低压铸造机技术方案设计书

低压铸造机技术案书

一、序言

1.1设计目标

低压铸造机是铝合金低压铸造的通用设备，可广泛应用于汽车、摩托车、纺织机械与航空航天等工业中铝合金铸件的生产。本技术案是为了采用低压铸造机完成本公司铝合金模具浇铸使用而设计。

1.2设计原则

安全，稳定，可靠，有效

1.3设计依据和参考标准

主要依据了统计局、商务部、发改委、国务院发展研究中心、中国海关总署、低压铸造机行业相关协会、国外相关刊物的基础信息以及低压铸造机行业专业研究单位等公布和提供的大量资料。

1.4适用围

本案适用于本公司所有使用铝合金铸件的低压灌浇注产品。

二、需求分析

2.1技术现状

我国低压铸造机技术经过几十年研究与发展，在结构，原理，功能上基本接近进口机水平，在国汽车缸盖生厂商已经得到用户认可，但国产机同进口机相比在外观、铸造工艺、机械精度、自动控制及算法等精细面还是有所差距。

本公司产品在经过一至五代液压铸造机的基础上采用电控系统来完成铝合金模型的铸造过程，有待于进一步试验和使用验证。

2.2需求

针对公司目前产品现状，需完成采用电控设计的低压铸造机来实现铝合金浇铸的过程，达到降低生产成本，提高铸件质量和满足生产安全，提高生产率，提升自动化程度的目的需求。

三、硬件系统技术案设计

低压铸造机原理是将熔融的金属液加入密闭的保温炉，用液面加压系统给密封的保温炉充一定的干燥的压缩空气，使保温炉的金属液通过升液管缓慢注入金属模型腔，在压力作用下结晶成形，再经过自动开模并取件，完成低压铸造工艺过程。3.1整体系统设计

系统架构主要由数据采集处理系统和通信系统构成。采集处理系统在主控系统采用PLC的基础上主要由以下几部分：炉温控制系统，液面加压系统，开合模及顶出系统，模具冷却系统，型腔温度及液面检测系统，人机界面，操控面板，工艺参数采集系统和报警系统组成。其中，型腔液面检测与液面加压系统共同构成闭合回路。主控通过工业以太网交换机与服务器/客户端建立联系，进行数据通讯。

图1 主系统搭建框图

上位机系统采用B/S架构，即浏览器和服务器结构。它是随着Internet技术的兴起，对C/S结构的一种变化或者改进的结构。在这种结构下，用户工作界面是通过

WWW浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端(Browser)实现，但是主要事务逻辑在服务器端(Server)实现。

B/S结构最大的优点就是可以在任地进行操作而不用安装任专门的软件。只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零维护。系统的扩展性非常容易，只要能上网，再由系统管理员分配一个用户名和密码，就可以使用了。

远程通信系统即PLC和服务器工作站之间的通讯采用工业以太网进行通信，这样可以很便的和其它系统进行集成。

本设计系统暂时不对上位机和远程通讯进行设计，但在相关系统中预留相关接口，以备后续工作中需要使用。

3.1.1案设计

本案在10路子系统的基础上搭建低压铸造机的实现过程，通过采集相关的电压电流信号、温度和压力信号等输入主控器中，然后进行相关算法的计算和数据分析处理后进行输出，从而实现多路子系统同时可控，共同完成整体系统操作，实现铝合金铸造过程。

图2 系统流程图

3.1.2设计特点

本设计在液压铸造的基础上采用变频器通过电机来控制合分模的过程，实现电力环节的节能环保；炉温，型腔，浇口实现温度灵敏控制，通过主控器及时处理和反馈，达到精度控制的要求；实时报警系统可以及时检测系统故障，保证生产安全有序进行；上位机控制可以及时观测到系统整体运行状态，保证作业的顺利进行，并利于告警和故障信息的及时处理；整机系统配合完整，达到生产任务需求。

3.2分系统设计

分系统搭建主要由以下各个环节构成，各个子系统的稳定运行保证了整体系统的功能实现，从而满足系统稳定可靠安全有效的运行。

3.2.1 PLC主控系统

主控系统由几个小系统搭建完成，包括输入采集系统、数据处理系统、实时显示系统、操作系统和数据输出系统。除了实现对各个子系统进行监控外，还需要采集设备工作状态的信息，故障信息以及生产工艺参数，以提供给服务器进行工艺分析及优化使用。

本系统主要完成模拟物理量的采集，将其送入控制器中，在控制器中进行数据处理和分析，然后将有关模拟量分别同步进行显示和输出；通过以太网交换机上传至服务器，进行数据储存和调用，在浏览器可以直接进行系统观测和设定，直观便的对系统进行全程监控和处理。

3.2.2 炉温控制系统

本子系统主要完成保温炉温度的检测，通过硅碳棒辐射加热，利用热电偶采集，将炉温度信号送入主控制器进行处理，同时在已经设定的温度值基础上进行比较，通过误差控制借助温控仪和调功器来调整实时温度，达到满足系统温度稳定运行的要求。

图3 炉温控制流程

3.2.3 型腔温度及液面控制系统

本子系统主要完成型腔温度和位置的检测，将型腔温度信号送入主控制器，在已经设定的温度值基础上进行比较，通过误差控制借助电加热棒或模温机来调整实时温度，达到系统温度运行的需求；同时使用超声波传感器来检测液面位置，使模具在压力值下保持位置稳定，通过压控仪器或主控系统来控制压力维持液面高度，以利于更好的铸模。

图4 型腔温度控制流程

图5 型腔液面控制流程

3.2.4浇口温度控制系统

为了防止铝液在浇注口温度过低结晶，从而影响浇注质量，需要对浇注口的温度进行检测并控制。本子系统主要通过热电偶完成浇口温度的检测，将浇口温度信号送入主控制器，在已经设定的温度值基础上进行比较，通过误差控制借助温控仪调节电加热棒或硅碳棒来调整实时温度，达到系统温度运行的需求。

图6 浇口控制流程

3.2.5变频合分模控制系统

本子系统主要完成对分合模臂的控制，通过变频器驱动电机正反转来实现分合木模臂的推进和送出，并通过频率的控制来进行速度和行程的调节，其控制过程主要在变频器实现完成。

图7 变频控制流程

3.2.6液面夹压力控制系统

本子系统主要完成对型腔模具位置信号的检测，通过控制液面夹压力值来控制液体位置，气压源压力经过滤减压阀后达到稳定值，实现过程是将压力信号作为控制信号，位置信号为输出信号，通过闭环实现对位置的控制。本控制可集成于主控系统来实现。

图8 液面夹压力控制流程