口温度设定值T_设定，当T_设定高于T_模具时，装置的介质加热模块30开始工作，直至达到T_设定的数值；

3)正常压铸过程中，由于在压射充型、保压、开模、喷涂脱模剂不同阶段模具温度变化较大，正常压铸过程中，根据压铸模具动、定模上第一温度传感器40a采集的温度峰值，介质加热模块30和介质冷却模块31配合工作，保证T_设定的数值的稳定，使得介质与模具进行持续的热交换，实现模具的热平衡；以压铸模具上温度、滑块和顶杆处的压力在每个压铸循环中的曲线的峰、谷值保持稳定为目标进行控制算法的优化:

a)比较各回路第二温度传感器40b的值T_回路i与T_设定的温度差值，对于差值较大的回路，则调节该回路的流量调节比例阀44a，增加相应回路的流量；

b)当监测到模具上的第一温度传感器40a温度曲线峰值变大，温度值超过T_设定一定范围后，本实施例中设定为超过T_设定数值的1.1倍后，检查相关支路上的第二温度传感器40b的值，适当调节流量调节比例阀44a以增大相应回路上的冷却介质流量，反之，则减小相应回路上的冷却介质流量；

4)压铸过程结束，降温、回液，通过吹气装置6吹出各回路中的介质，再关闭液压泵及各控制阀门。

其中，压铸过程中，当监测到顶杆或滑块处的第一压力传感器3的峰值压力出现剧增大于设定的P_滑块或P_顶杆阈值时，则发出报警信号。

其中，在步骤3中，按照公式1和公式2确定顶杆顶出力以及滑块抽芯力的峰值：

公式1：F_脱＝F_bfcosφ-sinφ+a

公式2：F_峰＝K F_脱/n

其中，Φ为模具型芯的脱模斜度；Fb：塑件对模具表面的正压力；f：摩擦系数；a：大气压力造成的脱模阻力；n:顶杆的数量；K：安全系数，脱模力的大小与制品的厚薄及几何形状有关。

根据上述计算结果确定P_滑块或P_顶杆阈值范围。

在压铸工作开始前，程序初始化，装置自检电器件、管路压力以及液位状态，触摸屏显示自检状况，如果液位过低根据提示需要进行补液处理，如果存在故障需按照提示处理后装置才可以正常运行。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种自适应压铸模具温控制装置，其特征在于，包括：

模具(1)，其包括定模(11)、动模(12)、顶杆(13)和滑块(14)，在模具(1)内部形成有供介质通过的多道回路，每道所述回路包括介质入口和介质出口；

连接在模具(1)的回路上的介质循环供给机构(2)，所述介质循环供给机构(2)包括介质存储箱(20)、液压泵(21)、以及连接介质存储箱(20)和液压泵(21)的管路(100)，所述管路(100)的主管路的两端分叉为与回路数量对应的支路(101)，所述支路(101)分别和介质入口和介质出口连接；

在回路进口处的每条支路上位于流量调节比例阀(44a)前端位置设置有手动截止阀(5)；

包括介质温控模块(3)，其设置在管路(100)的主管路上，包括介质加热模块(30)和介质冷却模块(31)，其中介质加热模块(30)位于液压泵(21)和介质入口之间，介质冷却模块位(31)于介质出口和液压泵(21)之间；

第一旁路(201)，所述第一旁路(201)连接在液压泵(21)主回路出口到介质冷却模块(31)进口之间；

检测控制模块，其包括温度传感器单元(40)、液位传感器单元(41)、流量传感器单元(42)和压力传感器单元(43)、可编程控制器和流量调节比例阀单元(44)，

其中温度传感器单元(40)包括分别设置在定模(11)和动模(12)上的第一温度传感器(40a)、设置在与模具介质出口处连接的支路上的的第二温度传感器(40b)和设置在介质温控模块两侧的第三温度传感器(40c)；

