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南京星德機械有限公司
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為了保證鎂合金壓鑄件的表面和內在質量，降低壓鑄生產的廢品率，提高壓鑄的生產率，同時提高壓鑄模的使用壽命，必須精確地控制壓鑄模具溫度。為了滿足鎂鋁合金壓鑄加工的需要，星德研制了壓鑄模具控溫的設備-鎂鋁合金壓鑄模溫機
由于鎂鋁合金的鑄造性能如流動性對模具溫度和澆注溫度相當敏感，在充型過程中，鎂鋁合金液極易凝固，因此為了保證鎂合金壓鑄件的表面和內在質量，降低壓鑄生產的廢品率，提高壓鑄的生產率，同時提高壓鑄模的使用壽命，必須精確地控制壓鑄模具溫度。為了滿足鎂鋁合金壓鑄加工的需要，星德研制了壓鑄模具控溫的設備-鎂鋁合金壓鑄模溫機。
溫度是壓鑄過程的熱因素之間，保證壓鑄件的成型質量，控制和保持熱穩定性，必須選用相應的溫度規范，主要是指合金的澆注溫度的模具溫度。在鎂鋁合金的壓鑄中，理想的加熱方式是用模溫機或者油加熱器通過熱油對模具進行加熱，熱油不間斷地通過模具內的管道，從內部對模具進行加熱，使模具達到穩定的平衡狀態。由于油模溫機、導熱油爐不但能加熱，也可以象水一樣對模具進行冷卻，功能象熱交換器，使模具溫度保持在一定范圍內。
鎂鋁合金壓鑄模溫機加熱方式，模具的溫度穩定而均勻，能有效地延長模具的壽命，提高產品的質量，而且使生產的節拍穩定。鎂鋁合金壓鑄過程中模具的溫度一般保持在180℃-280℃之間。
鎂鋁合金壓鑄模溫機應用
一、鎂鋁合金壓鑄模溫機控制功能要求
在鎂鋁合金壓鑄生產中，根據其生產特點，壓鑄模的溫度控制包括模具的預熱和冷卻兩個方面。溫度與壓鑄的材料有關，也與壓鑄件的尺寸有關，一般為澆注溫度的1/3左右，對于鎂鋁合金，通常為180~280℃。此外，在預熱過程中，應盡量使模具的各部分均勻加熱，避免劇烈地加熱和局部過熱對模具的使用壽命帶來的不利影響。
一般情況下，模具吸收的熱量要大于自然散熱量，因此隨著壓鑄生產進行，模具的溫度會越來越高。為了進行正常的壓鑄生產，必須維持模具的溫度基本恒定。一般通過在模具中開冷卻水道并通冷卻水對模具進行冷卻。由上所述，為了對模具進行預熱和冷卻的恒溫控制，可以采用導鎂鋁壓鑄專用模溫機對模具進行控溫，導熱油不間斷地通過模具內部管道，從內部對模具進行加熱或冷卻，使模具維持一定的溫度，處于合適的生產狀態。
二、鎂鋁壓鑄專用模溫機控溫原理
鎂鋁合金壓鑄專用模溫機采用導熱油循環控溫，當導熱油在模具的冷卻通道中循環流動時，由于導熱油和模具通道壁（模具）之間存在溫差，它們之間存在著熱量的傳遞。熱交換量與導熱油的熱力學性能、模具通道截面積、導熱油流量、油溫、模溫等因素有關。
在確定了導熱油型號、模具通道截面積后，熱交換量可用牛頓冷卻公式
φ=Ah（Tm-Tf）來計算，
其中，φ為系統的熱流量，A為換熱表面面積，Tm為模具溫度，Tf為導熱油溫度，h為模具內部流體通道的平均表面傳熱系數，與導熱油流速有關。
由于模具通道截面積已確定，導熱油流速可由導熱油流量計算確定。故系統的熱交換量可由下述的函數關系式表示：φ=f（q，Tm，Tf）式中，q為導熱油流量，m3/s。
模具溫度Tm是被控制量，希望能保持恒定，即Tm基本是一個常數。因此，只要控制導熱油流量q或導熱油溫Tf，在一定范圍內，即可控制它們之間的換熱量，從而控制模具的加熱和冷卻，進而控制模具的溫度。為控制方便起見，可采用固定導熱油流量調整導熱油溫度的方法，這樣只要控制好導熱油的溫度即可控制壓鑄模具的溫度。模具溫控機的導熱油循環系統原理如圖所示。
