CN115495454B - 一种铝车轮铸造成型工艺过程表征方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝车轮铸造成型领域，尤其涉及一种铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，包括：按照固定频率采集目标车轮铸造过程模具的相关数据信息；基于所采集的铸造设备开合模信号，将采集的数据进行存储；基于采集的温度数据，对其进行降噪处理；基于所处理的温度和对应采集时间建立多维矩阵，并对矩阵进行变换得出采集时间下的温度变化量；对采集的铸造过程数据和处理后的数据建立以时间为统一度量的铝车轮铸造成型工艺过程图。通过本发明，解决了铝车轮低压铸造成型过程无法直观表征的技术问题，对铝车轮低压铸造过程进行数字化精准描述，提供了铸造工艺调整的量化依据，极大简化了铸造工艺优化过程，提高了铸造工艺优化效率。

Description

一种铝车轮铸造成型工艺过程表征方法

技术领域

本发明涉及铝车轮铸造成型领域，更具体的，涉及一种铝车轮铸造成型工艺过程表征方法。

背景技术

汽车零部件生产中，铝车轮的铸造是最为关键的一环，铝车轮直接与汽车的安全性挂钩，而铝车轮由于产品造型多样，铸造工艺参数多，影响铸造过程稳定的因素多，将这些因素对铸造过程的影响直观的表征出来进行及时调整工艺或废料处理是十分必要的。

相关技术中，影响铸造质量的强相关因素为模具温度，包括模具温度数值、模具温度分布。铸造炉膛压力的变化，冷却通道的开闭均能够直观反应在模具温度变化上。但由于人工不可能直接观察铸造过程中模具温度变化的情况，只能采用根据已完成铸造的铝车轮内部质量情况对铸造过程进行人工评价。也有通过热感相机采集模具开模取件过程的模具型腔面温度的形式进行铸造情况判断，但模具开模时与空气热交换情况复杂，采集的时间点不同，温度数据就会发生变化，且仅仅依靠一个时间点的模具型腔温度情况无法完整还原整个铸造过程模具温度变化的情况，还可能会导致给人工错误判断的依据。在上述无法直观表征模具温度与铸造工艺的直接关联关系情况下，人工只能依靠经验主观进行铸造工艺调整，易造成调整时间长，废料增加的情况。

针对相关技术中存在的上述无法直观表征铝车轮铸造成型过程的问题，目前尚未发现有效的解决方案。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种铝车轮铸造成型工艺过程表征方法。

为实现上述目的，本发明提供一种铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，其特征在于，包括：

步骤1，通过上位机系统按照固定频率连续采集车轮铸造过程的模具若干关键位置温度、冷却管路开闭信号、铸造炉膛压力、铸造设备开合模信号、铸造工艺、时间的相关数据信息；

步骤2，基于采集到的铸造设备开合模信号，对连续采集的数据以单个车轮为单位进行数据的切片处理，并将同一车轮生产过程的数据统一赋予唯一ID进行存储；

步骤3，将单个车轮生产过程进行数据检索，对采集到的每个模具关键位置的温度按照采集时间先后顺序进行排序，随后用移动窗口方法进行基于时间序列的温度数据降噪；

步骤4，基于所处理后的温度和对应采集时间建立多维矩阵，通过矩阵变换得到采集时间对应的温度变化量；

步骤5，建立具有同一ID的单个车轮以时间为统一度量的铝车轮铸造成型工艺过程图。

进一步地，在所述步骤1中，所述模具若干关键位置温度中的关键位置包括：顶模、底模、边模的关键热节与冷节的位置，其中，

顶模的关键位置包括，顶模法兰位置、顶模轮辐中间位置，

底模的关键位置包括底模冒口位置、底模轮辐与轮辋过渡位置；

边模的关键位置包括边模外轮缘位置、边模内轮缘位置。

通过在铸造模具顶模法兰位置、顶模轮辐中间位置、底模冒口位置、底模轮辐与轮辋过渡位置、边模外轮缘位置、边模内轮缘位置加装测温热电偶，热电偶测温端点距离模具型腔面直线最近距离3-7mm，同一套模具的距离相同。

进一步地，所述模具若干关键位置温度的温度采集通过在对应位置加装测温热电偶，并将热电偶连接至铸造设备PLC温度通讯采集模块进行数据采集。

进一步地，所述冷却管路开闭信号、所述铸造炉膛压力、所述铸造设备开合模信号、所述铸造工艺的采集应用上位机系统通过工业以太网与铸造设备PLC建立连接进行采集，采集的数据信息内容包括：冷却管路开闭信号对应点位开闭布尔值、铸造炉膛压力对应点位数值、铸造设备开合模信号对应点位布尔值、铸造工艺对应点位数值。

进一步地，采集的时间数据信息为上位机系统时间，便于与冷却管路开闭信号、铸造炉膛压力、铸造设备开合模信号、铸造工艺采集数据的对应。

带有热电偶的模具安装至铸造设备后，将热电偶通过热电偶延长线连接至铸造设备可编程逻辑控制器（PLC）的温度采集模块。

进一步地，使用上位机系统的通讯采集模块通过工业以太网与铸造设备PLC建立连接，按照固定频率1-10Hz采集相关PLC点位的温度数值、冷却管路开闭布尔值、铸造炉膛压力数值、铸造设备开合模布尔值、铸造工艺数值。

