CN113070461A - 一种主动式压铸模温控制设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动式压铸模温控制设备及方法，涉及压铸模温控制技术领域，包括模温介质加热装置、用于连通模温介质加热装置和压铸模具的模温介质循环装置、以及用于数据监控的检测控制装置；模温介质循环装置包括模温介质存储箱、高温磁力泵、控制阀门和热交换器；其中，模温介质存储箱、高温磁力泵、压铸模具、热交换器和模温介质加热装置顺序连通；热交换器上外接有模温介质冷却装置，通过模温介质冷却装置调控模温介质循环装置内模温介质的温度；本发明可以对压铸模具快速均匀加热，同时还能实现闭环模温控制，实现压铸模具的动态热平衡，既可以保证压铸件的质量，又延长了压铸模具的使用寿命。

Description

一种主动式压铸模温控制设备及方法

技术领域

本发明涉及压铸模温控制技术领域，尤其是一种主动式压铸模温控制设备及方法。

背景技术

在压铸生产过程中，模具的温度分布影响型腔中金属液充填的凝固顺序和结晶速度。模具温度过低，铸件容易发生欠铸、破裂、冷隔、流纹等缺陷；模具温度过高，铸件容易产生表面气泡、粘模、拉伤等缺陷，同时不断循环的高低温度变化使模具型腔表面出现周期性的热胀冷缩，从而导致模具的热疲劳失效。尤其是对大型复杂压铸模具而言，压铸模温的控制对于金属液充填状态、凝固过程以及压铸模使用寿命和产品质量都有着非常大的影响，是必须在压铸过程中检测并控制的主要参数之一。

目前大型复杂压铸模具的模温控制主要通过两套系统，预热多采用油式模温机，通过热油和冷模之间的热交换使模具的温度升高；模具的冷却多通过在模具内部设置冷却管路，依靠水介质的循环，实现压铸过程中的热平衡，其中水介质流量的控制大多依据操作工人的定时检测并使用手动球阀调整，模温不能实现动态热平衡，这种模式一方面增加了模具的制造和使用成本，另一方面也降低了模具的强度和使用寿命。

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，特提出一种主动式压铸模温控制设备及方法，解决了现有技术中模温不能实现动态热平衡的问题，同时也解决了模具的强度和使用寿命低的问题。

二、技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供一种主动式压铸模温控制设备，包括模温介质加热装置、用于连通模温介质加热装置和压铸模具的模温介质循环装置、以及用于数据监控的检测控制装置；

模温介质循环装置包括模温介质存储箱、高温磁力泵、控制阀门和热交换器；其中，模温介质存储箱、高温磁力泵、压铸模具、热交换器和模温介质加热装置顺序连通；热交换器上外接有模温介质冷却装置，通过模温介质冷却装置调控模温介质循环装置内模温介质的温度；

检测控制装置包括若干温度传感器、液位传感器和流量传感器。

其中，模温介质加热装置包括加热器和加热开关。

其中，模温介质冷却装置包括顺序连通的冷却水进口、冷却回路过滤网、冷却电磁阀、单向阀和冷却水出口，冷却水可流入热交换器并降低流经热交换器的模温介质的温度。

其中，热交换器设有模温介质进出口和冷却水进出口，冷却电磁阀在压铸模温控制装置开始工作时处于关闭状态。

其中，加热器采用多个加热功率的加热电器件组合，可以进行多级加热调节。

其中，主动式压铸模温控制装置还包括保护装置，保护装置包括超温报警装置、压力报警装置、液位报警装置以及电气报警装置。

其中，模温介质循环装置还包括至少一条流经压铸模具的模具管路，控制阀门位于模具管路上。

其中，模具管路数量为4条，模具管路上还设有温度传感器，其中2条模具管路上设有流量传感器和高温比例阀；压铸模具的动模和定模上分别设有一温度传感器。

其中，高温磁力泵与热交换器之间设有第一连通管路23，模温介质流经高温磁力泵后进入热交换器，模温介质存储箱与热交换器之间设有第二连通管路24。

一种主动式压铸模温控制方法，包括如下步骤：

开机启动，压铸模温控制装置进行自检，自检包括电器件、管路压力以及液位状态，如果存在故障需按照提示排除后再进行启动；

压铸开始前，首先设定压铸模具的预热上限值，模温介质加热装置开始工作，高温磁力泵推动管道中的模温介质在管路中循环流动，对压铸模具进行预热；

预热过程中，设置在加热器上的温度传感器用于监控模温介质的温度并进行反馈调节，直至压铸模具达到预热值；

压铸过程中，将流经压铸模具的模具管路上的模温介质出口温度预设值调整到冷却压铸模具需要的温度值，加热器和模温介质冷却装置配合工作，使得模温介质与压铸模具进行持续的热交换，实现压铸模具的热平衡；

