一、溫度控制
（1）模料溫度
模料溫度直接影響模料粘稠度和充型能力，要求控制準(zhǔn)確，改變溫度設(shè)定時(shí)，響應(yīng)速度要快。目前，國(guó)外先進(jìn)的壓蠟機(jī)除配備有分區(qū)控溫的膏狀蠟儲(chǔ)蠟罐外，還將溫度傳感器直接插入模料，以便將模料溫度精確控制在從液態(tài)-膏狀的任一狀態(tài)，并可隨意調(diào)整，以適應(yīng)壓制不同蠟?zāi)５囊蟆Ｒ坏└淖儨囟仍O(shè)定，系統(tǒng)將以每3分鐘0.5℃的速率作出響應(yīng)，而溫度波動(dòng)范圍僅0.3℃。
（2）壓型溫度
大多數(shù)壓蠟設(shè)備不太重視控制壓型溫度，通常只是通過使用類似水龍頭的手動(dòng)閥門，增大／減小通入壓板的冷卻水流量來控制壓板溫度，進(jìn)而控制壓型溫度。由于壓板和壓型之間的熱傳導(dǎo)并不可靠，另外壓型壁的厚度對(duì)型腔的溫度也有很大影響。所以這種方法并不能精確控制壓型型腔溫度。可以考慮采用以下方法改善壓型內(nèi)的溫度控制：
用熱電偶測(cè)量壓板溫度，根據(jù)壓板溫度高低決定開大或關(guān)小冷卻水管閥門。這樣使壓板溫度控制大為改善。美國(guó)Howmet TMP提供帶有加熱/冷卻控制系統(tǒng)的控制面板，靠電熱器加熱，制冷機(jī)冷卻。當(dāng)然，當(dāng)加熱-冷卻快速切換時(shí)，可能引起壓板表面溫度波動(dòng)，尤其是當(dāng)壓板內(nèi)僅有一支熱電偶時(shí)。
控制壓型溫度的更好的辦法是使用溫度控制器來控制冷卻水溫，并保持恒定。壓板溫度也因此保持在要求的范圍。如果每一臺(tái)控溫器有多個(gè)輸入、輸出接口，就可以同時(shí)控制多個(gè)壓板的溫度。然而遺憾地是，上述二種方法都未能避免壓板和壓型之間熱交換效果的影響，因而對(duì)壓型溫度的控制仍然不十分可靠。控制壓型型腔溫度的最好的辦法是將它和壓板完全隔開單獨(dú)控制。熱電偶安裝在壓型型體中盡可能靠近型腔表面的位置，控溫器直接控制冷卻水的溫度因此，型腔溫度可以準(zhǔn)確地保持在要求的范圍。其實(shí)，這種方法早已廣泛用于塑料注塑機(jī)。在精鑄中尚未普及的原因主要是成本問題。建議通過以下途徑降低費(fèi)用：在現(xiàn)有的壓型上鉆孔或開槽，設(shè)置水道和安裝電熱器。相同樣式的水道可用于不同幾何形狀型腔的壓型背面，而溫度控制器只要一臺(tái)即可。顯然，更重要的是壓型的上、下甚至側(cè)面都應(yīng)有隔熱板，使壓板和周圍環(huán)境溫度變化不致影響到壓型。
二、壓力和流動(dòng)的控制
制模過程需要控制的諸多工藝參數(shù)中，除溫度外，以壓力和流動(dòng)的控制最為重要。盡管模料流動(dòng)離不開壓力的驅(qū)動(dòng)，壓力和流動(dòng)二者密切相關(guān)。但模料的流動(dòng)狀態(tài)又不僅與壓力有關(guān)，還與其粘稠度和壓注過程中所受阻力有關(guān)。所以，它們又是完全不同的二個(gè)概念，對(duì)蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量有著各自不同的影響和作用。需要分別單獨(dú)加以控制。通常壓力是通過液壓閥控制的，而流動(dòng)則主要靠流動(dòng)控制閥來控制。圍繞壓力和流動(dòng)的控制，國(guó)外常將壓蠟設(shè)備劃分為以下幾個(gè)檔次：
1）只控制壓力
液壓回路中只有壓力控制閥而沒有流動(dòng)控制閥。使用這類壓蠟機(jī)時(shí)，模料和環(huán)境溫度（包括室溫、液壓油溫度或蠟缸溫度等）的任何微小變化都將導(dǎo)致模料流動(dòng)速度改變，進(jìn)而影響蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量。此外，壓力高時(shí)無法獲得低的流速；壓力低時(shí)無法獲得高的流速。如果既要求低流速以避免卷氣，又要求高的壓力以獲得好的表面質(zhì)量時(shí)，就無法滿足要求。目前，這類設(shè)備在美、歐各國(guó)已很少使用了。