进一步地，在所述步骤2中，存储的每个车轮铸造过程数据包括：采集时间、该时间下热电偶温度数值、该时间下铸造炉膛压力、该时间下冷却通道开闭布尔值、铸造工艺、时间。

在步骤3中，根据所述存储的温度数据，对其进行降噪处理。

进一步地，对温度数据进行以单个车轮生产过程进行数据检索，对采集到的温度和每个模具关键位置的温度按照时间先后顺序进行排序；

进一步地，用移动窗口方法进行基于时间序列的温度数据降噪；

进一步地，将降噪处理后的温度数据按照步骤2中所述唯一ID和采集时间对应进行数据存储。

在步骤4中，变换矩阵过程如下：

再做如下矩阵变换，最终得到采集时间对应的温度变化量矩阵：

进一步地，将温度变化量数据按照步骤2中所述唯一ID和采集时间对应进行数据存储。

进一步地，在所述步骤5中，铝车轮铸造成型工艺过程图包括：

用于表征铝车轮铸造过程模具关键位置温度的曲线；

用于表征铝车轮铸造过程模具冷却管路开闭区间的棒状图图像；

用于表征铝车轮铸造过程炉膛压力工艺节点线；

用于表征铝车轮铸造过程模具温度变化量的曲线和升温辅助标线；

用于表征铝车轮铸造过程设备动作的标注。

进一步地，铝车轮铸造成型工艺过程图横坐标范围为该单个车轮从铸造合模开始到下次铸造合模开始的采集时间范围。

所述的用于表征铝车轮铸造过程模具关键位置的温度曲线，横坐标为上述采集时间，纵坐标为温度，曲线所用温度数值为经过步骤3处理后的温度数值，每个模具关键位置单独形成一条，共6条温度曲线。

进一步地，温度曲线为将每个采集时间对应温度数值形成的数据点用直线连接相邻两点，形成温度曲线。每条温度曲线均有图例。

所述的用于表征铝车轮铸造过程模具冷却管路开闭区间的棒状图图像，横坐标为上述采集时间，每条冷却管路均形成各自的棒状图图像，取该条冷却管路开启的时间点和关闭的时间点，采用直线沿平行横坐标方向连接两个时间点形成该冷却管路开闭区间棒状图图像。

进一步地，每个棒状图图像均有图例。每个图例位置均在对应棒状图图像附近。

所述的用于表征铝车轮铸造过程的炉膛压力变化节点线，横坐标为上述采集时间，取铸造炉膛压力增压完毕、浇铸压力完毕、升压压力完毕、保压压力完毕和泄压开模5个时间点，沿垂直于横坐标方向形成贯穿于整个铝车轮铸造成型工艺过程图的多条直线；

进一步地，每条压力变化节点线均有图例，每个图例位置均在对应压力变化节点线附近。

所述的用于表征铝车轮铸造过程模具温度变化量的曲线，横坐标为上述采集时间，纵坐标为温度变化量，曲线所用温度变化量数值为经过步骤4处理后的温度变化量数值，每个模具关键位置单独形成一条，共6条温度变化量曲线。

进一步地，温度变化量曲线为将每个采集时间对应温度变化量数值形成的数据点用直线连接相邻两点，形成温度变化量曲线。每条温度变化量曲线均有图例。

所述的用于表征铝车轮铸造过程模具温度升温辅助标线，为以上述温度变化量曲线为基础，在纵坐标为0的位置，平行于横坐标形成贯穿整个铝车轮铸造成型工艺过程图的1条直线。

所述的用于表征铝车轮铸造过程模具关键位置的温度曲线、用于表征铝车轮铸造过程模具冷却管路开闭区间的棒状图图像、用于表征铝车轮铸造过程的炉膛压力变化节点线、用于表征铝车轮铸造过程模具温度变化量的曲线和升温辅助标线、用于表征铝车轮铸造过程设备动作的标注，均以不覆盖其他图、曲线为宜。

进一步地，基于上述的表征铝车轮铸造过程模具关键位置的温度曲线，从单个曲线数值可以表征整个铸造过程该位置的温度情况，从多个曲线可以表征整体模具温度场随时间变化的情况；

进一步地，基于上述的表征铝车轮铸造过程模具冷却管路开闭区间的棒状图图像，各个冷却棒状图图像与铸造炉膛保压压力完毕和开模信号的位置关系可以表征该冷却通道作用情况，其与该冷却管路附近的温度曲线关联可以表征该冷却对模具温度影响效果；

进一步地，基于所述的用于表征铝车轮铸造过程模具温度变化量的曲线和升温辅助标线，各温度变化量曲线与升温辅助标线在铸造炉膛增压完毕和铸造炉膛升压完毕区间内的交点表征了铝液到达该模具位置的时间点，尤其是边模内轮缘位置温度变化量曲线与升温辅助标线在模具变化量曲线与升温辅助标线关系位置的交点表征了铸造充型完毕的实际时间点，其与铸造炉膛浇铸压力完毕的对照关系能够为压力工艺的优化提供指导。