液位传感器单元(41)包括设置在介质存储箱中的液位传感器；

流量传感器单元(42)包括用于检测液压泵(21)出口位置流量的第一流量传感器(42a)、用于检测模具回路介质出口处的支路上流量的第二流量传感器(42b)；

流量调节比例阀单元(44)包括连接在回路进口处的支路上设置的流量调节比例阀(44a)；

压力传感器单元(43)包括设置在模具滑块(14)上的第一压力传感器(43a)和设置在顶杆(13)上的第二压力传感器(43b)；

所述可编程控制器与温度传感器单元(40)、液位传感器单元(41)、流量传感器单元(42)、流量调节比例阀单元(44)、压力传感器单元(43)电连接，以用于接受各传感器单元实时检测信号情况实现逻辑控制。

2.如权利要求1所述的一种自适应压铸模具温控制装置，其特征在于：所述介质加热模块(30)包括加热器(30a)和加热开关(30b)，加热开关(30b)与加热器(30a)中的加热元件电连接，实现加热元件的开与断。

3.如权利要求1所述的一种自适应压铸模具温控制装置，其特征在于：介质冷却模块(31)包括冷却器(31a)，在冷却器的进水管路上依次设置的过滤网(33)和冷却电磁阀(32)、在冷却器的出水管路上设置有单向阀(34)。

4.如权利要求1所述的一种自适应压铸模具温控制装置，其特征在于：包括第二旁路(202)，所述第二旁路(202)连接在介质加热模块(30)和介质存储箱(20)之间。

5.如权利要求1所述的一种自适应压铸模具温控制装置，其特征在于：包括报警模块，其包括超温报警、压力报警、液位报警以及电气报警四个部分，其中电气报警和超温报警为机械报警，当检测温度达到设定上限或者线路发生故障机械断电停止加热，其余报警为控制器报警，通过给控制设备传输报警信号触发警报器报警。

6.一种自适应压铸模具温控方法，其采用如权利要求1至5中任意一项所述的自适应压铸模具温控制装置，其特征在于，包括如下步骤：

1)人机交互界面显示各温度、压力传感器的值，将介质出口温度设定值调整到冷却模具需要的温度值，设定滑块(14)的峰值压力值P_滑块和顶杆(13)处的峰值压力值P_顶杆，；

2)压铸初期，装置自动比较模具动、定模上的第一温度传感器(40a)检测得到的数值温度T_模具与介质出口温度设定值T_设定，当T_设定高于T_模具时，装置的介质加热模块(30)开始工作，直至达到T_设定的数值；

3)正常压铸过程中，根据压铸模具动、定模上第一温度传感器(40a)采集的温度峰值，介质加热模块(30)和介质冷却模块(31)配合工作，保证T_设定的数值的稳定，使得介质与模具进行持续的热交换，实现模具的热平衡；以压铸模具上温度、滑块和顶杆处的压力在每个压铸循环中的曲线的峰、谷值保持稳定为目标进行控制算法的优化:

a)比较各回路第二温度传感器(40b)的值T_回路i与T_设定的温度差值，对于差值较大的回路，则调节该回路的流量调节比例阀(44a)，增加相应回路的流量；

b)当监测到模具上的第一温度传感器(40a)温度曲线峰值变大，温度值超过T_设定一定范围后时，检查相关支路上的第二温度传感器(40b)的值，根据T_设定和测量值的差值通过模糊控制方法调节流量调节比例阀(44a)以增大相应回路上的冷却介质流量，反之，则减小相应回路上的冷却介质流量；

4)压铸过程结束，降温、回液，通过吹气装置(6)吹出各回路中的介质，再关闭液压泵及各控制阀门。

7.如权利要求6所述的一种自适应压铸模具温控方法，其特征在于：压铸过程中，当监测到顶杆处压力传感器(32)或滑块处的压力传感器(33)的峰值压力出现剧增大于设定的P_滑块或P_顶杆阈值时，则发出报警信号。

8.如权利要求7所述的一种自适应压铸模具温控方法，其特征在于：在步骤3中，按照公式1和公式2确定顶杆的顶出力以及滑块的抽芯力的峰值：

公式1：F_脱＝F_b(fcosφ-sinφ)+a

公式2：F_峰＝K F_脱/n

其中，Φ为模具型芯的脱模斜度；Fb：塑件对模具表面的正压力；f：摩擦系数；a：大气压力造成的脱模阻力；n:顶杆的数量；K：安全系数，脱模力的大小与制品的厚薄及几何形状有关。

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