模具的熱交換通道與模具溫控制機的循環油泵、閥、管路、加熱器、冷卻器等部件一起構成一個完整的導熱油循環通路，除模具外，其他部件都進行隔熱保溫處理。高溫油泵將導熱油吸人循環通路，鎂鋁合金壓鑄模溫機控制系統控制導熱油在要求的溫度下進行循環。當油溫低于設定的溫度時，系統對導熱油進行加熱，升高油溫到設定的溫度；當油溫高于設定溫度時，打開冷卻水控制電磁閥，降低油溫到設定的溫度。
三、鎂鋁合金壓鑄模溫機部件的選購與設計
鎂鋁合金壓鑄模溫機中**關鍵的外購件是高溫導熱油泵，對油泵的基本要求是在高溫導熱油的作用下，油泵仍能正常工作且具有良好的密封性。此外，應根據設計的要求，由模具的熱平衡核算模具冷卻時需由導熱油帶走的熱量值，計算出所需的導熱油流量，根據導熱油流量的大小，選擇相應的高溫油泵。
鎂鋁合金壓鑄模溫機的設計主要是考慮滿足對模具預熱的要求。加熱器的外部必須包上一層足夠厚的絕熱材料，以減少熱損失。在不考慮溫控機本身循環通路的散熱情況下，可根據模具的大小、升溫的時間以及模具自身的散熱對加熱功率進行相應的計算。根據計算結果，選用相應功率的棒狀加熱器。在加工時，可將加熱棒與多根細油管通過鑄鋁形成一個整體，這樣可以保證加熱均勻、快速，同時避免過熱造成導熱油的碳化。
鎂鋁合金壓鑄模溫機冷卻器的設計主要是滿具散熱的要求。對模具進行熱平衡核算，得到需由導熱油帶走的熱量，這些熱量通過冷卻器進行熱交換，由冷卻水帶走。冷卻器設計成套管式換熱器，冷卻水在內管內流過，導熱油在內管和外殼之間的夾層中流過。套管式換熱器加工制造簡單，但是套管式換熱器的換熱面較小，傳熱量不大，因此鎂鋁合金壓鑄模溫機在使用中可以根據需要將兩個或更多的套管式換熱器串聯起來，形成多管程和多殼程的換熱器，滿足設計和使用要求。
另外鎂鋁合金壓鑄模溫機都必須保證在高溫導熱油的作用下處處嚴格密封，否則，會在機件表面產生較大的煙霧，對車間的工作環境產生不利影響。
四、鎂鋁合金壓鑄模溫機控制系統開發
鎂鋁合金壓鑄模溫機的控制系統由PLC、人機界面顯示器、傳感器以及相應的執行元件組成。
系統采用西門子PLC作為核心控制器，完成各種類型的開關量輸入信號檢測、傳感器信號檢測以及控制信號輸出等。在生產過程中，人機界面顯示器通過與PLC通訊，將PLC采集到的數據送到人機界面顯示器中，實時顯示系統工作狀態，并將用戶設置的參數（如溫度）發送到PLC中實現用戶參數設定。
鎂鋁合金壓鑄模溫機采用電阻式加熱器，加熱時采用固態繼電器過零觸發的調功控制方式；系統冷卻時采用接通電磁閥通冷卻水降溫的控制方式。在控制算法上，采用模糊控制進行溫度控制。由于生產中壓鑄模具和壓鑄件大小不一、尺寸各異，且不時要更換模具，溫度控制中經常采用的PID算法有較大的局限性，必須根據不同的模具整定不同的控制參數，這很不方便。因此在算法設計上，模具的控溫采用模糊控制。在模具升溫過程初期，采用全功率輸出，以使模具迅速升溫，當模具溫度達到設定溫度的80%左右時，系統對輸出變量（即輸出功率）采用模糊控制方式，避免系統產生較大的超調；在連續壓鑄進行降溫控制時，系統同樣采用模糊控制算法對冷卻水控制電磁閥的通斷進行控制，維持模具的溫度在某一預先設定的溫度。由于固態繼電器的調功和冷卻水控制電磁閥的通斷都是開關的方式，系統將模糊運算的結果進行轉化，使其輸出為周期固定，占空比可調的方波，形成所需的控制信號。這種控制方法對不同尺寸大小的模具具有良好的適應性，在設定的模具溫度上保持較高的穩定性和精確性。
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