本发明还公布一种用于铝车轮铸造成型工艺过程表征的系统，应用于上述的铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，包括：通讯采集模块，存储模块，处理模块。

通讯采集模块，通过工业以太网与铸造设备PLC之间通讯；按照固定频率采集目标车轮铸造过程的模具多个位置温度、冷却管路开闭信号、铸造炉膛压力、铸造设备开合模信号、铸造工艺、采集时间，其中模具多个位置温度包括顶模、底模、边模多个关键热节或冷节位置的温度。

存储模块，用于存储通讯采集模块采集到的数据；基于所采集的铸造设备开合模信号，将采集的数据按照单个车轮铸造过程在数据库中以唯一ID进行存储以便于查找单个车轮所有铸造过程数据。

处理模块，用于处理存储模块内的数据。基于所述采集的温度数据，对其进行降噪处理；基于所处理的温度和对应采集时间建立多维矩阵，并对矩阵进行变换得出采集时间下的温度变化量；基于所述的具有同一ID的单个车轮所采集的铸造过程数据和处理后的数据建立以时间为统一度量的单个铝车轮铸造成型工艺过程图来表征铝车轮铸造工艺过程。

进一步地，所述通讯采集模块包括：通过在铸造模具顶模法兰位置、轮辐中间位置、底模冒口位置、轮辐与轮辋过渡位置、边模外轮缘位置、边模内轮缘位置加装测温热电偶，并将热电偶连接至铸造设备PLC温度采集模块。

进一步地，所述通讯采集模块还包括：使用上位机系统通过工业以太网与铸造设备PLC建立连接，按照固定频率采集相关PLC点位的热电偶数值、冷却管路开闭布尔值、铸造炉膛压力数值、铸造设备开合模布尔值、铸造工艺数值。

进一步地，所述存储模块包括：基于采集到的铸造设备开合模信号，对连续采集的数据进行以单个车轮为单位的数据切片处理，并将同一车轮生产过程的数据统一赋予唯一ID进行存储，存储的每个车轮铸造过程数据包括：采集时间、该时间下热电偶数值、该时间下铸造炉膛压力数值、该时间下冷却通道开闭布尔值、铸造工艺数值；

进一步地，所述处理模块包括：根据所述存储的温度数据，对其进行降噪处理，包括：以单个车轮生产过程进行数据检索，对采集到的模具关键位置的温度按照时间先后顺序进行排序，将排序后的温度数据进行降噪处理；

进一步地，所述处理模块还包括：根据所述的处理后的温度和对应采集时间建立多维矩阵，通过矩阵变换，得到采集时间对应的温度变化量；

进一步地，所述处理模块还包括：建立以时间为统一度量的单个铝车轮铸造成型工艺过程图，包括：用于表征铝车轮铸造过程模具关键位置的温度曲线；用于表征铝车轮铸造过程模具冷却管路开闭区间的棒状图图像；用于表征铝车轮铸造过程的炉膛压力变化节点线；用于表征铝车轮铸造过程模具温度变化量的曲线和升温辅助标线；用于表征铝车轮铸造过程设备动作的标注。

本发明还公布一种存储介质，应用于上述的铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，其特征在于，所述存储介质包括存储的系统，所述系统运行时能够执行铝车轮铸造成型工艺过程表征方法中任一步骤。

本发明还公布一种电子设备，应用于上述的铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，其特征在于，包括：处理模块、通信接口、存储模块和通信总线，其中，所述处理模块，所述通信接口和所述存储模块通过所述通信总线完成相互间的通信；

所述存储模块用于存放计算机程序；

所述处理模块用于通过运行所述存储模块上所存放的计算机程序，处理模块运行所述计算机程序能够执行铝车轮铸造成型工艺过程表征方法中的步骤。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明按照固定频率采集目标车轮铸造过程的模具多个位置温度、冷却管路开闭信号、铸造炉膛压力、铸造设备开合模信号、铸造工艺、时间，其中模具多个位置温度包括顶模、底模、边模多个关键热节或冷节位置的温度；基于所采集的铸造设备开合模信号，将采集的数据按照单个车轮铸造过程在数据库中以唯一ID进行存储以便于查找单个车轮所有铸造过程数据；基于所述采集的温度数据，对其进行降噪处理；基于所处理的温度和对应采集时间建立多维矩阵，并对矩阵进行变换得出单位时间下的温度变化量；基于所述的具有同一ID的单个车轮所采集的铸造过程数据和处理后的数据建立以时间为统一度量的铝车轮铸造成型工艺过程图，解决了铝车轮低压铸造成型过程无法直观表征的技术问题，可以对铝车轮低压铸造过程进行数字化精准描述，提供了铸造工艺调整的量化依据，极大简化了铸造工艺优化过程，提高了铸造工艺优化效率。

