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，要求控制準確，改變溫度設定時，響應速度要快。目前，國外先進的壓蠟機除配備有分區控溫的膏狀蠟儲蠟罐外，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-膏狀的任一狀態，并可隨意調整，以適應壓制不同蠟模的要求。一旦改變溫度設定，系統將以每3分鐘0.5℃的速率作出響應，而溫度波動范圍僅0.3℃。

（2）壓型溫度

    大多數壓蠟設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閥門，增大／減小通入壓板的冷卻水流量來控制壓板溫度，進而控制壓型溫度。由于壓板和壓型之間的熱傳導并不可靠，另外壓型壁的厚度對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的溫度控制：

    用熱電偶測量壓板溫度，根據壓板溫度高低決定開大或關小冷卻水管閥門。這樣使壓板溫度控制大為改善。美國Howmet TMP提供帶有加熱/冷卻控制系統的控制面板，靠電熱器加熱，制冷機冷卻。當然，當加熱-冷卻快速切換時，可能引起壓板表面溫度波動，尤其是當壓板內僅有一支熱電偶時。

    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。如果每一臺控溫器有多個輸入、輸出接口，就可以同時控制多個壓板的溫度。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，因而對壓型溫度的控制仍然不十分可靠�？刂茐盒托颓粶囟鹊淖詈玫霓k法是將它和壓板完全隔開單獨控制。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，型腔溫度可以準確地保持在要求的范圍。其實，這種方法早已廣泛用于塑料注塑機。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用：在現有的壓型上鉆孔或開槽，設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即可。顯然，更重要的是壓型的上、下甚至側面都應有隔熱板，使壓板和周圍環境溫度變化不致影響到壓型。

二、壓力和流動的控制

    制模過程需要控制的諸多工藝參數中，除溫度外，以壓力和流動的控制最為重要。盡管模料流動離不開壓力的驅動，壓力和流動二者密切相關。但模料的流動狀態又不僅與壓力有關，還與其粘稠度和壓注過程中所受阻力有關。所以，它們又是完全不同的二個概念，對蠟模質量有著各自不同的影響和作用。需要分別單獨加以控制。通常壓力是通過液壓閥控制的，而流動則主要靠流動控制閥來控制。圍繞壓力和流動的控制，國外常將壓蠟設備劃分為以下幾個檔次：

1）只控制壓力

    液壓回路中只有壓力控制閥而沒有流動控制閥。使用這類壓蠟機時，模料和環境溫度（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致模料流動速度改變，進而影響蠟模質量。此外，壓力高時無法獲得低的流速；壓力低時無法獲得高的流速。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量時，就無法滿足要求。目前，這類設備在美、歐各國已很少使用了。

2）壓力和流動同時控制，但沒有壓力補償

    與前者相比，液壓回路中增加了流動控制閥。其優點是，壓力高時可以獲得低的流速。但由于沒有壓力補償，故壓力低時無法獲得高的流速。而且壓力和溫度變化也都會對流速產生影響，進而影響蠟模質量。

3）同時控制壓力、流動，再加壓力補償

    這是目前國外壓蠟機主流機型配備的控制系統。系統內的流動控制閥具有輔助加（減）速功能。流動阻力或溫度稍有變化，控制閥內的壓力補償器可以自動增減壓力，并調節流動控制閥口大小，精確調控模料流速。因此，在預先設定的壓力范圍內，無論溫度、流動阻力如何改變，模料流速均能得到控制。而且流動速度可任意調節而不受壓力制約。這樣就可實現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模。

4）壓力與流動雙向單獨控制，再加上二段壓力控制

    所謂雙向單獨控制DIMC（Dual Isolated Modes Control），就是指壓力與流動這二個工藝參數完全獨立地進行控制，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壓力分開，分別加以控制（圖1）。通常希望在不產生噴射、飛濺的前提下，充型壓力適當大些，以縮短充型時間，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模。而壓實壓力則應適當減小，這樣，既能保證蠟模表面無縮陷和變形小，尺寸穩定，同時又使飛邊、毛刺少。值得強調指出的是，當95%~99%壓型型腔體積被充滿，而不是100％完全充滿，就應立即換擋降壓（圖2）。這樣做的目的，一是為了避免模料充滿型腔的瞬間產生撞擊作用（壓力脈沖）損壞型芯和增加蠟模的飛邊毛刺，二是有利于殘留在型腔中的空氣逃逸，避免蠟模中卷入氣泡。美國Howmet-TMP公司率先開發成功并獲得專利權的AFC（Accelerated Flow Control）便是這種類型控制系統的典型代表

圖1 二段式壓力控制

圖2 從充型壓力提前轉換到壓實壓力

三、壓注過程計算機控制

    壓注過程一般周期短，通常在一至數分鐘，然而需要控制的工藝參數很多，至少包括壓力、流速、溫度、時間等項。在如此短的時間內單靠人工很難精確控制，隨著計算機技術的飛速發展，計算機控制系統應運而生。

