CN113579223A - 一种基于体系热平衡技术的模具温度控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于体系热平衡技术的模具温度控制方法，运用体系热平衡原理，结合数值计算、在线测控方法调控模具温度场，实现对铸件冷却条件的准确调控。其特征包括如下步骤：首先，分析铸件冷却条件，获得铸件的温度场；然后，结合界面换热条件和体系传热，获得模具温度场；其次，结合铸造过程的温度场演变规律，获得模具的温度场演变规律；再次，明确模具测试温度点的温度演变函数；最后，运用模温控制手段，调控模具温度场分布，实现对铸件冷却条件的调控。采用本发明能够更准备的控制铸件冷却条件，减少凝固收缩类缺陷，达到提高铸件性能的目的。

Description

一种基于体系热平衡技术的模具温度控制方法

技术领域：

本发明属于铸造技术领域，具体的说就是提供一种基于体系热平衡技术的模具温度控制方法，采用本发明能够更准确的控制铸件冷却条件，减少凝固收缩类缺陷，达到提高铸件性能的目的。

背景技术：

铸造是指将液态合金浇注到具有与零件形状、尺寸相适应的型腔中,待其冷却、凝固后获得毛坯或零件的生产方法。铸造具有生产效率高、工艺灵活、成本低等特点，在工业领域的应用十分广泛。但是，铸造过程工艺控制水平的高低直接影响产品质量。在合金凝固过程中孤立熔体区域最终将形成缩孔、缩松缺陷，严重影响产品致密性和力学性能。

铸造生产过程中，通过模具吸收、散发合金液冷却凝固传输的热量，实现合金液的冷却凝固，或者最终铸件产品。合金液体冷却条件的差异，包括冷却速率、温度梯度等，严重影响铸件的凝固组织结构和铸件性能特征。为了提高铸件质量的稳定性和一致性，就要提高原材料和整个制造工艺的稳定性和一致性。铸件内部收缩类缺陷调控需要严格控制模腔系统温度，尤其是在连续生产过程中，其模具温度对应于生产循环发生周期性变化。在实际生产过程中，常采用模具温度加热系统、模具温度冷却系统等调控模腔系统的热量分配，控制铸件的冷却条件达到控制铸件内部质量的目的。专利《一种模具温度控制系统及控制方法》(申请号：CN201310268425.6)中介绍了一种模具温度控制方法，通过加热管平均温度与标定温度以及模腔的单点温度与标定温度之间的比对，实现了模具快速均匀升温。尽管通过调控温度可以改善模具温度分布，而事实上模腔系统要工作较长时间达到热量平衡后，才能实现模具温度周期性的稳定变化，最终实现铸件产品质量的一致性。很显然，温度只是间接反映热量变化的一个测定参数，单纯的温度点检测技术难以稳定调控模腔散热行为。

基于此，迫切需要开发一种更好的模具温度测控手段，以获得合理的模具温度场分布和散热条件，进而满足高稳定的铸件产品生产的模具控温要求。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于体系热平衡技术的模具温度控制方法，采用本发明能够更准备的控制铸型温度与热量分布，稳定调控铸件冷却条件，实现铸件生产质量的稳定性和一致性。

本发明的技术方案如下：

一种基于体系热平衡技术的模具温度控制方法，首先，依据数值模拟方法获得优化工艺条件下铸件在模腔中的冷却条件；其次，结合实验测得铸件界面换热变量求得模腔系统的温度分布，并结合实验验证铸件温度场分布预测结果；然后，基于铸造生产的开合模过程，数值模拟计算整个工艺循环过程中模具热量的变化情况，明确模具温度分布变化情况，获得预测温度曲线；再次，依据模腔结构特征，确定模具厚度方向上的特征温度测试位置，提取特征点的温度变化规律，并作为模具的温度测试点；最后结合模具冷却系统，以模具厚度方向上多个特征点的温度控制为目标参量，控制铸造工艺循环过程中的模具温度。

本发明的有益效果在于：

1.基于热量守恒原理，采用热量传输计算方法获得了模具体系的温度分布，保证了铸造过程的模具传热冷却条件，确保铸件冷却条件的一致性。

2.该种方法在于建立起生产循环过程中模具温度场随时间的变化函数关系，并利用模具整体热量的调控方法，达到控制模具温度场分布的目的，具有更高的可靠性。

附图说明：

图1为模具温度场控制调控方法流程图，图2所示为单个成形循环周期中靠近模具内表面特征点温度随时间的变化关系。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。

参见图1和图2，本发明所提供的一种基于体系热平衡技术的模具温度控制方法，包括以下工作步骤：

①铸件温度场分析。依据数值模拟的方法获得优化工艺条件下模腔铸件的冷却条件；

②模具温度场计算与验证。结合实验测得铸件界面换热变量求得模具温度分布，并结合实验对铸件温度场分布进行验证；

③铸造过程模具温度演变预测。基于生产开合模过程，数值模拟计算整个工艺循环过程中模具热量的变化情况，明确模具温度分布随时间的变化情况，预测工艺过程模具温度演变规律；

④模具温度测试点温度变化函数。依据型腔结构特征及凝固行为，确定特征温度测试位置，提取模具厚度方向上特征点的温度变化规律，并获得模具温度测试点的温度-时间函数；

⑤模具温度动态调控。结合模具温度冷却系统，以多个特征点的温度-时间函数为控制目标参量，控制工艺循环过程中的模具温度。

实施例1

以低压铸造铝合金油底壳件为例，首先，采用Anycasting铸造模拟软件对该铸件铸造工艺进行优化设计，考察充入型腔中合金熔体冷却凝固过程的热量分布和温度随时间变化关系；其次，采用实验方法获得低压铸造过程中铸件、模具不同位置的温度分布，及其在生产过程随时间的变化关系，获得铸造过程中界面换热系数变量，依据热平衡计算方法获得模具温度场的变化规律，并依据实验结果优化边界换热模型；然后，基于低压铸造过程中开模-喷涂-合模-浇注-冷却等生产环节，运用模拟计算工具获得整个过程中模具热量的变化情况，明确模具温度分布变化情况，获得预测温度-时间曲线并进行验证；再次，依据铸件结构特征和热节附近的温度分布，明确并选择温度测试特征位置，提取特征点的温度-时间函数，并作为模具温度测试点检测温度变化；最后，在模具厚度方向上的多个温度测试点安放热电偶，实时检测温度随时间的变化，并与测试点预测温度值进行比较，结合模具冷却系统，以多个测试点的温度-时间函数为控制目标参量，调控工艺循环过程中的模具温度分布。通过该方法控制模具温度场分布，铸件产品生产稳定性提高20％。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种基于体系热平衡技术的模具温度控制方法，其特征在于，按照如下步骤：

首先，采用数值模拟方法，获得优化工艺条件下模腔铸件的冷却行为，分析成型过程模腔铸件温度场变化；

然后，结合实验测得铸件界面换热和模具材料变量，计算获得模具温度分布，并结合实验验证模具温度场；

其次，基于生产开合模过程，数值模拟计算整个工艺循环过程中模具热量的变化情况，明确模具厚度方向测试点温度随时间的变化规律，预测铸造过程模具温度场演变规律；

再次，依据模腔结构特征及凝固行为，确定模具厚度方向的特征温度测试位置，提取特征点的温度随时间变化规律，并作为模具温度测试点温度变化函数；

最后，采用模具温度冷却系统，以模具厚度方向的特征温度测试位置的温度控制为目标，控制工艺循环过程中的模具温度和热量分配，实现对铸件冷却条件的调控。

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