附图说明

图1是本发明实施例的一种铝车轮铸造成型工艺过程表征系统结构框图；

图2是本发明实施例的一种铝车轮铸造成型工艺过程表征方法流程图；

图3是本发明实施例的铝合金车轮铸造模具加装热偶位置示意图；

图4是本发明实施例的数据存储结构图；

图5是本发明实施例的模具温度数据降噪效果图；

图6是本发明实施例的模具温度变化量计算结果图与模具温度降噪数据图；

图7是本发明实施例的铝车轮铸造成型工艺过程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

请参阅图1所示，其为本发明实施例的一种铝车轮铸造成型工艺过程表征系统的结构框图。

本发明公布了一种铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，所述方法实施例可以在控制器、个人计算机、服务器、控制设备或者类似的电子设备中执行。以运行在个人计算机为例，如图1所示，个人计算机可以包括一个或多个处理模块102和用于存储数据的存储模块104，还包括用于通信采集功能的模块106及输入输出模块108。本领域普通技术人员可以理解，图1所示的结构仅为示意，其并不对上述个人计算机的结构造成限定。例如，个人计算机还可包括比图1中所示更多或者更少的组件，或者具有与图1所示不同的配置。

存储模块104可用于存储操作个人计算机的程序，例如，应用软件的软件程序以及模块，如本发明实施例中的一种铝车轮铸造成型工艺过程表征系统，处理模块102通过运行存储在存储模块104内的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，即实现上述的方法。存储模块104可包括高速随机存储模块，还可包括非易失性存储模块，如一个或者多个磁性存储装置、闪存、或者其他非易失性固态存储器。在一些实例中，存储模块104可进一步包括相对于处理模块102远程设置的存储模块，这些远程存储模块可以通过网络连接至个人计算机。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

通讯采集模块106用于经由一个网络接收或者发送数据。在一个实例中，通讯采集模块106包括一个网络适配器，其可通过基站与其他网络设备相连从而进行通讯。在一个实例中，通讯采集模块106可以为以太网模块。

请继续参阅图2，图2为本发明实施例的一种铝车轮铸造成型工艺过程表征方法流程图，本发明公布的一种铝车轮铸造成型工艺过程表征方法包括：

步骤1，按照1Hz的固定频率采集目标车轮铸造过程的模具多个位置温度、模具冷却管路开闭信号、铸造炉膛压力、铸造设备开合模信号、铸造工艺、时间。本实施例的一个实施方式中，目标车轮铸造模具的多个温度采集位置包括顶模、底模、边模多个关键热节或冷节位置的温度。模具的多个关键位置温度的温度采集通过在对应位置加装测温热电偶，并将热电偶连接至铸造设备PLC温度通讯采集模块进行数据采集。加装测温热电偶的位置图参考图3所示，其为本发明实施例的铝合金车轮铸造模具加装热偶位置示意图，顶模302、底模304和四个边模306构成完整的铝车轮铸造模具结构。顶模302的法兰位置3021和轮辐中间位置3022位置是在铸造过程中的模具热节位置，因此在顶模法兰位置3021和顶模轮辐中间位置3022加装热偶。底模304冒口位置是决定铸造完成的模具关键位置，轮辐根部位置是在铸造过程中的模具冷节位置，因此在底模冒口位置3041和底模轮辐与轮辋过渡位置3042加装热偶。边模306内轮缘位置决定充型质量，外轮缘位置决定轮辋质量，因此在边模内轮缘位置3061和边模外轮缘位置3062加装热偶。本领域普通技术人员可以理解，图3所示的结构仅为示意，其并不对上述模具的结构或热偶放置的具体位置造成限定。本领域普通技术人员可以理解，冷却管路开闭信号、铸造炉膛压力、铸造设备开合模信号、铸造工艺、采集时间在不同的工厂可能存在不同的名称，在不同的铸造设备PLC上可能存在不同点位，其并不对上述采集的数据造成限定。

步骤2，基于所采集的铸造设备开合模信号，将采集的数据按照单个车轮铸造过程在数据库中以唯一ID进行存储以便于查找。本实施例的一个实施方式中，目标车轮铸造过程采集的数据以“采集铸造设备编号_合模信号时间”作为单个车轮的唯一ID检索。模具温度数据存储结构参考图4所示，其为本发明实例的一种铝车轮铸造成型工艺过程表征方法的模具温度数据存储结构示意图，其中CurveName字段作为检索ID404，通过该字段的值可以检索出该车轮的铸造工艺ID401、铸造模具ID402、采集时间403、铸造设备开合模信号405、模具温度数据406、铸造炉膛压力407、冷却管路开闭信号408。本领域普通技术人员可以理解，上述采集的数据存储结构仅为示意，其并不对上述采集的数据结构造成限定。

步骤3，基于所述采集的模具关键位置温度数据，对其进行降噪处理。本实施例的一个实施方式中，目标车轮铸造过程采集的模具关键位置温度数据，首先通过检索获取到单个车轮某个模具位置的温度数据，按照采集时间的先后顺序进行排序。采用移动窗口方法进行基于时间序列的温度数据降噪，其中移动窗口宽度设置为5，设置窗口中心为3，并控制窗口区间端点的闭合情况为不闭合。模具温度数据降噪效果图参考图5所示，其为根据本发明实例的一种铝车轮铸造成型工艺过程表征方法的模具温度数据降噪效果图，其中Temperature为某模具铸造一个车轮全过程的顶模法兰位置温度数据曲线图，采集频率为1Hz，TemperatureRolling为经过移动窗口方法进行降噪处理后的温度数据曲线图，使用python语言、pandas数据处理包的pandas.DataFrame.rolling函数进行移动窗口处理、matplotlib包的matplotlib.pyplot 函数进行图像展示。本领域普通技术人员可以理解，上述温度数据降噪处理的方法仅为示意，使用的编程语言、函数仅为示意，其并不对上述数据降噪处理的方法造成限定。

