鄒寧

摘 要：在壓鑄模溫度控制中，最難控制的溫度就是壓鑄模細(xì)小型芯針的溫度。針對壓鑄模型芯針容易斷裂、粘模、變形及壓鑄件形成的小尺寸孔質(zhì)量差等缺陷，將PLC觸摸屏技術(shù)應(yīng)用到型芯針冷卻控制系統(tǒng)中，取得了良好的效果。主要是利用吹壓縮空氣和高壓冷卻水相結(jié)合的冷卻方式進(jìn)行對型芯針溫度的控制，且冷卻水是在單獨封閉的空間內(nèi)形成循環(huán)使用。其主要是采用PLC觸摸屏控制方案作為系統(tǒng)硬件設(shè)計，其系統(tǒng)核心的組成為觸摸屏、PLC、A/D轉(zhuǎn)換模塊；采用PLC控制程序結(jié)合觸摸屏組態(tài)界面組成了系統(tǒng)軟件設(shè)計。從實際生產(chǎn)中可以得出，通過此系統(tǒng)的控制使型芯針溫度能夠在很小的范圍內(nèi)波動，進(jìn)而延長了其使用壽命。并提高了鑄件的質(zhì)量，大大降低了廢品率。此應(yīng)用系統(tǒng)的特點為：控制動作可靠、穩(wěn)定；參數(shù)顯示、查詢、輸入方便；系統(tǒng)界面簡潔、直觀等。

關(guān)鍵詞：壓鑄模；型芯針溫度；冷卻系統(tǒng)；PLC觸摸屏

壓鑄件的內(nèi)部質(zhì)量和外觀質(zhì)量及壓鑄模使用壽命的長短都受壓鑄模溫度及控制技術(shù)的影響，只有在控制好模具溫度的前提下，才實現(xiàn)既經(jīng)濟(jì)又高效地生產(chǎn)出高質(zhì)量的壓鑄件。針對壓鑄模而言，當(dāng)溫度過低時，因壓鑄模的型芯針處在內(nèi)外溫差大的環(huán)境下，液態(tài)金屬就會對其產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊，受到?jīng)_擊后的型芯針很容易變形、開裂受損。當(dāng)有高溫的金屬液注入時，型芯針的溫度會迅速上升，在進(jìn)行冷卻時，此處金屬液冷卻速度緩慢，導(dǎo)致鑄件會有縮孔、縮松等缺陷出現(xiàn)，使鑄件質(zhì)量受到嚴(yán)重的影響。也會因溫度的關(guān)系，極易使金屬液粘在模型上，在脫模時會拉傷鑄件或型芯針。

若想保證壓鑄件正常生產(chǎn)，必須有效地控制模具中細(xì)小型芯針部位的溫度。因壓鑄件的生產(chǎn)具有高效特點，目前大多數(shù)采用水冷方法進(jìn)行控制壓鑄模溫控制，如鋁合金壓鑄模等。由于冷卻水很難通過型芯針內(nèi)部直徑很小的冷卻通道，導(dǎo)致此方法的冷卻效果不好。為了實現(xiàn)預(yù)想的冷卻效果，只有在借助外力的作用下使冷卻水達(dá)到一定的壓力值，才能使冷卻水順利地通過型芯針的冷卻通道，達(dá)到冷卻效果。若冷卻水的潔凈度達(dá)不到一定的要求，冷卻水中的水垢在流經(jīng)型芯針的冷卻通道時極易將冷卻通道堵塞。

國內(nèi)針對型芯針的冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了一定的研究，并取得了突破性成果。上述采用機(jī)電控制方式的傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)具有以下幾點缺陷：數(shù)據(jù)不能保存，接觸器和繼電器的體積大、連線多而復(fù)雜，靈活性差，參數(shù)的設(shè)置、調(diào)整困難，因而在實際操作中很不方便，在大型而復(fù)雜的壓鑄件的生產(chǎn)上，無法滿足實際需求。針對以上問題，在PLC觸摸屏技術(shù)基礎(chǔ)上，研制了一種以高壓循環(huán)水冷卻的壓鑄模型芯針冷卻控制系統(tǒng)。