2）壓力和流動(dòng)同時(shí)控制，但沒有壓力補(bǔ)償
與前者相比，液壓回路中增加了流動(dòng)控制閥。其優(yōu)點(diǎn)是，壓力高時(shí)可以獲得低的流速。但由于沒有壓力補(bǔ)償，故壓力低時(shí)無法獲得高的流速。而且壓力和溫度變化也都會(huì)對(duì)流速產(chǎn)生影響，進(jìn)而影響蠟?zāi)Ｙ|(zhì)量。
3）同時(shí)控制壓力、流動(dòng)，再加壓力補(bǔ)償
這是目前國(guó)外壓蠟機(jī)主流機(jī)型配備的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)內(nèi)的流動(dòng)控制閥具有輔助加（減）速功能。流動(dòng)阻力或溫度稍有變化，控制閥內(nèi)的壓力補(bǔ)償器可以自動(dòng)增減壓力，并調(diào)節(jié)流動(dòng)控制閥口大小，精確調(diào)控模料流速。因此，在預(yù)先設(shè)定的壓力范圍內(nèi)，無論溫度、流動(dòng)阻力如何改變，模料流速均能得到控制。而且流動(dòng)速度可任意調(diào)節(jié)而不受壓力制約。這樣就可實(shí)現(xiàn)在充型過程初期令模料以較低的流速充型，避免紊流和卷氣，隨后提高流速以獲得表面沒有冷隔的光潔而完滿的蠟?zāi)！?/p>
4）壓力與流動(dòng)雙向單獨(dú)控制，再加上二段壓力控制
所謂雙向單獨(dú)控制DIMC（Dual Isolated Modes Control），就是指壓力與流動(dòng)這二個(gè)工藝參數(shù)完全獨(dú)立地進(jìn)行控制，互相沒有任何約束。所謂二段式壓力控制，就是將充型壓力和壓實(shí)壓力分開，分別加以控制（圖1）。通常希望在不產(chǎn)生噴射、飛濺的前提下，充型壓力適當(dāng)大些，以縮短充型時(shí)間，使模料在充型過程中盡量少凝固，保證充型充滿，獲得輪廓清晰的光潔蠟?zāi)！６鴫簩?shí)壓力則應(yīng)適當(dāng)減小，這樣，既能保證蠟?zāi)１砻鏌o縮陷和變形小，尺寸穩(wěn)定，同時(shí)又使飛邊、毛刺少。值得強(qiáng)調(diào)指出的是，當(dāng)95%~99%壓型型腔體積被充滿，而不是100％完全充滿，就應(yīng)立即換擋降壓（圖2）。這樣做的目的，一是為了避免模料充滿型腔的瞬間產(chǎn)生撞擊作用（壓力脈沖）損壞型芯和增加蠟?zāi)５娘w邊毛刺，二是有利于殘留在型腔中的空氣逃逸，避免蠟?zāi)Ｖ芯砣霘馀荨Ｃ绹?guó)Howmet-TMP公司率先開發(fā)成功并獲得專利權(quán)的AFC（Accelerated Flow Control）便是這種類型控制系統(tǒng)的典型代表
圖1 二段式壓力控制
圖2 從充型壓力提前轉(zhuǎn)換到壓實(shí)壓力
三、壓注過程計(jì)算機(jī)控制
壓注過程一般周期短，通常在一至數(shù)分鐘，然而需要控制的工藝參數(shù)很多，至少包括壓力、流速、溫度、時(shí)間等項(xiàng)。在如此短的時(shí)間內(nèi)單靠人工很難精確控制，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。
計(jì)算機(jī)程序控制