步骤4，基于所处理的温度和对应采集时间建立多维矩阵，并对矩阵进行变换，得到采集时间对应的温度变化量。本实施例的一个实施方式中，目标车轮铸造过程采集的模具温度数据经过降噪处理后，与采集时间对应形成一个多维矩阵，将此矩阵进行如下初等行变换：

再做如下矩阵变换，最终得到采集时间对应的温度变化量矩阵：

图6是根据本发明实例的一种铝车轮铸造成型工艺过程表征方法的模具温度变化量计算结果图与模具温度降噪数据图。其中TemperatureRolling为经过移动窗口方法进行降噪处理后的温度数据曲线602，TemperatureDerivative为经过矩阵变换后的模具温度变化量曲线604，其两者的横坐标均可用采集时间进行统一。模具温度变化量数据曲线与模具温度升温辅助标线的交点608为铝液到达该模具测温位置的表征点。本领域普通技术人员可以理解，上述温度变化量计算的方法仅为示意，其并不对上述温度变化量计算的方法造成限定。

步骤5，基于所述的具有同一ID的单个车轮所采集的铸造过程数据和上述处理后的数据建立以采集时间为统一度量单个横坐标的铝车轮铸造成型工艺过程图。本实施例的一个实施方式中，目标车轮铸造过程采集的数据经过检索和处理后，得到一个车轮铸造过程的数据，首先建立采集时间为统一度量横坐标，随后绘制出用于表征铝车轮铸造过程模具关键位置温度的曲线、用于表征铝车轮铸造过程模具冷却管路开闭区间的棒状图图像、用于表征铝车轮铸造过程的炉膛压力工艺节点线、用于表征铝车轮铸造过程模具温度变化量的曲线和升温辅助标线、和用于表征铝车轮铸造过程设备动作的标注线。

图7是根据本发明实例的具有同一ID的单个车轮所采集的铸造过程数据和处理后的数据建立以采集时间为统一度量的铝车轮铸造成型工艺过程图。

其中，0s位置为铸造模具合模信号700，代表模具合模完毕，本车轮铸造过程开始；铸造炉膛压力710-713，分别表征了铸造过程的增压完成（铸造炉膛增压完毕710）、浇铸（铸造炉膛浇铸压力完毕711）、升压（铸造炉膛升压压力完毕712）、保压（铸造炉膛保压压力完毕713）和泄压开模（开模信号702）5个阶段；

顶模轮辐中间位置温度曲线720、边模内轮缘位置温度曲线721、底模冒口位置温度曲线722、底模轮辐与轮辋过渡位置温度曲线723、边模外轮缘位置温度曲线724、顶模法兰位置温度曲线725分别表征了模具上各个关键位置温度随时间变化的情况，从单个曲线数值可以表征整个铸造过程该位置的温度情况，从多个曲线可以表征整体模具温度场随时间变化的情况；

顶模分流锥水冷却开启区间棒状图图像730、顶模法兰风冷却开启区间棒状图图像731、顶模斜面水冷却开启区间棒状图图像732、顶模轮辐中间风冷却开启区间棒状图图像733、顶模轮辐根部风冷却开启区间棒状图图像734、底模冒口风冷却开启区间棒状图图像735、底模轮辐根部风冷却开启区间棒状图图像736、边模水冷却开启区间棒状图图像737分别表征了模具上各个冷却管路开启的情况，冷却棒状图图像左端对应的横坐标值为该冷却管路开启时间点，冷却棒状图图像右端对应的横坐标值为该冷却管路关闭时间点，冷区棒状图图像长度表征了该冷却管路开启的时间，文字标注说明了该冷却管路位置和冷却方式，其与铸造炉膛保压压力完毕713和开模信号702的位置关系可以表征该冷却作用情况，其与该冷却管路附近的温度曲线关联可以表征该冷却对模具温度影响效果；

顶模法兰位置温度变化量曲线740、顶模轮辐中间位置温度变化量曲线741、边模内轮缘位置温度变化量曲线742、底模冒口位置温度变化量曲线743、底模轮辐与轮辋过渡位置温度变化量曲线744、边模外轮缘位置温度变化量曲线745分别表征了模具上各个关键位置温度变化量随时间变化的情况，各曲线与升温辅助标线750在铸造炉膛增压完毕710和铸造炉膛升压完毕712区间内的交点表征了铝液到达该模具位置的时间点，尤其是边模内轮缘位置温度变化量曲线742与升温辅助标线750在模具变化量曲线与升温辅助标线关系位置751的交点表征了铸造充型完毕的实际时间点，其与铸造炉膛浇铸压力完毕711的对照关系能够为压力工艺的优化提供指导。