压铸过程结束，通过模温介质冷却装置持续降温、然后回油到模温介质存储箱，关闭高温磁力泵及控制阀门。

三、有益效果

与现有技术相比，本发明提供的一种主动式压铸模温控制设备及方法，相比较已有的模温控制方法与装置，本发明可以对压铸模具快速均匀加热，同时还能实现闭环模温控制，实现压铸模具的动态热平衡，既可以保证压铸件的质量，又延长了压铸模具的使用寿命。

附图说明

图1为本发明主动式压铸模温控制设备的示意图1；

图2为本发明主动式压铸模温控制设备的示意图2；

图中：1为模温介质加热装置；2为模温介质冷却装置；4为压铸模具；6为加热器；7为加热开关；8为冷却水进口；9为冷却回路过滤网；10为冷却电磁阀；11为热交换器；12为单向阀；13为冷却水出口；14为模温介质存储箱；15为高温磁力泵；16为主回路压力表；17为控制阀门；18为主回路过滤网；19为高温比例阀；20为温度传感器；21为液位传感器；22为流量传感器；23为第一连通管路；24为第二连通管路。

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。

实施例1：

本发明实施例的一种主动式压铸模温控制设备，如图1、图2所示，包括模温介质加热装置1、用于连通模温介质加热装置1和压铸模具4的模温介质循环装置、以及用于数据监控的检测控制装置；

模温介质循环装置包括模温介质存储箱14、高温磁力泵15、控制阀门17和热交换器11；模温介质存储箱14、高温磁力泵15、压铸模具4、热交换器11和模温介质加热装置1顺序连通，具体来说，在模温介质循环装置上设有至少一条流经压铸模具4的模具管路24，控制阀门17位于模具管路24上；在压铸模具4和热交换器11之间还依次设有主回路过滤网18和单向阀12，通过主回路过滤网18实现对主回路中的模温介质的过滤，模温介质可以是高温导热油，也可以是掺杂纳米粒子的混合导热油，其中，高温导热油油膜温度为350℃，掺杂纳米粒子的混合导热油中含有质量百分比为0.005％～0.15％的纳米粒子，所掺杂的纳米粒子为石墨烯或氧化石墨烯；

高温磁力泵15的流量为L；

式中：V为支路模温介质流速，d为支路管径，n为支路数量；

本实施例中，模具管路24数量为4条，每条模具管路24上还设有温度传感器20，其中2条模具管路24上设有流量传感器22和高温比例阀19，即模温介质先通过高温比例阀19，具体的，高温比例阀19安装在温度变化梯度较大的2条模具管路24的进口处，在进入压铸模具4后，通过温度传感器20检测流出压铸模具4的模温介质的温度；压铸模具4的动模和定模上分别设有一温度传感器20，从而检测出模温介质在流经压铸模具4后的温度差ΔT，本实施例中，模温介质循环装置的最高使用温度350℃；

并且在热交换器11上外接有模温介质冷却装置2，通过模温介质冷却装置2调控模温介质循环装置内模温介质的温度，具体来说，模温介质冷却装置2包括顺序连通的冷却水进口8、冷却回路过滤网9、冷却电磁阀10、单向阀12和冷却水出口13，单向阀12打开后，冷却水可流入热交换器11并降低流经热交换器11的模温介质的温度，从而实现对模温介质的闭环模温控制，实现压铸模具的动态热平衡，冷却回路过滤网9用于过滤冷却水中的杂质使冷却水能够循环利用，通过单向阀12保证冷却水的单向流动，温介质冷却装置2的冷却功率为P1；

式中：k为安全系数，m为产品的质量，Q为总加热系数，S为每小时模数；

如图1所示，检测控制装置包括若干温度传感器20、液位传感器21和流量传感器22；具体来说，4个温度传感器20分别安装在模具管路24上压铸模具4的模温介质出口处、1个温度传感器20安装在热交换器11的模温介质的出口处、1个温度传感器20安装在加热器6的出口处、2个温度传感器20安装在压铸模具4的动模和定模上，液位传感器21安装在模温介质存储箱14中，1个流量传感器22安装在高温磁力泵15出口处，在2条设有高温比例阀19的模具管路24上，压铸模具4的模温介质出口处分别设有流量传感器22。

模温介质加热装置1包括加热器6和加热开关7，本实施例中，加热器6可以采用多个加热功率的加热电器件组合，进行多级加热调节，具体来说，通过选取2个10kW和1个20kW的加热器组合，最高可达到40kW的加热功率；加热器功率为P2；

