第七章+铸造过程检测与控制

7）炉气成分 测量：红外线气体分析仪、气相色谱仪（检测 混合物中组分有不同保留性能的色谱柱） 8）铁水温度 传感器：铂铑30-铂铑6热电偶 9）铁水化学成分 C、Si 传感器：铂铑30-铂铑6热电偶
CO2、CO、O2、N2
2. 工频感应炉熔化过程参数检测 问题：三相平衡问题（感应炉是单相负载，电源 是三相，因此，要将单相负载转化为三相） 方法：容抗平衡法，即用平衡电抗器和平衡电容 器与经过补偿的感应绕组组成平衡三角形 ，按一定的相序接入电网。
3. 热砂增湿冷却系统加水量自动控制
4. 人工神经网络在型砂质量控制中的应用
神经元控制器通过在线动态学习调整权值，可 以给出未来90s以内的紧实率、湿压强度目标值， 从而作为PID的前馈控制端。
7.4.2 造型（芯）过程自动控制 1. 造型线自动控制
造型线设备：造型机、分箱机、合型机、翻转机等 控制器：S5-135U型PLC 控制过程：设备上的传感器将信号传给中央处理单 元处理，然后输出到继电器、接触器、变频器等
●
2. 粘土含量检测
双电源二次激励法
原理：先通交流电，测得其交流电阻值，排除含水量 对直流电阻值的影响，再通直流电，在限定时间内 测出其直流电阻值，使直流电阻值仅与有效粘土含 量有关，计算出粘土含量。
3. 综合性能参数检测

紧实率：型砂紧实前后的容积减少率，采用 电感式位移传感器

温度：软衬底薄膜热敏电阻
夹紧机构、立柱机座、加热及控制系统组成。
●完成：加砂、芯盒夹紧、射砂、加热硬化、取芯等工序。
●冷芯盒射芯机的结构与热芯盒射芯机相似，只是没有加热
装置，而增设有吹气装置——以除去残留在砂芯中的硬化 气体（三乙胺、SO2等）。
●壳芯机：整机结构主要由立柱
组件、射砂装置、模架部件、 加热装置及其他零部件组成 。
因数补偿和三相平衡。
3. 加热炉熔化过程控制特点
电加热炉——控制温度 两种控制方案：
控制方式：位式控制或PID连续控制 位式控制：简单，使用仪表少，操作容易，但精 度不如PID连续控制
7.3 铸造过程信号检测方法
7.3.2 砂处理过程信号检测方法
1. 含水量检测 1）电阻法 利用电压——水分的关系
●目前多改为PLC控制。
7.2.4 熔炼过程控制特点
1. 冲天炉熔化过程的控制特点 控制因素多
控制方法：被动调节和主动调节 被动调节：根据测定的铁水成分和温度与预定
成分和温度值之间的差值来调节。
主动调节：熔化过程多种参数（如运行时的风 量、风温、铁水温度等）与熔化过程元素的 烧损或增值有关。因此，可通过控制配料成 分和熔化过程参数来控制铁水成分。
7.4.3 熔炼过程自动控制
1. 冲天炉自动控制 1）冲天炉配料优化系统 控制冲天炉内料位的高低

炉气压差式自动上料装置

光电自动料位控制系统
2）冲天炉熔炼的单参数控制 （1）定值氧量控制 送风的质量流量 Q K p P
m
T
定值CO或CO2含量控制
当CO2含量低于预定值时，表明焦炭燃烧不充分 当CO2含量高于预定值时，表明底焦高度降低
造型
传统的控制：机械结构和继电器控制 目前的控制：PLC控制，用磁性感应式开关和光电开关 代替过去的接触开关。
造型工部的主要设备：造型机。
配套设备：翻箱机、合箱机、捅箱机、分箱机、取/放压 铁机、落砂机等。
造芯工部的主要设备：热芯盒射芯机、冷芯盒射芯机和 壳芯机。
●热芯盒射芯机主要由：供砂装置、射砂机构、工作台、
含水量太大，则型砂紧实不均匀，易使铸件产生
针孔、气孔等缺陷。
旧的控制方法：工人的经验或实验室测量 新的控制方法：水分在线自动控制系统
3. 粘土含量控制特点 粘土含量较难在线检测，只能根据与粘土量含 量相关的某些性能参数。
4. 性能参数控制特点
主要控制：紧实率、透气性、湿强度、韧性
7.2.3 造型过程控制特点
为获得合格铸件，应使金属液以最佳速度进入铸型 上升速度必须是均匀的