本实施例通过上位机系统按照固定频率采集目标车轮铸造过程的多个数据，形成了具有同一ID的单个车轮所采集的铸造过程数据和处理后的数据建立以时间为统一度量的铝车轮铸造成型工艺过程图用于表征铸造过程，解决了铝车轮低压铸造成型过程无法直观表征的技术问题，实现了对铝车轮低压铸造过程进行数字化精准描述，提供了铸造工艺调整的量化依据，极大简化了铸造工艺优化过程，提高了铸造工艺优化效率。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件系统的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，该软件系统存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备执行本发明实施例所述的方法。

在铝车轮铸造成型工艺过程表征系统的处理模块中设置有顶模轮辐中间位置温度标准曲线函数f(t0)、边模内轮缘位置温度标准曲线函数f(t1)、底模冒口位置温度标准曲线函数f(t2)、底模轮辐与轮辋过渡位置温度标准曲线函数f(t3)、边模外轮缘位置温度标准曲线函数f(t4)、顶模法兰位置温度标准曲线函数f(t5)，处理模块分别将采集得到的顶模轮辐中间位置温度曲线720、边模内轮缘位置温度曲线721、底模冒口位置温度曲线722、底模轮辐与轮辋过渡位置温度曲线723、边模外轮缘位置温度曲线724、顶模法兰位置温度曲线725与和其对应的标准曲线函数进行对比，判定各温度采集位置是否存有温度偏差，并根据偏差对低压铸造过程进行质量评判。

在将温度曲线72i与标准曲线函数f(ti)进行对比时，i=0,1,2,3,4,5，处理模块选取将温度曲线72i与标准曲线函数f(ti)相对应的任一时刻tk，在温度曲线72i中tk时刻的温度值为Pk，在标准曲线函数f(ti)中tk时刻的温度值为Qk，处理模块计算Pk与Qk差值的绝对值D,D=∣Pk-Qk∣，处理模块中设置有任一时刻温度差值评价值Dz，处理模块将D与温度差值评价值Dz进行对比，

当D≤Dz，处理模块判定温度曲线72i中tk时刻的温度在正常区间；

当D＞Dz，处理模块判定温度曲线72i中tk时刻的温度在非正常区间。

处理模块对温度曲线72i中所有时刻的点进行与标准曲线函数f(ti)进行对比，对比方法与任一时刻tk点温度对比的方法相同。

当温度曲线72i中存有温度在非正常区间的时刻时，所述处理模块对在非正常区间的时间点进行整合，记录温度曲线72i的非正常温度总时长Ci，对于温度曲线72i处理模块中设置有非正常温度总时长评价参数Cz，处理模块将温度曲线72i的非正常温度总时长Ci与非正常温度总时长评价参数Cz进行对比，

当Ci≤Cz时，所述处理模块判定温度曲线72i的非正常温度在合理范围；

当Ci＞Cz时，所述处理模块判定温度曲线72i的非正常温度在不合理范围，温度曲线72i所对应位置可能存有风险，对其进行重点质量检测。

当温度曲线72i中不存在温度在非正常区间的时刻时，处理模块直接判定温度曲线72i的非正常温度在合理范围。

当温度曲线72i中i值代表的数值不同时，温度差值评价值Dz与非正常温度总时长评价参数Cz的数值不同。

当所述处理模块判定温度曲线72i的非正常温度在合理范围时，处理模块计算温度曲线72i与标准曲线函数f(ti)的相似偏差值Ei，

其中，T为温度曲线72i的监测时长，所述处理模块中设置有相似偏差值评价参数Ez，处理模块将相似偏差值Ei与相似偏差值评价参数Ez进行对比，

当Ei≤Ez时，处理模块判定判定温度曲线72i的相似偏差值在合理范围；

当Ei＞Ez时，所述处理模块判定温度曲线72i的相似偏差值在不合理范围，温度曲线72i所对应位置可能存有风险，对其进行重点质量检测。

通过内设标准曲线函数，获取各监测点的温度变化情况是否在合理范围，能够提前判定生产产品的质量，降低后期检测压力，加快生产流程。

所述处理模块分别将采集得到的顶模轮辐中间位置温度曲线720、边模内轮缘位置温度曲线721、底模冒口位置温度曲线722、底模轮辐与轮辋过渡位置温度曲线723、边模外轮缘位置温度曲线724、顶模法兰位置温度曲线725与和其对应的标准曲线函数进行对比，并将各曲线的非正常温度总时长和相似偏差值进行整合，整合完成后计算单个车轮的铸造过程评分M，

/>

其中，ai为非正常温度总时长Ci对铸造过程评分的计算补偿参数，bi为相似偏差值Ei对铸造过程评分的计算补偿参数，i值代表的数值不同时，ai与bi数值不同，计算补偿参数的作用有两个，一是平衡等式左右纲量，二是调整计算结果。

所述处理模块内设置有第一预设铸造过程评分参数M1，第二预设铸造过程评分参数M2，处理模块将铸造过程评分M与第一预设铸造过程评分参数M1，第二预设铸造过程评分参数M2分别进行对比，