式中，k为安全系数，M为压铸模具4的总质量，C为模具材料的比热，ΔT为模温介质温度差，t为加热时间；

在热交换器11设有模温介质的进出口和冷却水的进出口，通过模温介质的进出口将热交换器11接入模温介质循环装置的主回路，通过冷却水的进出口将热交换器11接入冷却回路，冷却电磁阀10在压铸模温控制装置开始工作时处于关闭状态。

本实施例中还设有可编程控制器PLC以及上位机，上位机通过通用485接口与PLC通讯连接，通过PLC实现对加热开关7开断的控制，对冷却电磁阀10开闭的控制，以及对高温比例阀19流量调节的控制，PLC还用于接收温度传感器20、液位传感器21和流量传感器22反馈的信号，本实施例的模温控制装置既可以作为单独使用，也可并入车间数字化管理系统。

实施例2：

相较于实施例1，本实施例中，高温磁力泵15与热交换器11之间设有第一连通管路23，其作用是调节模具管路24中的流量，使得模温介质循环装置的主回路中的压强基本保持稳定，并且在主回路上还设有主回路压力表16，在主回路压力表16和高温磁力泵15之间还设有一控制阀门17，通过主回路压力表16测量模温介质的压力；

同时，在模温介质流经高温磁力泵15后进入热交换器11，模温介质存储箱14与热交换器11之间设有第二连通管路24；其作用是当模温介质热胀冷缩体积变化时，模温介质存储箱14中的部分模温介质会通过第二连通管路24进入加热器6，在保证模温介质循环装置压力的同时，也保证模温介质循环装置中的流量基本维持恒定。

实施例3：

相较于实施例1，本实施例中，主动式压铸模温控制装置还包括保护装置，保护装置包括超温报警装置、压力报警装置、液位报警装置以及电气报警装置；具体来说，电气报警装置和超温报警装置为机械报警装置，当检测的温度达到设定上限时，超温报警装置启动并进行机械断电停止加热，当线路发生故障时，电气报警装置启动并进行机械断电停止加热，压力报警装置和液位报警装置为控制器报警，通过给可编程控制器PLC传输报警信号触发警报器报警。

实施例4：

相较于实施例1，本实施例中的一种主动式压铸模温控制方法，包括如下步骤：

开机启动，压铸模温控制装置进行自检，自检包括电器件、管路压力以及液位状态，如果存在故障需按照提示排除后再进行启动，具体的，液位传感器21如果检测到液位过低，则根据提示需要进行补油处理；

压铸开始前，首先设定压铸模具4的上限预热温度值，模温介质加热装置1开始工作，高温磁力泵15推动管道中的模温介质在管路中循环流动，对压铸模具4以分级加热的形式进行预热；

预热过程中，设置在加热器6上的温度传感器20用于监控模温介质的温度并进行反馈调节，直至压铸模具4达到预定的预热温度值，具体来说，当加热器6的出口处的模温介质温度远低于预热温度值时，加热器6将40kw功率全部打开，使得模温介质温度快速上升，大幅度降低加热时间；当加热器6的出口处的模温介质温度接近预热温度值时，加热器6进入调节模式，加热功率从40kw调整到20kw，使模温介质温度缓慢上升直至设定的预热温度值，提高了加热效率的同时，有效避免了可能由于温度滞后导致的加热器6的出口处的模温介质温度波动；

压铸过程中，将流经压铸模具4的模具管路24上的模温介质出口温度的预设值调整到冷却压铸模具4需要的温度值，加热器6和模温介质冷却装置2配合工作，使得模温介质与压铸模具4进行持续的热交换，实现压铸模具4的热平衡，

具体来说，可编程控制器PLC根据接收到的模具管路24上出口处的模温介质的温度值，同时结合其他位置的模温介质的温度值，实现对主回路中的模温介质温度的实时闭环调节，

当没有安装高温比例阀19的2条模具管路24上模温介质出口处的温度传感器20所测定的主回路温度值超过预设的预热温度值一定范围后，冷却电磁阀10打开，模温介质冷却装置2中进入冷却水将模温介质冷却，反之冷却电磁阀10关闭。

同时，可编程控制器PLC依据加热器6的出口处的温度传感器20的温度值调节加热器6的输出功率，使得加热器6的出口处的模温介质的温度维持在预设范围内，在高温磁力泵15的推动下，模温介质流入压铸模具4并进行持续的热交换，实现压铸模具4的降温；

