压铸工艺中模温监控应用探究

彭 敏

压铸工艺中模温监控应用探究

彭 敏

（安徽三联学院 交通工程学院，安徽 合肥 230601）

针对压铸生产过程中由于模具表面温度不稳定出现的产品缺陷问题，提出了一套全新的基于固定式热成像的模温监控系统，并将该系统应用于某公司1650T依特佩雷斯压铸机的新模具试模的现场测试应用。通过此次现场测试应用可以得出，在压铸生产过程中，该系统不仅实现了大面积非接触式模温监控，而且能更好的调整均衡温度场，可以提前预防废件的产生，提高生产效率，达到预期目的。

压铸；模温监控；热成像；缺陷

压铸生产中不仅浇注温度对铸件质量有影响，同时模具表面温度也极大影响到压铸件机械性能、尺寸精度和压铸模的寿命[1]。不平均或不适当的模具表面温度会导致铸件尺寸不稳定，在生产过程中顶出铸件变形，产生热压力、黏模、表面凹陷、内缩孔及热泡等缺陷。对生产周期也产生影响，如填充、冷却时间及喷涂时间都产生不稳定的变数[2-3]。模具的寿命也会因受到过冷过热的冲击而导致昂贵的钢材产生热裂，加速其老化[4]。模具表面温度对模具加工出的产品质量有着直接影响，检测模具表面温度分布对于确保工艺品质，高效无缺陷的进行工业生产具有至关重要的意义。

为了维持最佳的铸型温度，国内外很多厂家已采用一系列的自动控温设备，通过热电偶所探测的温度，来控制冷却水管的电磁阀的开、闭和水量大小。另外，某些厂家还使用了具有预热和冷却两种机能的压铸专用模温机[5-6]。由于模具表面温度不稳定，当表面温度剧烈变化时，DCM电偶检测不到变化，质量得不到保证[7]，因此本文主要研究设计了一套全新的基于热成像的模温监控系统，并将该系统用于某公司1650T依特佩雷斯压铸机的新模具试模的压铸过程温控管理应用，以期达到调节模具温度提高生产效率的目的。

1 模温监控系统设计

1.1 系统设计

模具表面温度是一个动态的工艺参数，在每一个铸造周期内都必须保持在一个最佳的、均匀的范围内，因为这不仅影响到所生产的铸件质量，而且影响到模具的寿命。传统的模温监测采用的是模具表面定点测温，通过在模具表面定点打孔预埋DCM电偶，对压铸过程中模具表面温度进行检测监控，其检测范围有限，无法实现对整个模具面的监测，质量得不到保证。

由于模具表面温度不稳定，对于一些高难度结构件，压铸重量较高，当表面温度剧烈变化时，DCM电偶检测不到变化，而红外线热像仪就打破了这个局限，能实现整个模具面的温度检测，乃至任意关键点及其区域的监测。因此研究设计了该全面温控管理系统，利用红外热成像系统，通过温控设备连接模温机等自动控制设备，监控压铸机生产过程中模具表面的温度场的变化，对模温机进行在线生产监控和记录；同时通过模温控制软件，对点冷机，模温机以及喷涂系统进行调节，综合控制模具的温度场，形成一套全面温控管理系统，该系统通过以下方式来实现（如图1所示）。

图1 全面温控管理系统示意图

1.2 系统功能

整套系统含有一套红外热成像摄像头及分析软件（如图2），若干模温机和点冷机，一套喷涂控制系统。热成像摄像头安装在模具的两侧，能实现大面积模具非接触式温度测试。根据温度集结、热点分布特征将整个模具表面分为10不同的温度检测区域，不同的压铸生产工艺分区可以不同（如图3）。针对压铸生产中固定的模具（即定模）或运动的模具（即动模）均具有较好的适用性。该系统容易实现连续生产，满足汽车行业原始设备制造商不断增长的质量要求。

系统通过红外摄像机实时采集模具的热图像，为工艺优化提供实时有用的信息，关注热点或区域在热图像上温度场，记录喷涂前和喷涂后的热力图，在控制主机中显示温度图和与以前和当前生产批次相关的数据（历史趋势）进行比较。所有的热图像和数据都在PC上处理并保存在SSD上。热图像的后期分析可以在单机或远程上实现，将图像从单机拷贝下来，或者直接保存在公司的服务器上。

图2 DTC热成像系统

图3 实时监控的模温图像

系统通过固定式热成像摄像监控；连接压铸机信号，实现喷涂前后自动拍照；预热过程监控，可以缩短预生产时间；模具调试监控，能缩短参数优化时间；不仅能实现在线生产监控和记录，还可以检测区域异常警报；通过温控设备连接（模温机/点冷机/喷雾器）自动控制设备，调节模具温度；储存的热像图和温度数据都可以追溯和浏览。其对数据的分析、追踪与实时性，能够很好的切合大数据时代。

2 模温监控系统应用探究

模温监控系统运用热成像技术，集模温监控，区域设定，历史曲线分析，数据保存及导出，历史图片查询为一体，并留有对外输出的IO硬线接口，可与压铸机进行信号交互，必要时可输出模温异常信号，便于压铸机进行废件的判断。较传统方式，测温的精确性、稳定性也更好，操作也简单。