1 簡介型芯針冷卻控制系統(tǒng)的工作原理

壓鑄模型芯針冷卻控制系統(tǒng)的工作原理就是通過對冷卻水的溫度、壓力及冷卻時間等參數(shù)的控制，能夠保持模具型芯針部位的溫度在一定允許范圍內(nèi)精確地波動，進(jìn)而減少粘模拉傷和變形，盡量避免鑄件出現(xiàn)縮松、縮孔、裂紋等缺陷。型芯針冷卻控制系統(tǒng)具有吹氣冷卻、自動補(bǔ)水、高壓水冷卻和自動制冷力調(diào)整等功能，其主要由制冷壓縮機(jī)、冷媒高壓表、冷凝器、制冷劑接收器、膨脹閥、過濾器、冷媒低壓表、熱交換器、水箱、電磁閥、手動截止閥、高壓泵、水壓表、水壓傳感器、單向閥、壓鑄模具、熱電偶、水位傳感器、風(fēng)壓傳感器、風(fēng)壓表等部件組成。下面我們介紹一下此系統(tǒng)的各項功能。

1.1 型芯針冷卻控制系統(tǒng)的吹氣冷卻功能

吹氣冷卻回路主要組成部件有：出氣電磁閥、水箱、截止閥、壓鑄模、單向閥等。空壓機(jī)利用出氣電磁閥、截止閥等將壓縮空氣送入壓鑄模型芯針冷卻通道，其主要作用有兩方面：一方面就是實現(xiàn)冷卻作用，使冷卻效果達(dá)到理想的狀態(tài)；另一方面就是將通道中殘留的水蒸氣（冷卻水氣化形成的）吹出模具之外，防止吹起受阻，影響冷卻效果。

1.2 型芯針冷卻控制系統(tǒng)的高壓循環(huán)水冷卻功能

高壓循環(huán)水冷卻回路主要組成部件有：出水電磁閥、壓鑄模、水箱、截止閥、高壓泵、單向閥等。經(jīng)高壓泵增壓后，由出水電磁閥將水箱中的冷卻水送入壓鑄模中，在壓鑄模中進(jìn)行與型芯針的熱交換。完成熱交換的水又流回到水箱中，完成系統(tǒng)循環(huán)。通過對通水時間的調(diào)整，可以將型芯針溫度控制在適宜溫度范圍內(nèi)。因冷卻水在此系統(tǒng)中存在氣化過程，導(dǎo)致水分出現(xiàn)損耗現(xiàn)象，截止閥和電磁閥系統(tǒng)可以完成整個冷卻系統(tǒng)的自動補(bǔ)水，確保了型芯針冷卻控制系統(tǒng)能夠連續(xù)正常運轉(zhuǎn)。

1.3 型芯針冷卻控制系統(tǒng)的制冷功能

本系統(tǒng)制冷回路主要組成部件有：膨脹閥、冷凝器、熱交換器、壓縮機(jī)、過濾器和制冷劑接受器等，其冷卻方式為蒸氣壓縮式制冷。其主要工作原理就是在壓鑄生產(chǎn)過程中，熱電偶對水箱中的水溫進(jìn)行實時測量，并將測量結(jié)果通過溫控表顯示出來，一旦水溫高于設(shè)定溫度時，壓縮機(jī)自動啟動，開始制冷。壓縮機(jī)經(jīng)過升壓將制冷劑R22變成高壓過熱蒸氣，通過冷凝器液化為過冷液體或高壓飽和液體，釋放熱量，在膨脹閥中經(jīng)過降壓變成液體部分飽和和低壓飽和蒸氣，其中的雜質(zhì)和水分是在流經(jīng)過濾器時被消除的；此時的制冷劑經(jīng)過熱交換器的作用，由液體氣化為過熱蒸氣或低壓飽和，制冷劑在氣化過程中將水箱中水的熱量吸走，降低了水箱中水的溫度，進(jìn)而實現(xiàn)制冷功能；此時已成為蒸氣狀態(tài)的制冷劑又被壓縮機(jī)吸收，并送入下一制冷系統(tǒng)，繼續(xù)制冷，直至水溫降至設(shè)定溫度為止。