压铸模具4的温度还可进行独立调节，具体来说，本发明还可以通过2条模具管路24上的高温比例阀19调节该支路中的模温介质的流量，实现对压铸模具4特定部位温度的单独调节；2个温度传感器20设置在压铸模具4的动模和定模上用来反馈模具的实际温度，高温比例阀19通过给定的模拟量大小调节阀门的开度，当温度传感器20反馈温度值上升时，高温比例阀19增大开度，使得该模具管路24的模温介质流量变大，模温介质和压铸模具4之间的热交换增大，使得模具温度回落；反之，当温度传感器20反馈温度下降时，高温比例阀19减小开度来减小相应模具管路24的模温介质的流量，使压铸模具4的温度回升。

压铸过程结束，通过模温介质冷却装置2持续降温、然后回油到模温介质存储箱14，关闭高温磁力泵15及控制阀门17。

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 (10)

1.一种主动式压铸模温控制装置，其特征在于，包括模温介质加热装置(1)、用于连通所述模温介质加热装置(1)和压铸模具(4)的模温介质循环装置、以及用于数据监控的检测控制装置；

所述模温介质循环装置包括模温介质存储箱(14)、高温磁力泵(15)、控制阀门(17)和热交换器(11)，所述模温介质存储箱(14)、高温磁力泵(15)、压铸模具(4)、热交换器(11)和模温介质加热装置(1)顺序连通；所述热交换器(11)上外接有模温介质冷却装置(2)，通过所述模温介质冷却装置(2)调控所述模温介质循环装置内模温介质的温度；

所述检测控制装置包括若干温度传感器(20)、液位传感器(21)和流量传感器(22)。

2.如权利要求1所述的一种主动式压铸模温控制装置，其特征在于，所述模温介质为高温导热油，或含有纳米粒子质量百分比为0.005％-0.15％的混合导热油。

3.如权利要求1所述的一种主动式压铸模温控制装置，其特征在于，所述模温介质冷却装置(2)包括顺序连通的冷却水进口(8)、冷却回路过滤网(9)、冷却电磁阀(10)、单向阀(12)和冷却水出口(13)，冷却水可流入热交换器(11)并降低流经所述热交换器(11)的模温介质的温度。

4.如权利要求3所述的一种主动式压铸模温控制装置，其特征在于，所述热交换器(11)设有模温介质进出口和冷却水进出口，所述冷却电磁阀(10)在压铸模温控制装置开始工作时处于关闭状态。

5.如权利要求1所述的一种主动式压铸模温控制装置，其特征在于，所述模温介质加热装置(1)包括加热器(6)和加热开关(7)，所述加热器(6)采用多个加热功率的加热电器件组合，可以进行多级加热调节。

6.如权利要求1所述的一种主动式压铸模温控制装置，其特征在于，所述主动式压铸模温控制装置还包括保护装置，所述保护装置包括超温报警装置、压力报警装置、液位报警装置以及电气报警装置。

7.如权利要求1所述的一种主动式压铸模温控制装置，其特征在于，所述模温介质循环装置还包括至少一条流经所述压铸模具(4)的模具管路(24)，所述控制阀门(17)位于所述模具管路(24)上。

8.如权利要求7所述的一种主动式压铸模温控制装置，其特征在于，所述模具管路(24)数量为4条，所述模具管路(24)上还设有温度传感器(20)，其中2条模具管路(24)上设有流量传感器(22)和高温比例阀(19)；所述压铸模具(4)的动模和定模上分别设有一温度传感器(20)。

9.如权利要求1所述的一种主动式压铸模温控制装置，其特征在于，所述高温磁力泵(15)与热交换器(11)之间设有第一连通管路(23)，模温介质流经高温磁力泵(15)后进入热交换器(11)，所述模温介质存储箱(14)与热交换器(11)之间设有第二连通管路(24)。

10.一种主动式压铸模温控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

开机启动，压铸模温控制装置进行自检，自检包括电器件、管路压力以及液位状态，如果存在故障需按照提示排除后再进行启动；

压铸开始前，首先设定压铸模具(4)的预热上限值，模温介质加热装置(1)开始工作，高温磁力泵(15)推动管道中的模温介质在管路中循环流动，对压铸模具(4)进行预热；

预热过程中，设置在加热器(6)上的温度传感器(20)用于监控模温介质的温度并进行反馈调节，直至压铸模具(4)达到预热值；

压铸过程中，将流经压铸模具(4)的模具管路(24)上的模温介质出口温度预设值调整到冷却压铸模具(4)需要的温度值，加热器(6)和模温介质冷却装置(2)配合工作，使得模温介质与压铸模具(4)进行持续的热交换，实现压铸模具(4)的热平衡；

压铸过程结束，通过模温介质冷却装置(2)持续降温、然后回油到模温介质存储箱(14)，关闭高温磁力泵(15)及控制阀门(17)。

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