对于同一个铸件，每次的上升速度必须相等，即应 有良好的再现性。
●有(砂Baidu Nhomakorabea箱生产线
●无箱水平分型生产线
HUNTER造型机的动作过程
●无箱垂直分型生产线
DISA造型机的动作过程
●铸铁熔炼设备
主要有:冲天炉熔炼；
（工频、中频）电炉 熔炼
铸造生产的控制过程： 砂处理过程、熔炼过程、造型过程
7.2 铸造过程检测与控制特点
砂处理过程控制特点
旧砂多，且旧砂温度高、含水量少。
3)冲天炉熔化过程的多参数控制

由测定的铁水温度值与给定的铁水温度进行比较， 当温度出现偏差时，输出通道输出开关量信号打开 大供氧气路，以此控制铁水温度


通过测定炉气成分控制送风量
通过测定送风湿度控制干燥器的功率，以此来控制 送风湿度

通过热分析法测定铁水的碳、硅含量及铁水重量与 给定的铁水成分比较，根据比较偏差，按铁水重量 计算出炉前应补加的硅铁量
分为：有芯和无芯
2. 工频感应炉 1）工频感应炉是以工业频率的电流(50Hz)作为电源的
感应电炉。 它主要作为熔化炉用来冶炼灰口铸铁、可锻铸铁、球 墨铸铁和合金铸铁。此外，还作为保温炉使用。
2）工频感应炉全套设备包括四大部分 ：
①炉体部分 冶炼铸铁的工频感应炉炉体部分由感应炉(两台，一台 用于冶炼，另一台备用)、炉盖、炉架、倾炉油缸、炉盖 移动启闭装置等组成。 ②电气部分 电气部分由电源变压器、主接触器、平衡电抗器、平衡 电容器、补偿电容器和电气控制台等组成。 ③水冷系统 冷却水系统包括电容器冷却，感应器冷却和软电缆冷却 等。冷却用水系统是由水泵和循环水池或冷却塔以及管道 阀门等组成。 ④液压系统 液压系统包括油箱、油泵、油泵电机、液压系统管道与 阀门和液压操作台等。
水分少时，电阻大 水分多时，电阻小
●连续测定皮带机上旧砂水分的电阻法自动检测装置
2）电容法 原理：变介质型电容传感器
DISA型砂质量在线检测仪可监测并控制整个混砂过程， 同时确保制备型砂的性能一致性。 通过混砂过程中的型砂试样测试分析可进行自动调节控制 。分析是基于精确测量的型砂紧实率与强度，同时也可测量 旧砂水分含量 。
执行元件，控制电机、气缸、油缸等执行器件使
设备进行工作。
2. 造芯过程自动控制
控制系统组成：PLC+上位计算机，通过RS-232
串行接口连接

PLC：系统的控制和检测，自动完成射芯、机械
手取芯、更换模具、去毛刺和浸涂料等

上位计算机：存储信息、显示数据、输入工艺参 数等
集散控制系统
现场总线控制系统
2. 砂型紧实度测量 原理：根据探头贯入过程中贯入阻力来计算紧 实度。
7.3.4 熔炼过程信号检测方法
1. 冲天炉熔化过程参数检测
7.3.4 熔炼过程信号检测方法
1. 冲天炉熔化过程参数检测 1）送风量 毕托管：流体动压力通过差压传感器转变为相 应的直流电信号。
2）送风湿度 传感器：干湿球电信号传感器
7.4 铸造过程自动控制
7.4.1 砂处理过程自动控制 1. 混砂过程自动控制
混砂机混砂质量的控制主要是控制：型砂含水量；紧实度； 成型性；粘聚力等。