将该系统应用于某公司1650T依特佩雷斯压铸机的新模具试模，采用两个摄像头分别检测定模侧与动模侧的模具温度，采取压铸机开模到位信号及喷涂完成信号为采样触发点，对喷涂前后的模具温度分别进行拍照、取样、保存，同时利用现场的手持式热成像测温仪进行辅助验证，对新模具的模温控制形成一个全方位的监控。

2.1 与手持式热像仪辅助测温对比

如图4所示，动定模温度场实时呈现，与手持式热像仪二次校对测量结果一致。使用手持式热像仪会影响到生产节奏，而采用热成像模温监控系统能更准确采集动定模的实时温度信息，更准确的控制生产节奏。相比手持式热像仪，该系统使用更方便有效。

图4 手持式热像仪监控的模温图像

2.2 调整均衡温度场应用

在应用过程中，监测到模具实际温度场偏低的情况。图5出现区域1和区域7温度达不到要求，图6出现区域4和区域6过冷的情况。针对以上两种情况，采取了以下优化措施：对于温度不达标的区域增加模温机输出温度提升温度场，达到平衡温度场的目的；而对于过冷的区域采取流道低温区域减少冷却水路强度，甚至关闭没必要的水路，有利于增压提升压铸产品的致密性。

图5 温度不达标

图7～图10优化调整前 1 和 7 区域在喷涂后温度范围在 70 ～ 90 ℃之间，优化调整后 1 和 7 区域的温度范围在 110 ～ 180 ℃之间；优化调整后流道区域冷却水路改为模温机油路，提升至合适的温度场，确保充型时增压有效，减少内部气孔缩松缺陷。调整后温度场均衡，适合工艺要求，达到减少废品率，提高生产稳定性的目的。

图6 过冷

图7 动模侧优化前

图8 动模侧优化后

此次现场测试通过与传统手持式热像仪测温辅助对比，在压铸生产过程中使用模温监控系统可以更有效的指导生产，并可以提前预防废件的产生，提高生产效率。在后期将模温系统集成入压铸周边控制系统后，可以做到提前预知模具温度场的变化，不仅仅通过人为来调整模具温度，更可以通过周边的喷涂、模温、点冷设备来自动的、动态的调整模具温度，将模温始终控制在一个合理的、符合工艺要求的范围，以此来提高工件品质。自动的模温控制系统同时可以防止人为的疏漏，及时的预警可以减少生产损失，过程的追溯又为后续的调整提供可靠的数据依据。

图9 定模侧优化前

图10 定模侧优化后

3 结论

本文研究设计了基于红外线热成像的模温监控系统，以期解决铸造件生产过程中温度控制不当产生的缺陷。通过现场测试应用可知，本系统以非接触式实现模具表面温度实时监控，覆盖面积广，相比手持式更方便，且能更好的调整均衡温度场，在一定程度上能提前预防废件的产生，减少产品缺陷，且已应用于多家压铸生产企业，实际生产表明该系统具有较高的经济价值及推广意义。在压铸生产过程中除了模温控制不当产生的缺陷以外，还存在内浇口设计缺陷、合金液在型腔里的流动模式缺陷，浇注系统的结构设计缺陷等，要减少压铸件的废品率，提高压铸生产的效率，还需要有更多更好更实用的措施来减少缺陷的发生。

[1] 郭桃妹, 应富强. 基于模糊控制的挤压铸造模温控制系统研究[J]. 机电工程, 2010, 27(11): 36-39.

[2] 德国福莱公司, Robamat 自动化技术公司. 压铸中的模温控制[J]. 特种铸造及有色合金, 1997(5): 59-61.

[3] 张永忠, 张奎, 崔代金, 等. AZ91D镁合金的压铸工艺及性能[J]. 铸造, 2000, 49(2): 74-78.

[4] 徐卫军, 王刚. 铝合金汽车转向节挤压铸造工艺研究[J].铸造, 2015, 64(8): 740-743.

[5] 廖仲杰. 汽车发动机铝合金缸体压铸工艺的改进[J]. 科学技术创新, 2019(22): 150-151.

[6] 朱丹, 潘东杰, 沈永华, 等. 汽车离合器压盘压盖铸件铁型覆砂铸造工艺[J]. 铸造, 2014, 63(10): 999-1001.

[7] 李文巧, 袁海波, 马溶, 等. 高强韧铝硅合金变速箱中间板压铸件热处理工艺研究[J]. 铸造, 2019, 68(12): 1382-1386.

Application of Die Temperature Monitoring in Die Casting Process

PENG Min

（Traffic Engineering College, Anhui Sanlian University, Hefei 230601, China）

In order to solve the problem of product defects caused by the instability of die surface temperature in the process of die casting production, a new die temperature monitoring system based on fixed thermal imaging is proposed in this paper, and the system is applied to the field test application of the new die test of the 1650T ete Perez die casting machine. Through the application of this field test, in the process of die casting production, the system not only realizes the large area non-contact mold temperature monitoring, but also can better adjust and balance the temperature field, prevent the production of waste parts in advance, improve the production efficiency and achieve the expected purpose.

die casting; die temperature monitoring; thermal imaging; defects

10.15916/j.issn1674-3261.2022.02.006

TG244

A

1674-3261(2022)02-0098-04

2021-03-30

安徽三联学院自然科学一般科研项目（KJYB2020008）

彭敏(1981-)，女，安徽合肥人，副教授，硕士。

责任编校：刘亚兵