2 型芯針冷卻控制系統(tǒng)的軟件和硬件設(shè)計

2.1 型芯針冷卻控制系統(tǒng)軟件設(shè)計

為使PLC控制系統(tǒng)能夠確保各電氣元件、壓縮機(jī)和高壓泵的可靠運行，PLC程序必須具備以下幾點主要功能：

（1）要具有智能報警功能。有一定的自診斷故障界面，出現(xiàn)故障時自動報警且自動彈出診斷界面，顯示故障原因。

（2）要具有多種工作模式可供選擇。根據(jù)壓鑄模型芯針的多樣化，設(shè)計了兩種工作方式：自動模式和人工模式，其中自動模式主要采用風(fēng)冷加水冷，人工模式主要采用（連續(xù)水冷）。點動測試功能使部分系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整變得簡單化、更方便調(diào)試。

（3）要具有實時監(jiān)測功能。系統(tǒng)運行中通過傳感器對風(fēng)壓、水壓進(jìn)行實時測量，并將測量結(jié)果顯示在人機(jī)界面上，能夠?qū)嚎s機(jī)、高壓泵的運行情況進(jìn)行監(jiān)測。

（4）要具有參數(shù)可調(diào)的多回路獨立系統(tǒng)。此控制系統(tǒng)最多能夠同時冷卻4個型芯針，而且冷卻效果非常好；各冷卻回路能夠獨立運行且相互不影響，可以人為設(shè)定各冷卻參數(shù)。

2.2 型芯針冷卻控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

PLC觸摸屏控制方案是型芯針冷卻的控制系統(tǒng)，其控制器核心是三菱PLC。PLC具有可靠性高、體積小、無抖動問題出現(xiàn)、連線少、速度快（半導(dǎo)體電路控制觸點）、擴(kuò)展和靈活性性好等優(yōu)點，傳統(tǒng)的接觸器控制是無法實現(xiàn)以上這些優(yōu)點的。本系統(tǒng)主要是應(yīng)用HITECHPWS6600S型觸摸屏來傳達(dá)控制命令，對運行過程進(jìn)行控制，同時還能將現(xiàn)場的一些參數(shù)顯示出來。在控制系統(tǒng)中，HITECHPWS6600S型觸摸屏實現(xiàn)了人機(jī)界面，彌補(bǔ)了因缺少操作人員PLC控制而出現(xiàn)交流媒介的不足。

3 型芯針冷卻控制系統(tǒng)運行效果

經(jīng)過對沒有采用本冷卻系統(tǒng)的型芯針表面狀態(tài)與采用本冷卻系統(tǒng)的型芯針表面狀態(tài)進(jìn)行對比，我們可以發(fā)現(xiàn)采用本冷卻系統(tǒng)的型芯針表面無粘鋁、無燒傷并且光潔。型芯針冷卻控制系統(tǒng)未問世之前，型芯針具有嚴(yán)重?zé)充X和傷現(xiàn)象，每次都要對其進(jìn)行專門的表面披覆處理，因本系統(tǒng)的應(yīng)用，使型芯針因縮孔、拉傷而引起的廢品率降至2%以下。

4 結(jié)束語

型芯針冷卻控制系統(tǒng)不但延長型芯針使用壽命，而且還提高了壓鑄件（利用型芯針成形的）表面及內(nèi)部質(zhì)量。改系統(tǒng)具有簡潔、直觀的界面，便于操作，深受客戶的歡迎。

參考文獻(xiàn)

[1]吳玉林，陳光慶，劉樹紅.通風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)[M].