美國(guó)MPI公司研制的微機(jī)控制自動(dòng)壓蠟機(jī)1992年在ICI第40屆年會(huì)暨第8屆世界精鑄年會(huì)上首次亮相（圖3）。該機(jī)安裝有能對(duì)所有壓注工藝參數(shù)預(yù)先進(jìn)行設(shè)定的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)屏幕上，操作者還可以方便地訪問并調(diào)用計(jì)算機(jī)中現(xiàn)存的程序。無需人工操作，設(shè)備即按程序自動(dòng)運(yùn)行。當(dāng)運(yùn)行過程中一旦出現(xiàn)異常現(xiàn)象，計(jì)算機(jī)將自動(dòng)報(bào)警，提示操作者及時(shí)排除故障。系統(tǒng)可存儲(chǔ)多達(dá)500套模具的全部壓注工藝參數(shù)資料，使操作者安裝每一套壓型時(shí)都能便捷地調(diào)整各項(xiàng)工藝參數(shù)。但這種控制系統(tǒng)主要是按照預(yù)先設(shè)定的程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)壓蠟機(jī)的控制。
圖3 MPI程序控制壓蠟機(jī)
圖4 帶有CFAFC控制系統(tǒng)的壓蠟機(jī)
計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制
上世紀(jì)90年代中期，Howmet-TMP公司將其AFC專利技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)成功獨(dú)具特色的CFAFC（CompuFlow Accelerated Flow Control）伺服控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用一個(gè)高精度的壓力傳感器和一個(gè)線性分壓器，通過感受壓型充滿瞬間產(chǎn)生的觸發(fā)壓力，快速將信號(hào)反饋給伺服系統(tǒng)而立即換擋降壓開始?jí)簩?shí)階段，完滿地實(shí)現(xiàn)了二段式壓力控制。可以分階段單獨(dú)控制壓力和流速，而且再現(xiàn)性良好。圖4所示為Howmet-TMP公司生產(chǎn)的帶有CFAFC控制系統(tǒng)的壓蠟機(jī)。
1999年在日本JACT技術(shù)年會(huì)上，MPI介紹了該公司開發(fā)成功的安裝有ADS（Automatic DieSetup）控制系統(tǒng)的壓蠟機(jī)。ADS系統(tǒng)不但存儲(chǔ)有多達(dá)數(shù)千套模具的全部壓注工藝參數(shù)資料，可供用戶隨時(shí)查詢和調(diào)用，而且溫度調(diào)控也更為精確靈敏（控制溫度精度達(dá)±0.25℃），同時(shí)還具有實(shí)時(shí)確定模料進(jìn)入壓型型腔的體積的能力，再根據(jù)此體積來調(diào)控壓注模料的流速，使操作者不僅有可能知道制作蠟?zāi)Ｋ枘Ａ系捏w積，而且還能夠預(yù)測(cè)產(chǎn)生缺陷之前進(jìn)入型腔的模料體積，以便在此刻及時(shí)調(diào)整流速避免缺陷產(chǎn)生。MPI的ADS控制系統(tǒng)也提供了二種不同的壓力模式，即充型和壓實(shí)壓力。一旦注入型腔的模料達(dá)到型腔體積的95%~98%，系統(tǒng)就自動(dòng)切換到較低的壓實(shí)壓力。圖5和圖6分別為裝備有ADS控制系統(tǒng)的半自動(dòng)和全自動(dòng)MPI壓蠟機(jī)。
目前，國(guó)外先進(jìn)的壓蠟機(jī)所配備的控制面板大多采用觸屏式液晶顯示器，人機(jī)界面友好，操作簡(jiǎn)單明了,更換模具時(shí)，調(diào)試工藝參數(shù)非常方便快捷。圖7和圖8分別為MPI和Howmet-TMP控制面板顯示器屏幕。
圖5 計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制MPI55型半自動(dòng)壓蠟機(jī)