当M≤M1时，所述处理模块判定对应的车轮质量为一级；

当M1＜M≤M2时，所述处理模块判定对应的车轮质量为二级；

当M＞M2时，所述处理模块判定对应的车轮质量为三级；

不同等级的车轮检测时重点关注度不同，级数数字越小，代表铸造过程质量越高，后期质量检测可投入较小精力；级数数字越大，代表铸造过程质量越低，后期质量检测需要投入较大精力。

通过计算铸造过程评分，能够提前判定生产产品的质量，降低后期检测压力，加快生产流程。

实施例二

本发明的实施例还提供了一种系统和存储介质，该系统存储于存储介质中，其中，该系统被设置为运行时执行上述系统的任一项方法实施例中的步骤。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以被设置为存储用于执行以下步骤的系统：

步骤1，按照固定频率采集目标车轮铸造过程的模具多个位置温度、冷却管路开闭信号、铸造炉膛压力、铸造设备开合模信号、铸造工艺、时间；

步骤2，基于所采集的铸造设备开合模信号，将采集的数据按照单个车轮铸造过程在数据库中以唯一ID进行存储以便于查找；

步骤3，基于所述采集的温度数据，对其进行降噪处理；

步骤4，基于所处理的温度和对应采集时间建立多维矩阵，并对矩阵进行变换，得到采集时间对应的温度变化量；

步骤5，基于所述的具有同一ID的单个车轮所采集的铸造过程数据和处理后的数据建立以时间为统一度量的铝车轮铸造成型工艺过程图；

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器、随机存取存储器、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。

本发明的实施例还提供了一种电子设备，包括通讯采集、存储模块和处理模块，该存储模块中存储有计算机程序，该处理模块被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。

可选地，上述电子设备还可以包括通讯采集模块和输入输出模块，其中，该通讯采集模块和上述处理模块连接，该输入输出模块和上述处理模块连接。可选地，在本实施例中，上述处理模块可以被设置为通过计算机程序执行以下步骤：

步骤1，按照固定频率采集目标车轮铸造过程的模具多个位置温度、冷却管路开闭信号、铸造炉膛压力、铸造设备开合模信号、铸造工艺、时间；

步骤2，基于所采集的铸造设备开合模信号，将采集的数据按照单个车轮铸造过程在数据库中以唯一ID进行存储以便于查找；

步骤3，基于所述采集的温度数据，对其进行降噪处理；

步骤4，基于所处理的温度和对应采集时间建立多维矩阵，并对矩阵进行变换，得到采集时间对应的温度变化量；

步骤5，基于所述的具有同一ID的单个车轮所采集的铸造过程数据和处理后的数据建立以时间为统一度量的铝车轮铸造成型工艺过程图；

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如所述模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述集成的模块如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中或电子设备。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对相关技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台电子设备（可为个人计算机、服务器或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、只读存储器、随机存取存储器、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，其特征在于，包括：

步骤1，通过上位机系统按照固定频率连续采集车轮铸造过程的模具若干关键位置温度、冷却管路开闭信号、铸造炉膛压力、铸造设备开合模信号、铸造工艺、时间的相关数据信息；

步骤2，基于采集到的铸造设备开合模信号，对连续采集的数据以单个车轮为单位进行数据的切片处理，并将同一车轮生产过程的数据统一赋予唯一ID进行存储；

步骤3，将单个车轮生产过程进行数据检索，对采集到的每个模具关键位置的温度按照采集时间先后顺序进行排序，随后用移动窗口方法进行基于时间序列的温度数据降噪；

步骤4，基于所处理后的温度和对应采集时间建立多维矩阵，通过矩阵变换得到采集时间对应的温度变化量；

步骤5，建立具有同一ID的单个车轮以时间为统一度量的铝车轮铸造成型工艺过程图；

处理模块中设置有顶模轮辐中间位置温度标准曲线函数f(t0)、边模内轮缘位置温度标准曲线函数f(t1)、底模冒口位置温度标准曲线函数f(t2)、底模轮辐与轮辋过渡位置温度标准曲线函数f(t3)、边模外轮缘位置温度标准曲线函数f(t4)、顶模法兰位置温度标准曲线函数f(t5)，处理模块分别将采集得到的顶模轮辐中间位置温度曲线720、边模内轮缘位置温度曲线721、底模冒口位置温度曲线722、底模轮辐与轮辋过渡位置温度曲线723、边模外轮缘位置温度曲线724、顶模法兰位置温度曲线725与和其对应的标准曲线函数进行对比，判定各温度采集位置是否存有温度偏差，并根据偏差对低压铸造过程进行质量评判；

在将温度曲线72i与标准曲线函数f(ti)进行对比时，i＝0,1,2,3,4,5，处理模块选取将温度曲线72i与标准曲线函数f(ti)相对应的任一时刻tk，在温度曲线72i中tk时刻的温度值为Pk，在标准曲线函数f(ti)中tk时刻的温度值为Qk，处理模块计算Pk与Qk差值的绝对值D,D＝∣Pk-Qk∣，处理模块中设置有任一时刻温度差值评价值Dz，处理模块将D与温度差值评价值Dz进行对比，