前测控制系统
即测控制系统
后测控制系统
1）前测控制系统
2）即测控制系统 （1）温度和含水量即测控制系统
（2）紧实率和粘聚力即测控制系统
铸造生产线： ●有(砂)箱线：适宜铸件较重、型腔复杂的批量生产。 如汽车发动机的缸体、缸盖。
●无箱水平分型线：适宜形状较复杂件的批量生产。
优点：易补缩、易下芯。缺点：效率较垂直分型生产 线低，铸件错边量大。代表设备：美国亨特生产线
●无箱垂直分型线：适宜形状较为简单小铸件的大批量
生产。优点：效率高、尺寸精度高。缺点：生产复杂 件较水平分型线困难。代表设备：丹麦Disa生产线
干球热 电阻
湿球 热电阻
3）送风温度 送风温度：送入冲天炉内的风温 传感器：镍铬-考铜热电偶或热电阻接温度变送器 4）底焦高度 底焦高度：从第一排风口中心到底焦顶面的垂直 距离。
5）送风压力 送风压力是由鼓风机鼓入冲天炉的空气克服炉 内炉料阻力产生的。 传感器：膜盒压力计、波纹管压力计等
6）炉气温度 传感器：镍铬-镍硅热电偶
●制芯过程：1）将壳芯砂（一般
用酚醛树脂作粘结剂）吹入加 热了的芯盒中，保持一定时间 （称“结壳”），使靠近芯盒 壁处的壳芯砂结成一定厚度的 薄壳；2）然后将多余的壳芯 砂倒出；3）留在芯盒内的薄 壳再加热一定时间（称“硬化 ”），打开芯盒，将砂芯顶出 ，即制得壳砂芯。
●传统的造型/芯设备多采用机械结构和继电器控制。
位移传感器7测量 紧实率 压板3上的压力传 感器测量粘聚力
（3）成型性即测控制系统
旧砂温度补偿系统及成型性控制系统
3）后测控制系统 后测控制与即测控制或与前测控制相结合的方式
2. 混砂机连续定量装置自动控制 1）定流量控制系统
2）容积及重量混合控制系统
旧砂连续定量供给 粘结剂的用量根据检 测的型砂强度来控制
型砂处理过程控制包括控制 ：含水量、粘土含 量、性能参数。 1. 物料加入量控制特点
目前，型砂各组分含量属于“事后”控制。
发展趋势：根据浇注的金属总量、芯砂混入量以及造型的一 些参数与型砂组分的关系，事前控制物料的补加量。
2. 含水量控制特点
含水量太小，则型砂的韧性不足，起模困难，
铸件易出现冲砂和砂孔等缺点；
3） 工频感应炉熔化过程控制特点 问题：功率因数低，且由于冶炼过程炉内炉料和铁 液的阻抗变化，也会引起三相负载的不平衡。
控制目标：功率因数补偿和三相负载的平衡。
●传统的工频感应炉绝大多数采用手动方式调节，
即根据操作台上的功率因数表来调节功率因数补 偿，根据三相电表来调节三相平衡。
●目前，对工频电炉的控制实现了自动调节功率

透气性：定量气体通过标准试样所需时间和 试样前部的气源压力

劈裂强度：电阻应变式压力传感器
型砂五性能在线检测系统结构简图
温度、紧实率、水份、透气 性、劈裂强度
7.3.3 造型过程信号检测方法
1. 砂斗料位检测
1）电阻砂位计法 原理：不同高度的砂柱的导电能力不同。
2）电容砂位计法 原理：变介质型电容传感器
2. 工频感应炉自动控制
3. 电加热炉自动控制 位式控制
PID温度调节系统
7.4.4 低压铸造过程自动控制
低压铸造
其工艺过程是：在 密封的坩埚中，通入干 燥的压缩空气，金属液 在气体压力的作用下， 沿升液管进入直浇道上 升，通过内浇道平稳地 进入型腔，并保持坩埚 内液面上的气体压力， 一直到铸件完全凝固为 止。
第七章 铸造过程检测与控制
铸造： 将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状、 尺寸和性能零件或毛坯的成形方法.
砂型铸造

铸造的主要工艺过程包括：
金属熔炼、模型制造、浇注凝固和脱模清理等。

铸造用的主要材料有：
铸钢、铸铁、铸造有色合金(铜、铝、锌、铅等)等。

常用的铸造方法：
砂型铸造，其次是特种铸造方法，如：金属型铸造、熔模 （失腊）铸造、压铸、石膏型铸造等。