圖6 MPI45-12型自動(dòng)壓蠟機(jī)
圖7 MPI壓蠟機(jī)控制系統(tǒng)界面
圖8 TMP壓蠟機(jī)控制系統(tǒng)界面
四、國(guó)產(chǎn)壓蠟機(jī)現(xiàn)狀和差距
目前，國(guó)產(chǎn)壓蠟機(jī)除零部件加工精度，電氣和液壓元器件的質(zhì)量、壽命以及售后服務(wù)等方面，都有許多需要改進(jìn)之處外，單就技術(shù)發(fā)展的層面看，作為壓蠟機(jī)關(guān)鍵部分的控制系統(tǒng)，國(guó)產(chǎn)設(shè)備還處在比較低的發(fā)展階段，主要表現(xiàn)在模料流動(dòng)完全受制于壓力，也就是說，流動(dòng)和充型過程實(shí)際上無法控制，只能聽其自然。此類設(shè)備壓制小型簡(jiǎn)單或要求不高的蠟?zāi)＿�能勉強(qiáng)滿足需要，但要壓制大型復(fù)雜或帶有陶瓷型芯的蠟?zāi)＃瑒?shì)必感到力不從心。難怪近年來我國(guó)不少軍工企業(yè)，不惜花費(fèi)重金從國(guó)外進(jìn)口壓蠟設(shè)備。在經(jīng)濟(jì)全球化和我國(guó)加入WTO的今天，我國(guó)民用和商業(yè)精鑄企業(yè)也面臨迅速提高產(chǎn)品檔次和質(zhì)量的艱巨任務(wù)，盲目擴(kuò)大規(guī)模和增加產(chǎn)量的時(shí)代必然逐漸成為過去。且不論打入國(guó)際市場(chǎng)的雄心壯志，就拿滿足現(xiàn)狀來說，國(guó)產(chǎn)壓蠟機(jī)也尚不盡如人意。例如某些壁厚相差較大的蠟?zāi)＃y以達(dá)到理想效果；蠟?zāi)３叽纾ㄓ绕渑c分型面相關(guān)的尺寸）穩(wěn)定性差；型芯在壓蠟過程中容易斷裂……。從實(shí)際出發(fā)，當(dāng)前提高國(guó)產(chǎn)壓蠟機(jī)水平的關(guān)鍵并不在實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)或計(jì)算機(jī)控制。而應(yīng)將精力集中在完善和提高壓蠟機(jī)的神經(jīng)中樞——控制系統(tǒng)。參照國(guó)外發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，首先應(yīng)將溫度控制精度提高一步。再將流動(dòng)和壓力這二個(gè)工藝參數(shù)分開，雙向獨(dú)立控制，在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)充型、流動(dòng)過程更有效的控制，并進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)二段壓力控制。以此來滿足我國(guó)精鑄工業(yè)提高產(chǎn)品檔次和穩(wěn)定質(zhì)量的需求。只有把這個(gè)基礎(chǔ)打好，計(jì)算機(jī)控制和自動(dòng)化才具有實(shí)質(zhì)性的意義和價(jià)值。為此，認(rèn)真學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)是完全必要的。同時(shí)，值得一提的是，壓蠟機(jī)與塑料工業(yè)所用的注塑機(jī)有許多相似之處。而塑料工業(yè)則是比精密鑄造大得多的行業(yè)。注塑機(jī)的發(fā)展自然比壓蠟機(jī)快得多，從中也可以汲取許多有益的經(jīng)驗(yàn)。國(guó)外一些同行也坦言，他們發(fā)展壓蠟機(jī)的過程中許多新的設(shè)計(jì)思想和思路最早也源于注塑設(shè)備。
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