当D≤Dz，处理模块判定温度曲线72i中tk时刻的温度在正常区间；

当D＞Dz，处理模块判定温度曲线72i中tk时刻的温度在非正常区间；

处理模块对温度曲线72i中所有时刻的点进行与标准曲线函数f(ti)进行对比，对比方法与任一时刻tk点温度对比的方法相同；

当温度曲线72i中存有温度在非正常区间的时刻时，所述处理模块对在非正常区间的时间点进行整合，记录温度曲线72i的非正常温度总时长Ci，对于温度曲线72i处理模块中设置有非正常温度总时长评价参数Cz，处理模块将温度曲线72i的非正常温度总时长Ci与非正常温度总时长评价参数Cz进行对比，

当Ci≤Cz时，所述处理模块判定温度曲线72i的非正常温度在合理范围；

当Ci＞Cz时，所述处理模块判定温度曲线72i的非正常温度在不合理范围，温度曲线72i所对应位置可能存有风险，对其进行重点质量检测；

当温度曲线72i中不存在温度在非正常区间的时刻时，处理模块直接判定温度曲线72i的非正常温度在合理范围；

当温度曲线72i中i值代表的数值不同时，温度差值评价值Dz与非正常温度总时长评价参数Cz的数值不同；

当所述处理模块判定温度曲线72i的非正常温度在合理范围时，处理模块计算温度曲线72i与标准曲线函数f(ti)的相似偏差值Ei，

其中，T为温度曲线72i的监测时长，所述处理模块中设置有相似偏差值评价参数Ez，处理模块将相似偏差值Ei与相似偏差值评价参数Ez进行对比，

当Ei≤Ez时，处理模块判定判定温度曲线72i的相似偏差值在合理范围；

当Ei＞Ez时，所述处理模块判定温度曲线72i的相似偏差值在不合理范围，温度曲线72i所对应位置可能存有风险，对其进行重点质量检测。

2.根据权利要求1所述的铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，其特征在于，

在所述步骤1中，所述模具若干关键位置温度中的关键位置包括：顶模、底模、边模的关键热节与冷节的位置，其中，

顶模的关键位置包括，顶模法兰位置、顶模轮辐中间位置，

底模的关键位置包括底模冒口位置、底模轮辐与轮辋过渡位置；

边模的关键位置包括边模外轮缘位置、边模内轮缘位置。

3.根据权利要求2所述的铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，其特征在于，

所述模具若干关键位置温度的温度采集通过在对应位置加装测温热电偶，并将热电偶连接至铸造设备PLC温度通讯采集模块进行数据采集。

4.根据权利要求3所述的铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，其特征在于，

所述冷却管路开闭信号、所述铸造炉膛压力、所述铸造设备开合模信号、所述铸造工艺的采集应用上位机系统通过工业以太网与铸造设备PLC建立连接进行采集，采集的数据信息内容包括：冷却管路开闭信号对应点位开闭布尔值、铸造炉膛压力对应点位数值、铸造设备开合模信号对应点位布尔值、铸造工艺对应点位数值。

5.根据权利要求4所述的铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，其特征在于，

采集的时间数据信息为上位机系统时间，便于与冷却管路开闭信号、铸造炉膛压力、铸造设备开合模信号、铸造工艺采集数据的对应。

6.根据权利要求1所述的铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，其特征在于，

在所述步骤2中，存储的每个车轮铸造过程数据包括：采集时间、该时间下热电偶温度数值、该时间下铸造炉膛压力、该时间下冷却通道开闭布尔值、铸造工艺、时间。

7.根据权利要求1所述的铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，其特征在于，在所述步骤5中，铝车轮铸造成型工艺过程图包括：

用于表征铝车轮铸造过程模具关键位置温度的曲线；

用于表征铝车轮铸造过程模具冷却管路开闭区间的棒状图图像；

用于表征铝车轮铸造过程炉膛压力工艺节点线；

用于表征铝车轮铸造过程模具温度变化量的曲线和升温辅助标线；

用于表征铝车轮铸造过程设备动作的标注。

8.一种铝车轮铸造成型工艺过程表征系统，应用于权利要求1-7任意一项所述的铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，其特征在于，包括：

通讯采集模块，通过工业以太网与铸造设备PLC之间通讯；

存储模块，用于存储通讯采集模块采集到的数据；

处理模块，用于处理存储模块内的数据。

9.一种存储介质，应用于权利要求1-7任意一项所述的铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，其特征在于，所述存储介质包括存储的系统，所述系统运行时能够执行铝车轮铸造成型工艺过程表征方法中任一步骤。

10.一种电子设备，应用于权利要求1-7任意一项所述的铝车轮铸造成型工艺过程表征方法，其特征在于，包括：处理模块、通信接口、存储模块和通信总线，其中，所述处理模块，所述通信接口和所述存储模块通过所述通信总线完成相互间的通信；

所述存储模块用于存放计算机程序；

所述处理模块用于通过运行所述存储模块上所存放的计算机程序，处理模块运行所述计算机程序时能够执行铝车轮铸造成型工艺过程表征方法中的步骤。

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