計算機程序控制

    美國MPI公司研制的微機控制自動壓蠟機1992年在ICI第40屆年會暨第8屆世界精鑄年會上首次亮相（圖3）。該機安裝有能對所有壓注工藝參數預先進行設定的計算機控制系統。在計算機屏幕上，操作者還可以方便地訪問并調用計算機中現存的程序。無需人工操作，設備即按程序自動運行。當運行過程中一旦出現異�，F象，計算機將自動報警，提示操作者及時排除故障。系統可存儲多達500套模具的全部壓注工藝參數資料，使操作者安裝每一套壓型時都能便捷地調整各項工藝參數。但這種控制系統主要是按照預先設定的程序實現對壓蠟機的控制。

圖3 MPI程序控制壓蠟機

圖4 帶有CFAFC控制系統的壓蠟機

計算機實時控制

    上世紀90年代中期，Howmet-TMP公司將其AFC專利技術與計算機控制技術相結合，開發成功獨具特色的CFAFC（CompuFlow Accelerated Flow Control）伺服控制系統。該系統使用一個高精度的壓力傳感器和一個線性分壓器，通過感受壓型充滿瞬間產生的觸發壓力，快速將信號反饋給伺服系統而立即換擋降壓開始壓實階段，完滿地實現了二段式壓力控制�？梢苑蛛A段單獨控制壓力和流速，而且再現性良好。圖4所示為Howmet-TMP公司生產的帶有CFAFC控制系統的壓蠟機。

    1999年在日本JACT技術年會上，MPI介紹了該公司開發成功的安裝有ADS（Automatic DieSetup）控制系統的壓蠟機。ADS系統不但存儲有多達數千套模具的全部壓注工藝參數資料，可供用戶隨時查詢和調用，而且溫度調控也更為精確靈敏（控制溫度精度達±0.25℃），同時還具有實時確定模料進入壓型型腔的體積的能力，再根據此體積來調控壓注模料的流速，使操作者不僅有可能知道制作蠟模所需模料的體積，而且還能夠預測產生缺陷之前進入型腔的模料體積，以便在此刻及時調整流速避免缺陷產生。MPI的ADS控制系統也提供了二種不同的壓力模式，即充型和壓實壓力。一旦注入型腔的模料達到型腔體積的95%~98%，系統就自動切換到較低的壓實壓力。圖5和圖6分別為裝備有ADS控制系統的半自動和全自動MPI壓蠟機。

    目前，國外先進的壓蠟機所配備的控制面板大多采用觸屏式液晶顯示器，人機界面友好，操作簡單明了,更換模具時，調試工藝參數非常方便快捷。圖7和圖8分別為MPI和Howmet-TMP控制面板顯示器屏幕。

圖5 計算機實時控制MPI55型半自動壓蠟機

圖6 MPI45-12型自動壓蠟機

圖7 MPI壓蠟機控制系統界面

圖8 TMP壓蠟機控制系統界面

四、國產壓蠟機現狀和差距

    目前，國產壓蠟機除零部件加工精度，電氣和液壓元器件的質量、壽命以及售后服務等方面，都有許多需要改進之處外，單就技術發展的層面看，作為壓蠟機關鍵部分的控制系統，國產設備還處在比較低的發展階段，主要表現在模料流動完全受制于壓力，也就是說，流動和充型過程實際上無法控制，只能聽其自然。此類設備壓制小型簡單或要求不高的蠟模還能勉強滿足需要，但要壓制大型復雜或帶有陶瓷型芯的蠟模，勢必感到力不從心。難怪近年來我國不少軍工企業，不惜花費重金從國外進口壓蠟設備。在經濟全球化和我國加入WTO的今天，我國民用和商業精鑄企業也面臨迅速提高產品檔次和質量的艱巨任務，盲目擴大規模和增加產量的時代必然逐漸成為過去。且不論打入國際市場的雄心壯志，就拿滿足現狀來說，國產壓蠟機也尚不盡如人意。例如某些壁厚相差較大的蠟模，難以達到理想效果；蠟模尺寸（尤其與分型面相關的尺寸）穩定性差；型芯在壓蠟過程中容易斷裂……。從實際出發，當前提高國產壓蠟機水平的關鍵并不在實現全自動或計算機控制。而應將精力集中在完善和提高壓蠟機的神經中樞——控制系統。參照國外發展經驗，首先應將溫度控制精度提高一步。再將流動和壓力這二個工藝參數分開，雙向獨立控制，在此基礎上，實現對充型、流動過程更有效的控制，并進一步實現二段壓力控制。以此來滿足我國精鑄工業提高產品檔次和穩定質量的需求。只有把這個基礎打好，計算機控制和自動化才具有實質性的意義和價值。為此，認真學習國外先進經驗和技術是完全必要的。同時，值得一提的是，壓蠟機與塑料工業所用的注塑機有許多相似之處。而塑料工業則是比精密鑄造大得多的行業。注塑機的發展自然比壓蠟機快得多，從中也可以汲取許多有益的經驗。國外一些同行也坦言，他們發展壓蠟機的過程中許多新的設計思想和思路最早也源于注塑設備。

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本文標題：制模工藝參數及計算機控制

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